CN107934577B - 一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构，包括：平台、机械手装配体、机械手驱动机构以及平面定位机构。水平固定块固定在水平滑套上，实现机械手装配体与机械手驱动机构的装配，滑槽固定在平台上，实现机械手驱动机构与平台的装配，所述固定底杆固定在平台上，第一驱动电机和第二驱动电机均固定在平台上，实现平面定位机构与平台的装配。水平滑杆水平固定在垂直杆上，实现平面定位机构与机械手装配体的装配。本发明结构简单，便于加工制造与安装。当本发明处于三自由度构态工作状态时，能实现三维空间的精确定位，根据码垛工作起点和终点，调整出合适的一自由度构态完成码垛工作，此时只需一个电机可实现空间中码垛工作起点和终点之间的运动。

Description

一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，特别是一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构。

背景技术

随着机械自动化水平的提高，码垛机器人具有适用范围广、灵活性强、成本低以及维护方便等特点，广泛应用于食品生产、电气作业、机械加工等自动化生产企业。现有的码垛机器人机构大多具有较大重量与体积的底座，安装程序复杂，而运动空间有限，难以满足多种工作场合不同工作任务情况下的工作需求。中国专利201110184536.X公开了一种可控机构式码垛机器人机构，但是只有单一构态，难以满足不同工作场合面对不同工作任务的情况下的工作需求；中国专利201410829333.5公开了一种变胞并联码垛机器人机构，但必须要使用回转平台才能完成三维空间中的定位，回转平台需要承受整个机构的重量，结构复杂，制造成本高。目前，尚未见有一种结构简单，能实现三维空间的定位，构态多样，能应对不同的工作场合下的不同工作任务的情况下完成码垛工作的码垛机器人机构。将变胞机构应用于码垛机器人设计，将产生一类新型的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，使码垛机器人更大发挥其功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构，它能克服现有码垛机器人机构的不足，可以根据功能需求或环境等的变化，实现多种构态变换，结构简单，构态多样，能适应不同的工作任务。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构，平台、机械手装配体、机械手驱动机构以及平面定位机构，具体结构和连接关系为：

一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，包括机械手装配体、机械手驱动机构、平面定位机构以及平台，具体结构和连接关系为：

所述机械手装配体包括机械手爪、机械手爪上端光滑圆柱铰链、机械手平台、机械手爪推杆、机械手爪中端光滑圆柱铰链、推动滑块、固定滑杆、推动气缸、水平滑套以及水平滑杆，机械手爪分别通过机械手爪上端光滑圆柱铰链与机械手平台相连，机械手爪推杆分别通过机械手爪中端光滑圆柱铰链与机械手爪相连，机械手爪推杆分别固定在推动滑块的左右两侧，推动滑块套在固定滑杆上，推动气缸安装在固定滑杆上驱动推动滑块上下运动，固定滑杆的下端垂直固定在机械手平台上，固定滑杆的上端垂直固定在水平滑套的前端，水平滑套套在水平滑杆上；

所述机械手驱动机构包括滑槽、第三驱动电机、电机座、输入曲柄推杆离合器定盘、输入曲柄推杆、输入曲柄推杆离合器动盘、第三驱动杆、支撑座离合器动盘、支撑座离合器定盘、支撑座、连接轴光滑圆柱铰链、输入曲柄上端光滑圆柱铰链、输入连杆、输入连杆上端光滑圆柱铰链、伸出杆、伸出杆上端光滑圆柱铰链、推杆、推杆光滑圆柱铰链以及水平固定块，所述滑槽固定在平台上，第三驱动电机固定在电机座上，电机座安装在滑槽内，输入曲柄推杆离合器定盘固定在输入曲柄推杆的下端左侧，输入曲柄推杆离合器动盘固定在第三驱动杆的下端右侧，支撑座离合器动盘固定在第三驱动杆的下端左侧，支撑座离合器定盘固定在支撑座的右侧上，输入曲柄推杆的下端与安装在连接轴光滑圆柱铰链相固定，支撑座、支撑座离合器定盘、支撑座离合器动盘、第三驱动杆、输入曲柄推杆离合器动盘、均安装在连接轴光滑圆柱铰链上通过连接轴光滑圆柱铰链相连，第三驱动电机的传动轴与连接轴光滑圆柱铰链相固定，输入曲柄推杆的上端通过输入曲柄上端光滑圆柱铰链与输入连杆的下端相连，输入连杆的上端通过输入连杆上端光滑圆柱铰链与伸出杆的下端相连，伸出杆的上端通过伸出杆上端光滑圆柱铰链与推杆的下端相连，伸出杆套在第三驱动杆上，推杆的上端通过推杆光滑圆柱铰链与水平固定块相连，水平固定块固定在水平滑套上，所述支撑座与电机座相互固定；

