CN108557493B - 一种变胞机构式码垛机器人 - Google Patents

Abstract

一种变胞机构式码垛机器人，包括铰链装配体、机械手固定处装配体、机械手装配体、限位处装配体、直角三角形杆处装配体、电机固定铰链装配处、电机装配体、丝杆装配体、底座旋转装配体、第一辅助输入杆、第一输入杆、第二输入杆、第二输入杆后固定端、第二连杆后固定端、第二连杆、辅助连杆、辅助杆、第一连杆、连接固定杆、输出杆、辅助固定端、电机固定支座、辅助固定支座以及辅助活动端。本发明工作时具有多种构态，能够适用于不同场合和不同的工作对象，结构简单，所用的零件均为常用易加工零件或标准零件，整体采用闭链可控连杆机构，具有较高的运动稳定性和工作效率。

Description

一种变胞机构式码垛机器人

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，特别是一种变胞机构式码垛机器人。

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。现有的码垛机器人大多数为固定自由度，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201510310666.1公开了一种变构态大空间码垛机器人机构，但是只能在固定位置完成构态变换，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。目前，尚未见有一种结构简单，能通过多种构态变换实现多种功能，能在更多种工作场合面对不同工作任务的情况下完成码垛工作的码垛机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种变胞机构式码垛机器人，它能克服现有码垛机器人的不足，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，功能多样，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：一种变胞机构式码垛机器人，包括铰链装配体、机械手固定处装配体、机械手装配体、限位处装配体、直角三角形杆处装配体、电机固定铰链装配处、电机装配体、丝杆装配体、底座旋转装配体、第一辅助输入杆、第一输入杆、第二输入杆、第二输入杆后固定端、第二连杆后固定端、第二连杆、辅助连杆、辅助杆、第一连杆、连接固定杆、输出杆、辅助固定端、电机固定支座、辅助固定支座以及辅助活动端。具体结构和连接关系为：

所述铰链装配体由铰链连接轴、铰链定位轴肩、第一轴承、第二轴承、轴承固定盖组成，铰链连接轴上设有铰链定位轴肩，第一轴承和第二轴承安装在铰链连接轴上，第一轴承前端的内圈与铰链定位轴肩的一个端面接触，第一轴承后端的外圈与轴承固定盖接触，第二轴承前端的内圈与铰链定位轴肩的另一个端面接触；

所述机械手固定处装配体由机械手固定杆、输出杆前固定端、辅助输出杆前固定端及铰链装配体的组成，机械手固定杆的上下两端各对称安装两个相同铰链装配体，这四个相同铰链装配体的第二轴承后端的外圈与输出杆前固定端接触，机械手固定杆上端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖分别与辅助输出杆前固定端的左右两端面固定，机械手固定杆下端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖分别与输出杆前固定端的左右两端面固定；

所述机械手装配体由机械手装配侧边固定座、机械手装配隔板、机械手装配侧板、机械手电机固定板、机械手旋转电机、机械手电机联轴器、机械手电机轴、机械手转轴、第一机械手装配轴承座、第一机械手装配轴承、机械手转轴轴肩、第二机械手装配轴承、第二机械手装配轴承座、机械手装配顶板、机械手中间柱、顶板支撑柱、机械手装配底板、驱动气压缸、驱动气压缸杆、机械手推杆、机械手爪、机械手装配底部固定板组成，机械手装配侧边固定座固定在机械手固定杆上，两个相同的机械手装配隔板的一侧固定在机械手装配侧边固定座的两侧，机械手装配侧板固定在个相同的机械手装配隔板的另一侧，机械手装配底部固定板固定安装在机械手装配侧边固定座、两个相同的机械手装配隔板和机械手装配侧板的顶端，机械手电机固定板的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，机械手旋转电机固定安装在机械手电机固定板上，机械手电机联轴器的一端固定安装在机械手旋转电机上的机械手电机轴的前端，机械手电机联轴器的另一端固定安装机械手转轴的上端，第一机械手装配轴承座的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，第一机械手装配轴承安装在第一机械手装配轴承座上，支撑机械手转轴的下端，机械手转轴上设有机械手转轴轴肩，机械手转轴轴肩，的上下端面分别与第一机械手装配轴承和第二机械手装配轴承的内圈内端面相接触，第二机械手装配轴承座的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，第二机械手装配轴承安装在第二机械手装配轴承座上，支撑机械手转轴的另一端，机械手转轴的下端与机械手装配顶板相固定，机械手中间柱固定在械手装配顶板的下端中间，四个相同的顶板支撑柱的上端分别固定在机械手装配顶板上，四个相同的顶板支撑柱的下端与机械手装配底板相固定，驱动气压缸固定在机械手中间柱上，驱动气压缸上的驱动气压缸杆与两个相同的机械手推杆相固定，两个相同的机械手推杆的两端均分别与两个相同的机械手爪上部外侧铰接，两个相同的机械手爪上部内侧分别与机械手装配底板的两侧铰接；

