CN108313747A - 一种直线电机驱动的码垛机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种直线电机驱动的码垛机器人，包括底座、单轴力矩电机、双轴直线电机、臂组件以及连杆组件；单轴力矩电机的定子固定在底座上；双轴直线电机包括第一直线电机和相对第一直线电机垂直设置的第二直线电机，且第一直线电机固定连接第二直线电机，单轴力矩电机的转子固定在第一直线电机上；臂组件连接在双轴直线电机上，连杆组件连接臂组件；臂组件包括前大臂、后大臂、小臂、臂腕以及四轴力矩电机；连杆组件包括摆杆、中杆、角板以及长杆。本发明有效地减少了构件数目、降低了制造成本，方便了制造和安装。直线电机、力矩电机内置编码器或者光栅尺，方便地进行闭环控制，从而实现机器人高精度运行。

Description

一种直线电机驱动的码垛机器人
技术领域
本发明涉及机器人，具体涉及码垛机器人。
背景技术
随着时代的发展，机器人的发展也呈现出以下两个特点：一是应用领域不断扩大，机器人的数量和种类不断增加；二是机器人的结构和形态的多样化，呈现出了较多的类型。
现有的码垛机器人采用减速器、同步带、滚珠丝杆的传动方式，这种结构刚度有限，而且结构复杂、运动构件数量多、制造工艺难度大、制造成本高、连接拼接不方便等问题，会影响制造和推广应用，且码垛机器人对零部件的制造和安装有严格的要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种直线电机驱动的码垛机器人，该直线电机驱动的码垛机器人与现有技术相比，有效地减少了构件数目、降低制造成本，且便于制造、安装和实时控制。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种直线电机驱动的码垛机器人，包括底座、单轴力矩电机、双轴直线电机、臂组件以及连杆组件；所述单轴力矩电机的定子固定在所述底座上；所述双轴直线电机包括第一直线电机和相对第一直线电机垂直设置的第二直线电机，且所述第一直线电机固定连接所述第二直线电机，所述单轴力矩电机的转子固定在所述第一直线电机上；所述臂组件连接在所述双轴直线电机上，所述连杆组件连接所述臂组件；
所述臂组件包括前大臂、后大臂、小臂、臂腕以及四轴力矩电机；
所述连杆组件包括摆杆、中杆、角板以及长杆；
所述前大臂铰接在所述第一直线电机上，所述后大臂铰接在所述第二直线电机上，所述摆杆与所述前大臂共用心轴且所述中杆铰接在所述摆杆上，所述前大臂、所述中杆以及所述长杆均铰接在所述角板上，所述前大臂与所述角板铰接的心轴贯穿所述小臂，所述小臂的一端铰接在所述后大臂上；所述臂腕固定连接所述四轴力矩电机，所述臂腕一端铰接在所述小臂上；所述长杆的端头铰接在所述臂腕上；所述臂组件和所述连杆组件一同构成一个多自由度的曲柄连杆机构；
还包括控制器，所述底座、单轴力矩电机、双轴直线电机、臂组件以及连杆组件均电连接该控制器。
所述第一直线电机包括第一定子、第一动子、第一光栅尺、第一光栅读数头、左行程开关以及右行程开关，所述第一动子可相对所述第一定子直线运动，所述第一动子连接在所述第一定子的滑轨上，所述第一光栅尺固定在所述第一定子的滑轨附近，所述第一光栅读数头固定在所述第一动子的内部，且所述第一光栅读数头位于所述第一光栅尺的上方；在所述第一动子上固定有第一滑块，且在该第一滑块的左右两端分别固定所述左行程开关和所述右行程开关。
所述第一直线电机还包括左防撞器、右防撞器以及第一失电制动器，所述左防撞器固定在所述第一定子的滑轨的左端，所述右防撞器固定在所述第一定子的滑轨的右端，所述第一失电制动器连接在所述第一动子上。
所述第二直线电机包括第二定子、第二动子、第二光栅尺、第二光栅读数头、下行程开关以及上行程开关，所述第二动子可相对所述第二定子直线运动，所述第二动子连接在所述第二定子的滑轨上，所述第二光栅尺固定在所述第二定子的滑轨附近，所述第二光栅读数头固定在所述第二动子的内部，且所述第二光栅读数头位于所述第二光栅尺的左侧；在所述第二动子上固定有第二滑块，且在该第二滑块的上下两端分别固定所述下行程开关和所述上行程开关。
所述第二直线电机还包括下防撞器、上防撞器以及第二失电制动器，所述下防撞器固定在所述第二定子的滑轨的下端，所述上防撞器固定在所述第二定子的滑轨的上端，所述第二失电制动器连接在所述第二动子上。
所述四轴力矩电机上设置有旋转编码器和失电控制器。
所述前大臂铰接在所述第一滑块上。
所述后大臂铰接在所述第二滑块上。