所述平面定位机构包括固定底杆、第一驱动电机、第二驱动电机、第一驱动杆、第二驱动杆、第一辅助驱动杆、第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链、直角杆、直角杆下端光滑圆柱铰链、直角杆中端光滑圆柱铰链、第一连杆、直角杆上端光滑圆柱铰链、第一辅助连杆、垂直杆上端光滑圆柱铰链、垂直杆、第二连杆下端光滑圆柱铰链、第二连杆、第一连杆离合器定盘、第一连杆离合器动盘以及第二连杆上端光滑圆柱铰链，所述固定底杆固定在平台上，第一驱动电机和第二驱动电机均固定在平台上，第一驱动电机的传动轴穿过固定底杆与第一驱动杆的下端相固定，第二驱动电机的传动轴穿过固定底杆与第二驱动杆的下端相固定，第一辅助驱动杆的下端通过第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链与固定底杆的左端相连，直角杆的水平伸出端通过直角杆下端光滑圆柱铰链与第一辅助驱动杆的上端相连，直角杆的直角端通过直角杆中端光滑圆柱铰链与第一驱动杆的上端和第一连杆的下端相连，直角杆的竖直伸出端通过直角杆上端光滑圆柱铰链与第一辅助连杆的下端相连，第一辅助连杆的上端通过垂直杆上端光滑圆柱铰链与垂直杆相连，第二驱动杆的上端通过第二连杆下端光滑圆柱铰链与第二连杆的下端相连，第一连杆离合器定盘固定在第一连杆的上端，第一连杆离合器动盘固定在第二连杆的上端，第一连杆、第一连杆离合器定盘、第一连杆离合器动盘、第二连杆通过第二连杆上端光滑圆柱铰链相连，水平滑杆水平固定在垂直杆上。

所述电机座可在滑槽上滑动，电机座滑动时只能沿着滑槽滑动。

所述水平滑套可在水平滑杆上滑动或固定，水平滑套滑动时只能沿着水平滑杆滑动。

所述伸出杆可在第三驱动杆上滑动或固定，伸出杆滑动时只能沿着第三驱动杆滑动。

所述第一驱动电机的传动轴与第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链的距离等于直角杆水平伸出端的长度。

所述第一驱动杆的长度等于第一辅助驱动杆的长度。

所述直角杆竖直伸出端的长度等于垂直杆的长度。

所述第一连杆的长度等于第一辅助连杆的长度。

所述直角杆的形状为直角形。确保垂直杆在运动过程中与平台所在平面垂直。

所述第一连杆离合器定盘和第一连杆离合器动盘得电时相互固定，断电时相互分开。

所述支撑座离合器定盘和支撑座离合器动盘得电时相互固定，断电时相互分开。

所述输入曲柄推杆离合器动盘和输入曲柄推杆离合器定盘得电时相互固定，断电时相互分开。

本发明的突出优点在于：

1、本发明处于三自由度构态时，可实现在三维空间中精确定位。通过第一驱动电机和第二驱动电机分别带动第一驱动杆和第二驱动杆转动，实现机械手爪在在竖直平面内的定位；通过第三驱动电机带动第三驱动杆转动，实现机械手爪的前后移动。这样的定位方式结构简单，不需要旋转平台结构便可完成空间中三维空间的精确定位。