所述限位处装配体由第二连杆前端固定处、限位固定块、限位处动盘固定板、限位离合器动盘、限位处定盘固定板、限位离合器定盘组成，两个相同的铰链装配体的第二轴承分别安装在第二连杆前端固定处的前后端面，轴承固定盖分别固定安装在两个相同的限位固定块外端面，两个相同的限位处动盘固定板的外端面分别固定安装在两个相同的限位固定块内端面，两个相同的限位离合器动盘固定安装在两个相同的限位处动盘固定板内端面，两个相同的限位处定盘固定板分别固定安装在第二连杆前端固定处的前后端面，两个相同的限位离合器定盘分别固定安装在两个相同的限位处定盘固定板上，两个相同的限位离合器动盘和两个相同的限位离合器定盘均安装在两个相同的铰链装配体的铰链定位轴肩上；

所述直角三角形杆处装配体由三连接铰链装配体、两个相同的三角形杆、第一连杆后固定端、第一输入杆后固定端、辅助水平杆后固定端、辅助连杆前固定端组成；三连接铰链装配体由装配后部端盖、装配后部轴承、装配连接轴、装配中部端盖、装配中部轴承、装配连接轴轴肩、装配前部轴承组成；装配后部端盖安装在装配后部轴承的外圈后端，装配后部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上，装配中部端盖安装在装配中部轴承的外圈后端，装配中部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上的装配连接轴轴肩前端面上，装配前部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上的装配连接轴轴肩后端面上；两个相同的三连接铰链装配体的装配中部端盖分别固定安装在两个相同的三角形杆的外侧端面，两个相同的三连接铰链装配体的装配后部端盖分别固定安装在第一连杆后固定端的两侧，两个相同的三连接铰链装配体的装配前部轴承的外圈后端分别固定安装在第一输入杆后固定端上；两个相同的铰链装配体的第二轴承的外圈外端面分别安装在辅助水平杆后固定端上端前后端面，轴承固定盖分别固定安装在两个相同的三角形杆；两个相同的铰链装配体的第二轴承的外圈外端面分别安装在三角形杆的上，轴承固定盖分别固定安装在辅助连杆前固定端的两侧；

所述电机固定铰链装配处由电机固定轴承座、电机固定轴承、电机轴承端盖、输入轴、输入连杆前固定端组成，两个相同的电机固定轴承座对称固定安装，两个相同的电机固定轴承的外圈外端面分别安装在两个相同的电机轴承端盖上，两个相同的电机轴承端盖分别固定安装在两个相同的电机固定轴承座上，这两个相同的电机固定轴承分别安装在电机固定轴承座内，输入轴固定安装在输入连杆前固定端，输入轴的两端安装在两个相同的电机固定轴承的内圈上；

所述电机装配体由电机离合器动盘、电机离合器定盘、电机、电机转轴、电机固定竖板、电机固定支架组成，电机离合器动盘和电机离合器定盘组合安装，电机离合器动盘固定安装在输入轴上，电机离合器定盘固定安装在电机上的电机转轴上，电机安装在电机固定竖板上，电机固定竖板上的底端安装在电机固定支架上；

所述丝杆装配体由丝杆装配后固定板、丝杆装配前固定板、丝杆电机固定架、丝杆装配体底板、丝杆电机、支撑杆、丝杆、丝杆电机联轴器、滑块、滑块顶板组成；丝杆装配后固定板、丝杆装配前固定板、丝杆电机固定架均固定在丝杆装配体底板上，丝杆电机固定在丝杆电机固定架上，两个相同的支撑杆的一端固定在丝杆装配前固定板上，另一端固定在丝杆装配后固定板上，丝杆的一端安装在丝杆装配前固定板中间，另一端安装在在丝杆装配后固定板中间，与丝杆电机联轴器的一侧相固定，丝杆电机的传动轴与丝杆电机联轴器的另一侧相固定，丝杆安装在滑块内，两个相同的支撑杆和丝杆均穿过滑块，滑块顶板固定在滑块上端；

