CN107953339B - 一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，横跨设于输送台上方，包括分拣机构和控制系统。分拣机构包括静平台、机械臂、动平台以及连杆机构；机械臂包括相对能够呈菱形布置的两组，机械臂包括柔顺关节，每个机械臂通过驱动电机能够在平面内旋转；动平台，竖直设置，与两机械臂的自由端通过铰接，抓取平台的底部设有连接驱动气缸的气动吸盘；连杆机构，设于任一机械臂外侧，与动平台联动设置，用于驱动动平台保持竖直状态；控制系统，用于控制该机器人进行分拣工作。解决了由传统运动副带来的间隙、摩擦、冲击等问题，并且始终保证动平台的水平无倾角移动，抓取、放置更加平稳，适用于对易碎品的分拣，提高了工作效率。

Description

一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人

技术领域

本发明涉及分拣机器人领域，尤其涉及一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人。

背景技术

并联机器人是一种具有闭链结构的先进机器人，具有刚度大、精度高、承载能力强等优点，可以实现高速、高精度的控制任务，已经广泛应用于运动模拟、机械加工、高速搬运、分拣、快速定位等场合。

在工业生产中，随着人们对生产效率及作业精度要求的不断提高，高速高精度已成为工业机器人发展的重要趋势。面对高速及高加速的要求，并联机器人面对以下几个难题：

(1)基于传统设计理论的机器人体积及自重通常较大，在高速运行时要求使用较大型号的驱动与传动装置，使得机器人生产及运行成本大幅增加；

(2)在高速运行工况下，基于轻量化的设计方法设计的高速并联机器人通常会产生弹性变形与振动，使得并联机器人动平台执行端的运动增加了弹性位移，采用传统针对刚性机器人的分析及控制方法无法达到并联机器人的性能要求；

(3)并联机器人多以刚性运动副传递运动，受其结构所限，不可避免的存在间隙、摩擦、冲及安装和加工误差等问题，无法满足现代科技发展对机械装备的要求。

柔顺机构是现代机构和机械设备发展的新方向，其从结构设计的角度为解决上述问题提供了一种新的思路和方法，在轻型和微型并联机构领域有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服现有纯刚体并联机器人的不足，结构简单，设计合理的一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，横跨设于输送台上方，包括分拣机构和控制系统，在该机器人处的输送台的两侧分别设有成品容纳盒和次品收纳盒；其特征在于：分拣机构，包括静平台、机械臂、动平台以及连杆机构；静平台，其沿输送台的宽度方向设置；机械臂，包括相对能够呈菱形布置的两组，所述机械臂由上向下倾斜设置，包括呈夹角布置的主动臂和从动臂，所述主动臂和从动臂之间通过柔顺关节连接，所述主动臂的另一端与所述静平台通过第一铰接轴可转动连接，所述静平台的另一侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出端与第一铰接轴连接，用于驱动主动臂在其所在平面内旋转，两所述从动臂的自由端相交汇；动平台，竖直设置，具有竖直设置的吊臂和水平固定于吊臂底端的抓取平台，所述吊臂与两从动臂的自由端通过第二铰接轴铰接，所述抓取平台的底部设有能够吸附输送台上玻璃瓶的气动吸盘，所述气动吸盘连接有驱动气缸；连杆机构，设于任一机械臂外侧，与动平台联动设置，用于驱动动平台保持竖直状态，其一端与动平台铰接，另一端与动平台铰接；控制系统，包括控制器、设于动平台前侧上方的图像采集器以及用于感应输送台上玻璃瓶位置的位置传感器，所述控制器的信号输入端连接有图像采集器和位置传感器，所述控制器的控制输出端连接有驱动电机和驱动气缸。

进一步的技术方案在于：所述连杆机构与相邻的一主动臂和一从动臂构成三连式的平行四边形机构。

进一步的技术方案在于：所述连杆机构包括依次铰接的第一连杆、L形连杆、平行四边形连杆机构和第二连杆，所述第一连杆与相邻的主动臂平行设置，所述第二连杆与相邻的从动臂平行设置。

进一步的技术方案在于：所述气动吸盘位于输送台轴线的上方。

进一步的技术方案在于：所述成品容纳盒和次品收纳盒的内部包覆有弹性层。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