2、本发明具有两种构态，分别为三自由度构态和一自由度构态，当本发明处于三自由度构态时，可调整出合适的一自由度构态，实现一个自由度完成空间中固定两点的码垛工作。

3、本发明结构简单，第一驱动电机和第二驱动电机都固定安装在平台上，第三驱动电机固定安装在与滑槽接触的电机座上，减小了码垛机器人机构的重量，简化机构的安装程序，只需要安装离合器便可实现本发明的构态变换，便于加工制造和调试安装。

附图说明

图1为本发明所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构的主视结构示意图。

图2为本发明所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构的后视结构示意图。

图3为本发明所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构工作时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，包括平台23、机械手装配体、机械手驱动机构以及平面定位机构，具体结构和连接关系为：

所述机械手装配体包括机械手爪1、机械手爪上端光滑圆柱铰链3、机械手平台50、机械手爪推杆4、机械手爪中端光滑圆柱铰链2、推动滑块5、固定滑杆7、推动气缸6、水平滑套8以及水平滑杆10，两个相同的机械手爪1分别通过两个相同的机械手爪上端光滑圆柱铰链3与机械手平台50相连，两个相同的机械手爪推杆4分别通过两个相同的机械手爪中端光滑圆柱铰链2与两个相同的机械手爪1相连，两个相同的机械手爪推杆4分别固定在推动滑块5的左右两侧，推动滑块5套在固定滑杆7上，推动气缸6安装在固定滑杆7上驱动推动滑块5上下运动，固定滑杆7的下端垂直固定在机械手平台50组成上，固定滑杆7的上端垂直固定在水平滑套8的前端，水平滑套8套在水平滑杆10上；

所述机械手驱动机构包括滑槽34、第三驱动电机33、电机座32、输入曲柄推杆离合器定盘31、输入曲柄推杆35、输入曲柄推杆离合器动盘30、第三驱动杆39、支撑座离合器动盘29、支撑座离合器定盘28、支撑座27、连接轴光滑圆柱铰链26、输入曲柄上端光滑圆柱铰链36、输入连杆38、输入连杆上端光滑圆柱铰链40、伸出杆42、伸出杆上端光滑圆柱铰链43、推杆11、推杆光滑圆柱铰链12以及水平固定块9，滑槽34固定在平台23上，第三驱动电机33固定在电机座32上，电机座32安装在滑槽34内，输入曲柄推杆离合器定盘31固定在输入曲柄推杆35的下端左侧，输入曲柄推杆离合器动盘30固定在第三驱动杆39的下端右侧，支撑座离合器动盘29固定在第三驱动杆39的下端左侧，支撑座离合器定盘28固定在支撑座27的右侧上，输入曲柄推杆35的下端与安装在连接轴光滑圆柱铰链26相固定，支撑座27、支撑座离合器定盘28、支撑座离合器动盘29、第三驱动杆39、输入曲柄推杆离合器动盘30、均安装在连接轴光滑圆柱铰链26上通过连接轴光滑圆柱铰链26相连，第三驱动电机33的传动轴与连接轴光滑圆柱铰链26相固定，输入曲柄推杆35的上端通过输入曲柄上端光滑圆柱铰链36与输入连杆38的下端相连，输入连杆38的上端通过输入连杆上端光滑圆柱铰链40与伸出杆42的下端相连，伸出杆42的上端通过伸出杆上端光滑圆柱铰链43与推杆11的下端相连，伸出杆42套在第三驱动杆39上，推杆11的上端通过推杆光滑圆柱铰链12与水平固定块9相连，水平固定块9固定在水平滑套8上，所述支撑座27与电机座32相互固定；