所述底座旋转装配体由底座侧固定板、底座箱板、底座底板、底座顶板、第二底座电机轴承座、第一底座电机轴承座、第二底座电机轴承、第一底座电机轴承、小转轴、小轴套、小齿轮、小转轴轴肩、底座电机联轴器、底座电机、底座电机轴、底座电机座、底座转轴固定座、第一大轴承、第二大轴承、大转轴、大齿轮、第一大轴承盖、大轴套、大齿轮轴肩、第一大轴承盖、大轴承轴肩、底座圆盘固定板、底座圆盘组成，底座侧固定板和底座箱板的下端固定在底座底板上端，底座顶板下端固定在底座侧固定板和底座箱板的上端，第二底座电机轴承座、第一底座电机轴承座均固定在底座侧固定板内侧，第二底座电机轴承和第一底座电机轴承分别安装在第二底座电机轴承座和第一底座电机轴承座内，小转轴安装在第二底座电机轴承的内圈和第一底座电机轴承的内圈上，小轴套安装在小转轴上，小齿轮固定安装在小转轴上，一端与小轴套端面接触，另一端与小转轴上的小转轴轴肩接触，小转轴下端与底座电机联轴器的一端相固定，底座电机联轴器的另一端与底座电机上的底座电机轴相固定，底座电机固定安装在底座电机座上，底座电机座固定安装在底座侧固定板的内侧，底座转轴固定座底端固定安装在底座底板上，第一大轴承、第二大轴承、均安装在大转轴上，大齿轮固定安装在大转轴上，第一大轴承的外圈外端面固定安装在第一大轴承盖上，内圈内端面与大轴套的一端接触，大齿轮的一端与大轴套的另一端接触，另一端与大转轴上的大齿轮轴肩接触，第二大轴承的外圈外端面固定安装在第一大轴承盖上，内圈内端面与大轴承轴肩接触，第一大轴承盖固定安装在底座顶板上，底座圆盘固定板安装在大转轴的上端，底座圆盘安装在底座圆盘固定板上；

所述丝杆装配体底板固定在底座圆盘上；

所述电机固定支座、辅助固定支座均固定在底座圆盘上，两个相同的电机固定铰链装配处的电机固定轴承座分别固定在电机固定支座和滑块顶板上，两个相同的电机装配体的电机固定支架分别安装在电机固定支座和滑块顶板上，两个相同的电机装配体的输入连杆前固定端分别与第一输入杆和第二输入杆的下端相连；

两个相同的铰链装配体的轴承固定盖固定在辅助固定端的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承安装在辅助固定端上，这两个相同的铰链装配体的第一轴承安装在辅助活动端上；

所述第一辅助输入杆的一端与辅助活动端相固定，第一辅助输入杆的另一端与直角三角形杆处装配体的辅助水平杆后固定端相固定；第一输入杆的上端与直角三角形杆处装配体的第一输入杆后固定端相固定；

所述第二输入杆的上端与第二输入杆后固定端相固定，这两个相同的铰链装配体的轴承固定盖固定在第二输入杆后固定端的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承安装在第二输入杆后固定端，两个相同的铰链装配体的第一轴承安装在第二连杆后固定端上；第二连杆的下端与第二连杆后固定端相固定，第二连杆的上端与限位处装配体的第二连杆前端固定处相固定；

所述辅助连杆的后端与直角三角形杆处装配体的辅助连杆前固定端相固定，辅助连杆的前端与辅助杆的后端相固定，辅助杆的前端与机械手固定处装配体的辅助输出杆前固定端相固定，第一连杆的后端与直角三角形杆处装配体的第一连杆后固定端相固定，第一连杆的前端与限位处装配体的限位固定块的一侧相固定，限位处装配体的限位固定块的另一侧与连接固定杆的后端相固定，连接固定杆的前端与输出杆的后端相固定，输出杆的前端与机械手固定处装配体的输出杆前固定端相固定。