所述底座为码垛机器人底座形式、桁架机器人底座形式或者搬运机器人底座形式。
在所述单轴力矩电机上设置有旋转编码器和失电控制器。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明有效地减少了构件数目、降低了制造成本，方便了制造、安装。直线电机、力矩电机内置编码器或者光栅尺，可以很方便的进行闭环控制，从而实现机器人高精度运行。
本发明的机器人拼装结构简化了机器人结构，不但减少了构件数目，还省去了成本高的减速器、丝杠等易损件，有效地降低了制造成本，提高了结构刚度，方便了制造、安装；机器人使用的直线电机、力矩电机内置编码器或者光栅尺，可以很方便的进行闭环控制，实现机器人高精度运行。
本发明的零部件加工、装配简单，成本低，机器人精度及稳定性高，降低了机器人自动化应用门槛。
附图说明
图1为实施例1的局部剖视主视图；
图2为实施例1的立体结构示意图；
图3为实施例2的立体结构示意图；
图4为实施例3的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1和图2，一种直线电机驱动的码垛机器人，包括底座10、单轴力矩电机20、双轴直线电机、臂组件50以及连杆组件60；所述单轴力矩电机20的定子固定在所述底座10上；所述双轴直线电机包括第一直线电机30和相对第一直线电机30垂直设置的第二直线电机40，且所述第一直线电机30固定连接所述第二直线电机40，所述单轴力矩电机20的转子固定在所述第一直线电机30上；所述臂组件50连接在所述双轴直线电机上，所述连杆组件60连接所述臂组件50；
所述臂组件50包括前大臂51、后大臂52、小臂53、臂腕54以及四轴力矩电机55；
所述连杆组件60包括摆杆61、中杆62、角板63以及长杆64；
如图1，所述前大臂51铰接在所述第一直线电机30上，所述后大臂52铰接在所述第二直线电机40上，所述摆杆61与所述前大臂51共用心轴且所述中杆62铰接在所述摆杆61上，所述前大臂51、所述中杆62以及所述长杆64均铰接在所述角板63上，所述前大臂51与所述角板63铰接的心轴贯穿所述小臂53，所述小臂53的一端铰接在所述后大臂52上；所述臂腕54固定连接所述四轴力矩电机55，所述臂腕54一端铰接在所述小臂53上；所述长杆64的端头铰接在所述臂腕54上；所述臂组件50和所述连杆组件60一同构成一个多自由度的曲柄连杆机构；
还包括控制器，所述底座、单轴力矩电机、双轴直线电机、臂组件以及连杆组件均电连接该控制器。
参照图1，本发明所述左、右、上、下等方位限定语，均是以图1所述状态为参照。
如图1，所述第一直线电机30包括第一定子31、第一动子32、第一光栅尺35、第一光栅读数头38、左行程开关36以及右行程开关37，所述第一动子32可相对所述第一定子31直线运动，所述第一动子32连接在所述第一定子31的滑轨上，所述第一光栅尺35固定在所述第一定子31的滑轨附近，优选地，第一光栅尺设置在第一定子的滑轨左侧，所述第一光栅读数头38固定在所述第一动子32的内部，且所述第一光栅读数头38位于所述第一光栅尺35的上方；在所述第一动子32上固定有第一滑块56，且在该第一滑块56的左右两端分别固定所述左行程开关36和所述右行程开关37。
进一步，所述第一直线电机30还包括左防撞器33、右防撞器34以及第一失电制动器39，所述左防撞器33固定在所述第一定子31的滑轨的左端，所述右防撞器34固定在所述第一定子31的滑轨的右端，所述第一失电制动器39连接在所述第一动子32上。
如图1，所述第二直线电机40包括第二定子41、第二动子42、第二光栅尺45、第二光栅读数头48、下行程开关46以及上行程开关47，所述第二动子42可相对所述第二定子41直线运动，所述第二动子42连接在所述第二定子41的滑轨上，所述第二光栅尺45固定在所述第二定子41的滑轨附近，所述第二光栅读数头48固定在所述第二动子42的内部，且所述第二光栅读数头48位于所述第二光栅尺45的左侧；在所述第二动子42上固定有第二滑块57，且在该第二滑块57的上下两端分别固定所述下行程开关46和所述上行程开关47。
进一步，所述第二直线电机40还包括下防撞器43、上防撞器44以及第二失电制动器49，所述下防撞器43固定在所述第二定子41的滑轨的下端，所述上防撞器44固定在所述第二定子41的滑轨的上端，所述第二失电制动器49连接在所述第二动子42上。
所述四轴力矩电机55上设置有旋转编码器和失电控制器。
所述前大臂51铰接在所述第一滑块56上。