该分拣并联机器人具有柔顺结构，采用柔顺结构替换传统的运动副，利用柔顺结构自身的柔性变形实现运动和能量的传递和转换，在结构上减少甚至没有了运动副，从根本上解决了由传统运动副带来的间隙、摩擦、冲击等问题。该机器人在分拣玻璃瓶时不仅具有上下、左右方向的自由度，实现抓取分拣的基本功能，通过连杆机构的设置，与动平台保持联动，始终保证动平台的水平无倾角移动，抓取、放置更加平稳，适用于对易碎品的分拣，提高了并联机器人的使用性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作原理示意图；

图3是本发明所述连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的仅仅实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1和图2所示，一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，横跨设于输送台101上方，用于对输送台101运输的玻璃瓶进行成品和次品的分类。分拣并联机器人包括分拣机构和控制系统，在该机器人处的输送台101的两侧分别设有用于容置合格产品的成品容纳盒102和用于容置残次产品的次品收纳盒103。

分拣机构，包括静平台11、机械臂12、动平台13以及连杆机构14。

静平台11，其沿输送台101的宽度方向设置，起到固定和连接的作用。

机械臂12，包括相对能够呈菱形布置的两组，所述机械臂12由上向下倾斜设置，包括呈夹角布置的主动臂121和从动臂122，所述主动臂121和从动臂122之间通过柔顺关节123连接，所述主动臂121的另一端与所述静平台11通过第一铰接轴124可转动连接，所述静平台11的另一侧设有驱动电机125，所述驱动电机125的输出端与第一铰接轴124连接，用于驱动主动臂121在其所在平面内旋转，两所述从动臂122的自由端相交汇。

动平台13，竖直设置，具有竖直设置的吊臂和水平固定于吊臂底端的抓取平台，所述吊臂与两从动臂122的自由端通过第二铰接轴铰接，所述抓取平台的底部设有能够吸附输送台101上玻璃瓶的气动吸盘131，所述气动吸盘131连接有驱动气缸132。

该分拣并联机器人的两机械臂12在两个驱动电机125的耦合驱动下在其所在的竖直面内进行往复运动。当两个驱动电机125的驱动方向相反，一正转一反旋转时，实现动平台13的上下运动，即能够下降后从输送台101上抓取玻璃瓶，然后反向转动实现动平台13上升。当两个驱动电机125的驱动方向相同，同时正转或反转时，实现动平台13向左或右运动，实现将抓取的玻璃瓶放置在成品容纳盒102或次品收纳盒103内。连杆机构14，设于任一机械臂12外侧，与动平台13联动设置，用于驱动动平台13保持竖直状态，其一端与动平台13铰接，另一端与动平台13铰接，实现动平台13的平动，即在分拣并联机器人执行分拣任务的过程中始终保持动平台13的水平无倾角。

控制系统，包括控制器21、设于动平台13前侧上方的图像采集器22以及用于感应输送台101上玻璃瓶位置的位置传感器23，所述控制器21的信号输入端连接有图像采集器22和位置传感器23，所述控制器21的控制输出端连接有驱动电机125和驱动气缸132。其中控制器21为基于PLC的可编程逻辑控制器。

当位置传感器23感应到动平台13下方一定范围内的输送台101上存在待检的玻璃瓶时，位置传感器23将该信号传输给控制器21，控制器21控制两个驱动电机125反向转动，实现动平台13下移，然后控制器21控制驱动气缸132进行吸气工作，实现气动吸盘131能够通过负压吸附住玻璃瓶，然后控制器21控制两个驱动电机125向相反方向反转，实现动平台13上升，然后图像采集器22将该玻璃瓶的图像采集，并传输给控制器21，控制器21将该图像与预存的成品图像进行对比，然后判断该玻璃瓶是否为合格产品，然后控制器21控制两个驱动电机125同向转动，实现动平台13的左移或右移到对应的收纳盒上方，然后控制动平台13下移，最后控制器23控制驱动气缸132进行放气操作，将该玻璃瓶放置在对应的收纳盒内，实现自动分拣，提高生产效率，最后控制器23控制动平台13复位。在此过程中，连杆机构14始终与动平台13保持联动性，控制动平台13保持水平无倾角的运动状态。