安装在所述辅助水平杆后固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与三连接铰链装配体的装配连接轴的距离等于辅助固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与电机固定支座上的电机固定铰链装配处的输入轴之间的距离；所述第一输入杆的长度等于第一辅助输入杆的长度；安装在所述辅助连杆前固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与三连接铰链装配体的装配连接轴的距离等于机械手固定杆的上下两端对称安装的铰链装配体的铰链连接轴之间的距离；所述输出杆的长度等于辅助杆的长度；所述辅助连杆的长度等于连接固定杆、限位处装配体上的限位固定块和第一连杆的长度之和；所述输出杆与连接固定杆之间的夹角等于辅助连杆与辅助杆之间的夹角。

所述三角形杆为直角形。确保机械手固定处装配体中的机械手固定杆在运动过程中与底座旋转装配体中的底座圆盘保持垂直。

所述变胞机构式码垛机器人的驱动原理为：两个相同的电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘通电时相互固定，两个相同的电机装配体的电机上的电机转轴分别带动两个相同的电机固定铰链装配处的输入轴转动，从而带动第一输入杆、第二输入杆转动，丝杆装配体的丝杆电机带动滑块沿着丝杆和支撑杆的方向移动，机械手装配体中的机械手旋转电机带动机械手装配体的机械手装配底板旋转，机械手装配体中的驱动气压缸通过带动两个相同的机械手推杆上下运动实现两个相同的机械手爪对货物的放开与抓取，底座旋转装配体的底座电机带动底座旋转装配体的底座圆盘转动。

当所述变胞机构式码垛机器人开始码垛工作时，首先根据码垛起点和码垛终点，对变胞机构式码垛机器人的构型尺寸进行调整，两个相同的电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘失电时相互分开，两个相同的电机装配体的电机和丝杆装配体的丝杆电机工作，对变胞机构式码垛机器人的构型尺寸进行调整，得出一个当只需要一个电机装配体的电机运动时就能完成码垛起点到码垛终点的工作任务；若只有一个电机装配体的电机工作时无法完成该码垛任务，则两个相同的电机装配体的电机同时工作；

两个相同的电机装配体的电机同时工作时，限位处装配体的限位离合器动盘和限位离合器定盘失电相互分开，两个相同的电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘通电时相互固定，此时本发明处于二自由度构态；若此时丝杆电机转动带动滑块移动，本发明处于三自由度构态；当只有一个电机装配体的电机工作时，限位处装配体的限位离合器动盘和限位离合器定盘得电相互固定，这一个电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘通电时相互固定，另一个电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘失电相互分开，此时本发明处于一自由度构态。

本发明的突出优点在于：

1、变胞机构式码垛机器人工作时具有三种构态，分别为三自由度构态，二自由度构态和一自由度构态，多种构态对应多种工作状态，能够满足不同场合下各类工作任务的要求。三自由度构态时，本发明能实现其所在平面空间中任意位置的定位，同时可调整出一个合适的单自由度构态或者两自由度状态，实现在单自由度构态时或者两自由度构态时完成码垛工作；两自由度构态时，本发明能实现其所在平面空间的灵活定位；一自由度构态时，本发明只需要一个自由度便可完成工作空间中的码垛工作；

2、本发明可调整出一个合适的单自由度构态，只需要一个自由度完成在工作范围内两个固定点反复来回的码垛工作，实现方式简单，所使用的输入电机少而且工作效率高。

3、变胞机构式码垛机器人结构简单，所用的零件均为常用易加工零件或标准零件，整体采用闭链可控连杆机构，具有较高的运动稳定性和工作效率。

附图说明

图1为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的铰链装配体的结构示意图。

图3为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的机械手装配体的结构示意图。

图4为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的机械手装配体内部的结构示意图。

图5为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的机械手固定处装配体内部的结构示意图。

图6为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的限位处装配体的结构示意图。

图7为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的直角三角形杆处装配体的结构示意图。

图8为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的直角三角形杆处装配体中的三连接铰链装配体的结构示意图。

图9为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的辅助固定端、辅助活动端处的铰链装配体的结构示意图。