所述平面定位机构包括固定底杆49、第一驱动电机24、第二驱动电机25、第一驱动杆20、第二驱动杆37、第一辅助驱动杆21、第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链22、直角杆17、直角杆下端光滑圆柱铰链19、直角杆中端光滑圆柱铰链18、第一连杆15、直角杆上端光滑圆柱铰链16、第一辅助连杆46、垂直杆上端光滑圆柱铰链47、垂直杆45、第二连杆下端光滑圆柱铰链48、第二连杆41、第一连杆离合器定盘13、第一连杆离合器动盘14以及第二连杆上端光滑圆柱铰链44，所述固定底杆49固定在平台23上，第一驱动电机24和第二驱动电机25均固定在平台23上，第一驱动电机24的传动轴穿过固定底杆49与第一驱动杆20的下端相固定，第二驱动电机25的传动轴穿过固定底杆49与第二驱动杆37的下端相固定，第一辅助驱动杆21的下端通过第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链22与固定底杆49的左端相连，直角杆17的水平伸出端通过直角杆下端光滑圆柱铰链19与第一辅助驱动杆21的上端相连，直角杆17的直角端通过直角杆中端光滑圆柱铰链18与第一驱动杆20的上端和第一连杆15的下端相连，直角杆17的竖直伸出端通过直角杆上端光滑圆柱铰链16与第一辅助连杆46的下端相连，第一辅助连杆46的上端通过垂直杆上端光滑圆柱铰链47与垂直杆45相连，第二驱动杆37的上端通过第二连杆下端光滑圆柱铰链48与第二连杆41的下端相连，第一连杆离合器定盘13固定在第一连杆15的上端，第一连杆离合器动盘14固定在第二连杆41的上端，第一连杆15、第一连杆离合器定盘13、第一连杆离合器动盘14、第二连杆41通过第二连杆上端光滑圆柱铰链44相连，水平滑杆10水平固定在垂直杆45上。

所述电机座32可在滑槽34上滑动，电机座32滑动时只能沿着滑槽34滑动。

所述水平滑套8可在水平滑杆10上滑动或固定，水平滑套8滑动时只能沿着水平滑杆10滑动。

所述伸出杆42可在第三驱动杆39上滑动或固定，伸出杆42滑动时只能沿着第三驱动杆39滑动。

所述第一驱动电机24的传动轴与第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链22的距离等于直角杆17水平伸出端的长度。

所述第一驱动杆20的长度等于第一辅助驱动杆21的长度。

所述直角杆17竖直伸出端的长度等于垂直杆45的长度。

所述第一连杆15的长度等于第一辅助连杆46的长度。

所述直角杆17的形状为直角形。确保垂直杆45在运动过程中与平台23所在平面垂直。

所述第一连杆离合器定盘13和第一连杆离合器动盘14得电时相互固定，断电时相互分开。

所述支撑座离合器定盘28和支撑座离合器动盘29得电时相互固定，断电时相互分开。

所述输入曲柄推杆离合器动盘30和输入曲柄推杆离合器定盘31得电时相互固定，断电时相互分开。

工作原理及过程：

工作时，当第一连杆离合器定盘13和第一连杆离合器动盘14断电时，第一驱动电机24带动第一驱动杆20转动，第二驱动电机25带动第二驱动杆37转动，从而实现机械手爪1在第一驱动杆20和第二驱动电机25所在平面的定位；当支撑座离合器定盘28和支撑座离合器动盘29断电时，输入曲柄推杆离合器动盘30和输入曲柄推杆离合器定盘31得电时，第三驱动电机带动第三驱动杆39转动，实现水平滑套8的前后运动，从而现在机械手爪1的前后运动，此时本发明处于三自由度构态，实现机械手爪1在三维空间中的精确定位，推动气缸6驱动推动滑块5上下运动，从而实现机械手爪1的闭合与张开。