所述后大臂52铰接在所述第二滑块57上。
如图2，所述底座10为搬运机器人底座形式。
在所述单轴力矩电机20上设置有旋转编码器和失电控制器。
单轴力矩电机的定子与底座固定连接，单轴力矩电机的转子与第一直线电机的第一定子固定连接，带动整体部件做旋转运动。单轴力矩电机的旋转编码器用于位置反馈，反馈数据到控制器上。
如图1，在第一直线电机的第一定子的两端设置的左防撞器和右防撞器，能有效防止本机器人超程撞击造成危险。所述第一光栅读数头安装在所述第一光栅尺的正上方，用以第一光栅尺的读数反馈，并将读数传输给控制器。在所述第一动子上设置的左行程开关和右行程开关，这两个行程开关用以防止本机器人意外超程。
如图1，第一直线电机的第一动子上安装有第一失电制动器，优选的，在第一动子的两侧均安装有第一失电制动器。第一失电制动器包括活动块和制动板两部分，活动块固定在第一动子上，制动板固定在第一定子上，在活动块的底面形成有齿条，在制动板上也形成有齿条。在活动块内有电磁线圈和弹簧，因此，当第一直线电机运动时，电磁线圈通电，弹簧被压缩，从而活动块紧贴在第一动子上，活动块可相对制动板运动；当第一直线电机需要制动时，电磁线圈断电，弹簧推动活动块伸出，活动块的底面接触到制动板的表面，并且两个面的齿条相接触，从而实现紧急制动。总之，通电时能保证直线电机的正常运动，需要紧急制动时，第一失电制动器断开电源并能紧急制动。两个失电制动器，能加强制动效果。
如图1，与第一直线电机的各个组件结构和功能均一致的第二直线电机，其结构功能和效果均与第一直线电机相同。在本实施例中，第二直线电机是竖直放置，而第一直线电机是水平放置，两者互相垂直。
如图1和图2，在本发明中，前大臂一端铰接在第一直线电机上，另一端铰接在小臂上，从而提供小臂一个可移动支点。如图2，第一直线电机和第二直线电机的相对移动可控制小臂的摆动。四轴力矩电机的定子固定在臂腕上，其转子为输出端，其输出法兰与负载或其他工装和构件连接，所述四轴力矩电机的旋转编码器用以位获取置反馈保证精度，而失电控制器用于断电时保证安全。角板与前大臂铰接，可自由转动。长杆的一端与臂腕铰接，以保证臂腕的空间水平支撑。
本发明的臂组件和连杆组件一起构成的曲柄连杆机构，是在第一直线电机和第二直线电机的带动下运动的，其各个杆件的运动相互制约和支撑，最后通过四轴力矩电机来抓取物件。
本发明将第一直线电机和第二直线电机引入到码垛机器人中，将复杂的电路和较多的部件替换，使得整体的结构变得简单，而且连接方便，制造工艺简单，维护简单。电路结构的简化是本发明的一个重要的效果，这样就使得整理线路和维护时，梳理起来简单，只需要普通的电工技术就能解决，降低成本，简化操作。
实施例2：
如图3，区别于实施例1，所述底座10为桁架机器人底座形式。
如图所示，桁架机器人的形式是本发明的另一重要要点。因为常规的码垛机器人无法做成桁架的结构形式，常规的码垛机器人结构复杂、易漏润滑油、结构太大等原因，只能做成码垛机器人的形式。而本发明的结构简单，能方便的应用在桁架上，而且桁架上也可以设置直线电机，如图3，在底座上设置直线电机，丰富了码垛机器人的结构形式。而且最大的优点，直线电机做的机器人，润滑简单，基本不存在漏润滑油的情况。
实施例3：
如图4，区别于实施例1和2，所述底座10为码垛机器人底座形式，此底座为常规的码垛机器人上所用的底座，较普遍。
如图4，本实施例中，机器人的底座为可以纵向伸缩的结构，而底座是直线电机或者力矩电机，能很方便的实现纵向的运动，配合机器人的运动，提供多了一个维度的运动。
从以上的三个实施例就可以看出，本发明将传统技术的复杂结构替换为简单的结构，功能上更多样，性能更稳定，连接更简便。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：包括底座(10)、单轴力矩电机(20)、双轴直线电机、臂组件(50)以及连杆组件(60)；所述单轴力矩电机(20)的定子固定在所述底座(10)上；所述双轴直线电机包括第一直线电机(30)和相对第一直线电机(30)垂直设置的第二直线电机(40)，且所述第一直线电机(30)固定连接所述第二直线电机(40)，所述单轴力矩电机(20)的转子固定在所述第一直线电机(30)上；所述臂组件(50)连接在所述双轴直线电机上，所述连杆组件(60)连接所述臂组件(50)；
所述臂组件(50)包括前大臂(51)、后大臂(52)、小臂(53)、臂腕(54)以及四轴力矩电机(55)；
所述连杆组件(60)包括摆杆(61)、中杆(62)、角板(63)以及长杆(64)；