图10为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的电机固定铰链装配处的结构示意图。

图11为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的电机装配体的结构示意图。

图12为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的丝杆装配体的结构示意图。

图13为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的底座旋转装配体的结构示意图。

图14为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的底座旋转装配体的内部结构示意图。

图15为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的底座旋转装配体的内部仰视示意图。

图16为本发明所述的变胞机构式码垛机器人的底座旋转装配体的大转轴的结构示意图。

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16所示，本发明所述的变胞机构式码垛机器人，包括铰链装配体、机械手固定处装配体、机械手装配体、限位处装配体、直角三角形杆处装配体、电机固定铰链装配处、电机装配体、丝杆装配体、底座旋转装配体、第一辅助输入杆105、第一输入杆106、第二输入杆109、第二输入杆后固定端122、第二连杆后固定端123、第二连杆108、辅助连杆103、辅助杆101、第一连杆104、连接固定杆107、输出杆102、辅助固定端30、电机固定支座52、辅助固定支座53以及辅助活动端31。具体结构和连接关系为：

所述铰链装配体由铰链连接轴5、铰链定位轴肩3、第一轴承2、第二轴承4、轴承固定盖1组成，铰链连接轴5上设有铰链定位轴肩3，第一轴承2和第二轴承4安装在铰链连接轴5上，第一轴承2前端的内圈与铰链定位轴肩3的一个端面接触，第一轴承2后端的外圈与轴承固定盖1接触，第二轴承4前端的内圈与铰链定位轴肩3的另一个端面接触；

所述机械手固定处装配体由机械手固定杆29、输出杆前固定端28、辅助输出杆前固定端27及铰链装配体的组成，机械手固定杆29的上下两端各对称安装两个相同铰链装配体，这四个相同铰链装配体的第二轴承4后端的外圈与输出杆前固定端28接触，机械手固定杆 29上端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖1分别与辅助输出杆前固定端27的左右两端面固定，机械手固定杆29下端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖1分别与输出杆前固定端28的左右两端面固定；

所述机械手装配体由机械手装配侧边固定座7、机械手装配隔板9、机械手装配侧板10、机械手电机固定板17、机械手旋转电机16、机械手电机联轴器19、机械手电机轴18、机械手转轴25、第一机械手装配轴承座21、第一机械手装配轴承20、机械手转轴轴肩22、第二机械手装配轴承23、第二机械手装配轴承座24、机械手装配顶板26、机械手中间柱8、顶板支撑柱12、机械手装配底板82、驱动气压缸14、驱动气压缸杆15、机械手推杆11、机械手爪13、机械手装配底部固定板6组成，机械手装配侧边固定座7固定在机械手固定杆29 上，两个相同的机械手装配隔板9的一侧固定在机械手装配侧边固定座7的两侧，机械手装配侧板10固定在个相同的机械手装配隔板9的另一侧，机械手装配底部固定板6固定安装在机械手装配侧边固定座7、两个相同的机械手装配隔板9和机械手装配侧板10的顶端，机械手电机固定板17的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板9上，机械手旋转电机16 固定安装在机械手电机固定板17上，机械手电机联轴器19的一端固定安装在机械手旋转电机16上的机械手电机轴18的前端，机械手电机联轴器19的另一端固定安装机械手转轴25 的上端，第一机械手装配轴承座21的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板9上，第一机械手装配轴承20安装在第一机械手装配轴承座21上，支撑机械手转轴25的下端，机械手转轴25上设有机械手转轴轴肩22，机械手转轴轴肩22，的上下端面分别与第一机械手装配轴承20和第二机械手装配轴承23的内圈内端面相接触，第二机械手装配轴承座24的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板9上，第二机械手装配轴承23安装在第二机械手装配轴承座24上，支撑机械手转轴25的另一端，机械手转轴25的下端与机械手装配顶板26相固定，机械手中间柱8固定在械手装配顶板26的下端中间，四个相同的顶板支撑柱 12的上端分别固定在机械手装配顶板26上，四个相同的顶板支撑柱12的下端与机械手装配底板82相固定，驱动气压缸14固定在机械手中间柱8上，驱动气压缸14上的驱动气压缸杆15与两个相同的机械手推杆11相固定，两个相同的机械手推杆11的两端均分别与两个相同的机械手爪13上部外侧铰接，两个相同的机械手爪13上部内侧分别与机械手装配底板 82的两侧铰接；