开始码垛工作时，首先根据码垛起点和码垛终点，调整出合适的一自由度构型完成码垛工作的构态，调整工作过程为：支撑座离合器定盘28和支撑座离合器动盘29得电，输入曲柄推杆离合器动盘30和输入曲柄推杆离合器定盘31断电，第三驱动电机33工作，带动输入曲柄推杆35，实现伸出杆42滑动时沿着第三驱动杆39滑动达到合适位置，第一驱动电机24和第二驱动电机37分别带动第一驱动杆20和第二驱动杆37转动到合适位置后，第一连杆离合器定盘13、第一连杆离合器动盘14、支撑座离合器定盘28、支撑座离合器动盘29、输入曲柄推杆离合器动盘30、输入曲柄推杆离合器定盘31得电，此时只要第一驱动电机24或第二驱动电机37其中之一工作，可实现本发明一自由度状态下完成码垛工作。

Claims (9)

1.一种空间可控变胞机构式码垛机器人机构，包括平台、机械手装配体、机械手驱动机构以及平面定位机构，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述机械手装配体由机械手爪、机械手爪上端光滑圆柱铰链、机械手平台、机械手爪推杆、机械手爪中端光滑圆柱铰链、推动滑块、固定滑杆、推动气缸、水平滑套以及水平滑杆组成，机械手爪分别通过机械手爪上端光滑圆柱铰链与机械手平台相连，机械手爪推杆分别通过机械手爪中端光滑圆柱铰链与机械手爪相连，机械手爪推杆分别固定在推动滑块的左右两侧，推动滑块套在固定滑杆上，推动气缸安装在固定滑杆上驱动推动滑块上下运动，固定滑杆的下端垂直固定在机械手平台上，固定滑杆的上端垂直固定在水平滑套的前端，水平滑套套在水平滑杆上；

所述机械手驱动机构包括滑槽、第三驱动电机、电机座、输入曲柄推杆离合器定盘、输入曲柄推杆、输入曲柄推杆离合器动盘、第三驱动杆、支撑座离合器动盘、支撑座离合器定盘、支撑座、连接轴光滑圆柱铰链、输入曲柄上端光滑圆柱铰链、输入连杆、输入连杆上端光滑圆柱铰链、伸出杆、伸出杆上端光滑圆柱铰链、推杆、推杆光滑圆柱铰链以及水平固定块，所述滑槽固定在平台上，第三驱动电机固定在电机座上，电机座安装在滑槽内，输入曲柄推杆离合器定盘固定在输入曲柄推杆的下端左侧，输入曲柄推杆离合器动盘固定在第三驱动杆的下端右侧，支撑座离合器动盘固定在第三驱动杆的下端左侧，支撑座离合器定盘固定在支撑座的右侧上，输入曲柄推杆的下端与连接轴光滑圆柱铰链相固定，支撑座、支撑座离合器定盘、支撑座离合器动盘、第三驱动杆、输入曲柄推杆离合器动盘均安装在连接轴光滑圆柱铰链上通过连接轴光滑圆柱铰链相连，第三驱动电机的传动轴与连接轴光滑圆柱铰链相固定，输入曲柄推杆的上端通过输入曲柄上端光滑圆柱铰链与输入连杆的下端相连，输入连杆的上端通过输入连杆上端光滑圆柱铰链与伸出杆的下端相连，伸出杆的上端通过伸出杆上端光滑圆柱铰链与推杆的下端相连，伸出杆套在第三驱动杆上，推杆的上端通过推杆光滑圆柱铰链与水平固定块相连，水平固定块固定在水平滑套上，所述支撑座与电机座相互固定；