该分拣并联机器人具有柔顺关节123的柔顺结构，采用柔顺结构替换传统的运动副，利用柔顺结构自身的柔性变形实现运动和能量的传递和转换，在结构上减少甚至没有了运动副，从根本上解决了由传统运动副带来的间隙、摩擦、冲击等问题。该机器人在分拣玻璃瓶时不仅具有上下、左右方向的自由度，实现抓取分拣的基本功能，通过连杆机构的设置，与动平台保持联动，始终保证动平台的水平无倾角移动，抓取、放置更加平稳，适用于对易碎品的分拣，提高了并联机器人的使用性能。

连杆机构14与相邻的一主动臂121和一从动臂122构成三连式的平行四边形机构。如图3所示，连杆机构14包括依次铰接的第一连杆141、L形连杆142、平行四边形连杆机构143和第二连杆144，所述第一连杆141与相邻的主动臂121平行设置，与其构成一级平行四边形机构，所述第二连杆144与相邻的从动臂122平行设置，与其构成三级平行四边形机构。由于平行四边形机构在变形过程中，能够始终保持两组对边的平行关系不变，因此，三连式平行四边形机构，通过顺次铰接和连杆共用的方式传递平行关系，能够保证并联机器人的动平台在分拣过程中始终保持初始的水平无倾角姿态。

其中，为了便于气动吸盘131对工件的抓取，气动吸盘131位于输送台101轴线的上方。而且为了防止玻璃瓶在放置过程中遭到磕碰损坏，所以在成品容纳盒102和次品收纳盒103的内部包覆有弹性层。

以上仅是本发明的较佳实施例，任何人根据本发明的内容对本发明作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，横跨设于输送台(101)上方，包括分拣机构和控制系统，在该机器人处的输送台(101)的两侧分别设有成品容纳盒(102)和次品收纳盒(103)；

其特征在于：

分拣机构，包括静平台(11)、机械臂(12)、动平台(13)以及连杆机构(14)；

静平台(11)，其沿输送台(101)的宽度方向设置；

机械臂(12)，包括相对能够呈菱形布置的两组，所述机械臂(12)由上向下倾斜设置，包括呈夹角布置的主动臂(121)和从动臂(122)，所述主动臂(121)和从动臂(122)之间通过柔顺关节(123)连接，所述主动臂(121)的另一端与所述静平台(11)通过第一铰接轴(124)可转动连接，所述静平台(11)的另一侧设有驱动电机(125)，所述驱动电机(125)的输出端与第一铰接轴(124)连接，用于驱动主动臂(121)在其所在平面内旋转，两所述从动臂(122)的自由端相交汇；

动平台(13)，竖直设置，具有竖直设置的吊臂和水平固定于吊臂底端的抓取平台，所述吊臂与两从动臂(122)的自由端通过第二铰接轴铰接，所述抓取平台的底部设有能够吸附输送台(101)上玻璃瓶的气动吸盘(131)，所述气动吸盘(131)连接有驱动气缸(132)；

连杆机构(14)，设于任一机械臂(12)外侧，与动平台(13)联动设置，用于驱动动平台(13)保持竖直状态，其一端与动平台(13)铰接，另一端与动平台(13)铰接；

控制系统，包括控制器(21)、设于动平台(13)前侧上方的图像采集器(22)以及用于感应输送台(101)上玻璃瓶位置的位置传感器(23)，所述控制器(21)的信号输入端连接有图像采集器(22)和位置传感器(23)，所述控制器(21)的控制输出端连接有驱动电机(125)和驱动气缸(132)。

2.根据权利要求1所述的一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，其特征在于：所述连杆机构(14)与相邻的一主动臂(121)和一从动臂(122)构成三连式的平行四边形机构。

3.根据权利要求1所述的一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，其特征在于：所述连杆机构(14)包括依次铰接的第一连杆(141)、L形连杆(142)、平行四边形连杆机构(143)和第二连杆(144)，所述第一连杆(141)与相邻的主动臂(121)平行设置，所述第二连杆(144)与相邻的从动臂(122)平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，其特征在于：所述气动吸盘(131)位于输送台(101)轴线的上方。

5.根据权利要求1所述的一种具有柔顺结构的玻璃瓶分拣并联机器人，其特征在于：所述成品容纳盒(102)和次品收纳盒(103)的内部包覆有弹性层。