所述限位处装配体由第二连杆前端固定处96、限位固定块95、限位处动盘固定板91、限位离合器动盘92、限位处定盘固定板94、限位离合器定盘93组成，两个相同的铰链装配体的第二轴承4分别安装在第二连杆前端固定处96的前后端面，轴承固定盖1分别固定安装在两个相同的限位固定块95外端面，两个相同的限位处动盘固定板91的外端面分别固定安装在两个相同的限位固定块95内端面，两个相同的限位离合器动盘92固定安装在两个相同的限位处动盘固定板91内端面，两个相同的限位处定盘固定板94分别固定安装在第二连杆前端固定处96的前后端面，两个相同的限位离合器定盘93分别固定安装在两个相同的限位处定盘固定板94上，两个相同的限位离合器动盘92和两个相同的限位离合器定盘93均安装在两个相同的铰链装配体的铰链定位轴肩3上；

所述直角三角形杆处装配体由三连接铰链装配体、两个相同的三角形杆110、第一连杆后固定端114、第一输入杆后固定端112、辅助水平杆后固定端111、辅助连杆前固定端113 组成；三连接铰链装配体由装配后部端盖121、装配后部轴承120、装配连接轴116、装配中部端盖119、装配中部轴承118、装配连接轴轴肩117、装配前部轴承115组成；装配后部端盖121安装在装配后部轴承120的外圈后端，装配后部轴承120的内圈前端安装在装配连接轴116上，装配中部端盖119安装在装配中部轴承118的外圈后端，装配中部轴承118的内圈前端安装在装配连接轴116上的装配连接轴轴肩117前端面上，装配前部轴承115的内圈前端安装在装配连接轴116上的装配连接轴轴肩117后端面上；两个相同的三连接铰链装配体的装配中部端盖119分别固定安装在两个相同的三角形杆110的外侧端面，两个相同的三连接铰链装配体的装配后部端盖121分别固定安装在第一连杆后固定端114的两侧，两个相同的三连接铰链装配体的装配前部轴承115的外圈后端分别固定安装在第一输入杆后固定端112上；两个相同的铰链装配体的第二轴承4的外圈外端面分别安装在辅助水平杆后固定端111上端前后端面，轴承固定盖1分别固定安装在两个相同的三角形杆110；两个相同的铰链装配体的第二轴承4的外圈外端面分别安装在三角形杆110的上，轴承固定盖1分别固定安装在辅助连杆前固定端113的两侧；

所述电机固定铰链装配处由电机固定轴承座35、电机固定轴承34、电机轴承端盖32、输入轴121、输入连杆前固定端33组成，两个相同的电机固定轴承座35对称固定安装，两个相同的电机固定轴承34的外圈外端面分别安装在两个相同的电机轴承端盖32上，两个相同的电机轴承端盖32分别固定安装在两个相同的电机固定轴承座35上，这两个相同的电机固定轴承34分别安装在电机固定轴承座35内，输入轴121固定安装在输入连杆前固定端33，输入轴121的两端安装在两个相同的电机固定轴承34的内圈上；

所述电机装配体由电机离合器动盘36、电机离合器定盘37、电机40、电机转轴38、电机固定竖板39、电机固定支架41组成，电机离合器动盘36和电机离合器定盘37组合安装，电机离合器动盘36固定安装在输入轴121上，电机离合器定盘37固定安装在电机40上的电机转轴38上，电机40安装在电机固定竖板39上，电机固定竖板39上的底端安装在电机固定支架41上；

所述丝杆装配体由丝杆装配后固定板50、丝杆装配前固定板45、丝杆电机固定架42、丝杆装配体底板51、丝杆电机43、支撑杆49、丝杆48、丝杆电机联轴器44、滑块47、滑块顶板46组成；丝杆装配后固定板50、丝杆装配前固定板45、丝杆电机固定架42均固定在丝杆装配体底板51上，丝杆电机43固定在丝杆电机固定架42上，两个相同的支撑杆49 的一端固定在丝杆装配前固定板45上，另一端固定在丝杆装配后固定板50上，丝杆48的一端安装在丝杆装配前固定板45中间，另一端安装在在丝杆装配后固定板50中间，与丝杆电机联轴器44的一侧相固定，丝杆电机43的传动轴与丝杆电机联轴器44的另一侧相固定，丝杆48安装在滑块47内，两个相同的支撑杆49和丝杆48均穿过滑块47，滑块顶板46固定在滑块47上端；