所述前大臂(51)铰接在所述第一直线电机(30)上，所述后大臂(52)铰接在所述第二直线电机(40)上，所述摆杆(61)与所述前大臂(51)共用心轴且所述中杆(62)铰接在所述摆杆(61)上，所述前大臂(51)、所述中杆(62)以及所述长杆(64)均铰接在所述角板(63)上，所述前大臂(51)与所述角板(63)铰接的心轴贯穿所述小臂(53)，所述小臂(53)的一端铰接在所述后大臂(52)上；所述臂腕(54)固定连接所述四轴力矩电机(55)，所述臂腕(54)一端铰接在所述小臂(53)上；所述长杆(64)的端头铰接在所述臂腕(54)上；所述臂组件(50)和所述连杆组件(60)一同构成一个多自由度的曲柄连杆机构；
还包括控制器，所述底座、单轴力矩电机、双轴直线电机、臂组件以及连杆组件均电连接该控制器。
2.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述第一直线电机(30)包括第一定子(31)、第一动子(32)、第一光栅尺(35)、第一光栅读数头(38)、左行程开关(36)以及右行程开关(37)，所述第一动子(32)可相对所述第一定子(31)直线运动，所述第一动子(32)连接在所述第一定子(31)的滑轨上，所述第一光栅尺(35)固定在所述第一定子(31)的滑轨附近，所述第一光栅读数头(38)固定在所述第一动子(32)的内部，且所述第一光栅读数头(38)位于所述第一光栅尺(35)的上方；在所述第一动子(32)上固定有第一滑块(56)，且在该第一滑块(56)的左右两端分别固定所述左行程开关(36)和所述右行程开关(37)。
3.根据权利要求2所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述第一直线电机(30)还包括左防撞器(33)、右防撞器(34)以及第一失电制动器(39)，所述左防撞器(33)固定在所述第一定子(31)的滑轨的左端，所述右防撞器(34)固定在所述第一定子(31)的滑轨的右端，所述第一失电制动器(39)连接在所述第一动子(32)上。
4.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述第二直线电机(40)包括第二定子(41)、第二动子(42)、第二光栅尺(45)、第二光栅读数头(48)、下行程开关(46)以及上行程开关(47)，所述第二动子(42)可相对所述第二定子(41)直线运动，所述第二动子(42)连接在所述第二定子(41)的滑轨上，所述第二光栅尺(45)固定在所述第二定子(41)的滑轨附近，所述第二光栅读数头(48)固定在所述第二动子(42)的内部，且所述第二光栅读数头(48)位于所述第二光栅尺(45)的左侧；在所述第二动子(42)上固定有第二滑块(57)，且在该第二滑块(57)的上下两端分别固定所述下行程开关(46)和所述上行程开关(47)。
5.根据权利要求4所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述第二直线电机(30)还包括下防撞器(43)、上防撞器(44)以及第二失电制动器(49)，所述下防撞器(43)固定在所述第二定子(41)的滑轨的下端，所述上防撞器(44)固定在所述第二定子(41)的滑轨的上端，所述第二失电制动器(49)连接在所述第二动子(42)上。
6.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述四轴力矩电机(55)上设置有旋转编码器和失电控制器。
7.根据权利要求2所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述前大臂(51)铰接在所述第一滑块(56)上。
8.根据权利要求4所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述后大臂(52)铰接在所述第二滑块(57)上。
9.根据权利要求2或4所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：所述底座(10)为码垛机器人底座形式、桁架机器人底座形式或者搬运机器人底座形式。
10.根据权利要求2或4所述的一种直线电机驱动的码垛机器人，其特征在于：在所述单轴力矩电机(20)上设置有旋转编码器和失电控制器。
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