所述平面定位机构包括固定底杆、第一驱动电机、第二驱动电机、第一驱动杆、第二驱动杆、第一辅助驱动杆、第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链、直角杆、直角杆下端光滑圆柱铰链、直角杆中端光滑圆柱铰链、第一连杆、直角杆上端光滑圆柱铰链、第一辅助连杆、垂直杆上端光滑圆柱铰链、垂直杆、第二连杆下端光滑圆柱铰链、第二连杆、第一连杆离合器定盘、第一连杆离合器动盘以及第二连杆上端光滑圆柱铰链，所述固定底杆固定在平台上，第一驱动电机和第二驱动电机均固定在平台上，第一驱动电机的传动轴穿过固定底杆与第一驱动杆的下端相固定，第二驱动电机的传动轴穿过固定底杆与第二驱动杆的下端相固定，第一辅助驱动杆的下端通过第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链与固定底杆的左端相连，直角杆的水平伸出端通过直角杆下端光滑圆柱铰链与第一辅助驱动杆的上端相连，直角杆的直角端通过直角杆中端光滑圆柱铰链与第一驱动杆的上端和第一连杆的下端相连，直角杆的竖直伸出端通过直角杆上端光滑圆柱铰链与第一辅助连杆的下端相连，第一辅助连杆的上端通过垂直杆上端光滑圆柱铰链与垂直杆相连，第二驱动杆的上端通过第二连杆下端光滑圆柱铰链与第二连杆的下端相连，第一连杆离合器定盘固定在第一连杆的上端，第一连杆离合器动盘固定在第二连杆的上端，第一连杆、第一连杆离合器定盘、第一连杆离合器动盘、第二连杆通过第二连杆上端光滑圆柱铰链相连，水平滑杆水平固定在垂直杆上，

所述第一连杆离合器定盘和第一连杆离合器动盘得电时相互固定，断电时相互分开；所述支撑座离合器定盘和支撑座离合器动盘得电时相互固定，断电时相互分开；所述输入曲柄推杆离合器动盘和输入曲柄推杆离合器定盘得电时相互固定，断电时相互分开，

当第一连杆离合器定盘和第一连杆离合器动盘断电时，第一驱动电机带动第一驱动杆转动，第二驱动电机带动第二驱动杆转动，从而实现机械手爪在第一驱动杆和第二驱动杆所在平面的定位；当支撑座离合器定盘和支撑座离合器动盘断电时，输入曲柄推杆离合器动盘和输入曲柄推杆离合器定盘得电时，第三驱动电机带动第三驱动杆转动，实现水平滑套的前后运动，从而实现机械手爪的前后运动，此时处于三自由度构态，实现机械手爪在三维空间中的精确定位，推动气缸驱动推动滑块上下运动，实现机械手爪的闭合与张开，

当支撑座离合器定盘和支撑座离合器动盘得电，输入曲柄推杆离合器动盘和输入曲柄推杆离合器定盘断电，第三驱动电机工作，带动输入曲柄推杆转动，实现伸出杆滑动时沿着第三驱动杆滑动达到合适位置，第一驱动电机和第二驱动电机分别带动第一驱动杆和第二驱动杆转动到合适位置后，第一连杆离合器定盘、第一连杆离合器动盘、支撑座离合器定盘、支撑座离合器动盘、输入曲柄推杆离合器动盘、输入曲柄推杆离合器定盘得电，此时只要第一驱动电机或第二驱动电机其中之一工作，可实现一自由度状态下完成码垛工作。

2.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述电机座可在滑槽上滑动，电机座滑动时只能沿着滑槽滑动。

3.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述水平滑套可在水平滑杆上滑动或固定，水平滑套滑动时只能沿着水平滑杆滑动。

4.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述伸出杆可在第三驱动杆上滑动或固定，伸出杆滑动时只能沿着第三驱动杆滑动。

5.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述第一驱动电机的传动轴与第一辅助驱动杆下端光滑圆柱铰链的距离等于直角杆水平伸出端的长度。

6.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述第一驱动杆的长度等于第一辅助驱动杆的长度。

7.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述直角杆竖直伸出端的长度等于垂直杆的长度。

8.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述第一连杆的长度等于第一辅助连杆的长度。

9.根据权利要求1所述的空间可控变胞机构式码垛机器人机构，其特征在于，所述直角杆的形状为直角形。

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