所述底座旋转装配体由底座侧固定板55、底座箱板56、底座底板57、底座顶板54、第二底座电机轴承座63、第一底座电机轴承座65、第二底座电机轴承71、第一底座电机轴承73、小转轴66、小轴套72、小齿轮64、小转轴轴肩74、底座电机联轴器67、底座电机70、底座电机轴68、底座电机座69、底座转轴固定座62、第一大轴承124、第二大轴承76、大转轴79、大齿轮61、第一大轴承盖78、大轴套77、大齿轮轴肩80、第一大轴承盖75、大轴承轴肩81、底座圆盘固定板59、底座圆盘58组成，底座侧固定板55和底座箱板56的下端固定在底座底板57上端，底座顶板54下端固定在底座侧固定板55和底座箱板56的上端，第二底座电机轴承座63、第一底座电机轴承座65均固定在底座侧固定板55内侧，第二底座电机轴承71和第一底座电机轴承73分别安装在第二底座电机轴承座63和第一底座电机轴承座65内，小转轴66安装在第二底座电机轴承71的内圈和第一底座电机轴承73的内圈上，小轴套72安装在小转轴66上，小齿轮64固定安装在小转轴66上，一端与小轴套72端面接触，另一端与小转轴66上的小转轴轴肩74接触，小转轴66下端与底座电机联轴器67的一端相固定，底座电机联轴器67的另一端与底座电机70上的底座电机轴68相固定，底座电机70固定安装在底座电机座69上，底座电机座69固定安装在底座侧固定板55的内侧，底座转轴固定座62底端固定安装在底座底板57上，第一大轴承124、第二大轴承76、均安装在大转轴79上，大齿轮61固定安装在大转轴79上，第一大轴承124的外圈外端面固定安装在第一大轴承盖78上，内圈内端面与大轴套77的一端接触，大齿轮61的一端与大轴套77的另一端接触，另一端与大转轴79上的大齿轮轴肩80接触，第二大轴承76的外圈外端面固定安装在第一大轴承盖75上，内圈内端面与大轴承轴肩81接触，第一大轴承盖75 固定安装在底座顶板54上，底座圆盘固定板59安装在大转轴79的上端，底座圆盘58安装在底座圆盘固定板59上；

所述丝杆装配体底板51固定在底座圆盘58上；

所述电机固定支座52、辅助固定支座53均固定在底座圆盘58上，两个相同的电机固定铰链装配处的电机固定轴承座35分别固定在电机固定支座52和滑块顶板46上，两个相同的电机装配体的电机固定支架41分别安装在电机固定支座52和滑块顶板46上，两个相同的电机装配体的输入连杆前固定端33分别与第一输入杆106和第二输入杆109的下端相连；

两个相同的铰链装配体的轴承固定盖1固定在辅助固定端30的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承4安装在辅助固定端30上，这两个相同的铰链装配体的第一轴承2安装在辅助活动端31上；

所述第一辅助输入杆105的一端与辅助活动端31相固定，第一辅助输入杆105的另一端与直角三角形杆处装配体的辅助水平杆后固定端111相固定；第一输入杆106的上端与直角三角形杆处装配体的第一输入杆后固定端112相固定；

所述第二输入杆109的上端与第二输入杆后固定端122相固定，这两个相同的铰链装配体的轴承固定盖1固定在第二输入杆后固定端122的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承4安装在第二输入杆后固定端122，两个相同的铰链装配体的第一轴承2安装在第二连杆后固定端123上；第二连杆108的下端与第二连杆后固定端123相固定，第二连杆108的上端与限位处装配体的第二连杆前端固定处96相固定；

所述辅助连杆103的后端与直角三角形杆处装配体的辅助连杆前固定端113相固定，辅助连杆103的前端与辅助杆101的后端相固定，辅助杆101的前端与机械手固定处装配体的辅助输出杆前固定端27相固定，第一连杆104的后端与直角三角形杆处装配体的第一连杆后固定端114相固定，第一连杆104的前端与限位处装配体的限位固定块95的一侧相固定，限位处装配体的限位固定块95的另一侧与连接固定杆107的后端相固定，连接固定杆107 的前端与输出杆102的后端相固定，输出杆102的前端与机械手固定处装配体的输出杆前固定端28相固定。

安装在所述辅助水平杆后固定端111上的铰链装配体的铰链连接轴5与三连接铰链装配体的装配连接轴116的距离等于辅助固定端30上的铰链装配体的铰链连接轴5与电机固定支座52上的电机固定铰链装配处的输入轴121之间的距离；所述第一输入杆106的长度等于第一辅助输入杆105的长度；安装在所述辅助连杆前固定端113上的铰链装配体的铰链连接轴5与三连接铰链装配体的装配连接轴116的距离等于机械手固定杆29的上下两端对称安装的铰链装配体的铰链连接轴5之间的距离；所述输出杆102的长度等于辅助杆101的长度；所述辅助连杆103的长度等于连接固定杆107、限位处装配体上的限位固定块95和第一连杆104的长度之和；所述输出杆102与连接固定杆107之间的夹角等于辅助连杆103与辅助杆101之间的夹角。

所述三角形杆110为直角形。确保机械手固定处装配体中的机械手固定杆29在运动过程中与底座旋转装配体中的底座圆盘58保持垂直。

所述变胞机构式码垛机器人的驱动原理为：两个相同的电机装配体的电机离合器动盘 36、电机离合器定盘37通电时相互固定，两个相同的电机装配体的电机40上的电机转轴38 分别带动两个相同的电机固定铰链装配处的输入轴121转动，从而带动第一输入杆106、第二输入杆109转动，丝杆装配体的丝杆电机43带动滑块47沿着丝杆48和支撑杆49的方向移动，机械手装配体中的机械手旋转电机16带动机械手装配体的机械手装配底板82旋转，机械手装配体中的驱动气压缸14通过带动两个相同的机械手推杆11上下运动实现两个相同的机械手爪13对货物的放开与抓取，底座旋转装配体的底座电机70带动底座旋转装配体的底座圆盘58转动。

当所述变胞机构式码垛机器人开始码垛工作时，首先根据码垛起点和码垛终点，对变胞机构式码垛机器人的构型尺寸进行调整，两个相同的电机装配体的电机离合器动盘36、电机离合器定盘37失电时相互分开，两个相同的电机装配体的电机40和丝杆装配体的丝杆电机 43工作，对变胞机构式码垛机器人的构型尺寸进行调整，得出一个当只需要一个电机装配体的电机40运动时就能完成码垛起点到码垛终点的工作任务；若只有一个电机装配体的电机 40工作时无法完成该码垛任务，则两个相同的电机装配体的电机40同时工作；

两个相同的电机装配体的电机40同时工作时，限位处装配体的限位离合器动盘92和限位离合器定盘93失电相互分开，两个相同的电机装配体的电机离合器动盘36、电机离合器定盘37通电时相互固定，此时本发明处于二自由度构态；若此时丝杆电机43转动带动滑块 47移动，本发明处于三自由度构态；当只有一个电机装配体的电机40工作时，限位处装配体的限位离合器动盘92和限位离合器定盘93得电相互固定，这一个电机装配体的电机离合器动盘36、电机离合器定盘37通电时相互固定，另一个电机装配体的电机离合器动盘36、电机离合器定盘37失电相互分开，此时本发明处于一自由度构态。

Claims (4)

1.一种变胞机构式码垛机器人，包括铰链装配体、机械手固定处装配体、机械手装配体、限位处装配体、直角三角形杆处装配体、电机固定铰链装配处、电机装配体、丝杆装配体、底座旋转装配体、第一辅助输入杆、第一输入杆、第二输入杆、第二输入杆后固定端、第二连杆后固定端、第二连杆、辅助连杆、辅助杆、第一连杆、连接固定杆、输出杆、辅助固定端、电机固定支座、辅助固定支座以及辅助活动端，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述铰链装配体由铰链连接轴、铰链定位轴肩、第一轴承、第二轴承、轴承固定盖组成，铰链连接轴上设有铰链定位轴肩，第一轴承和第二轴承安装在铰链连接轴上，第一轴承前端的内圈与铰链定位轴肩的一个端面接触，第一轴承后端的外圈与轴承固定盖接触，第二轴承前端的内圈与铰链定位轴肩的另一个端面接触；

所述机械手固定处装配体由机械手固定杆、输出杆前固定端、辅助输出杆前固定端及铰链装配体组成，机械手固定杆的上下两端各对称安装两个相同铰链装配体，这四个相同铰链装配体的第二轴承后端的外圈与输出杆前固定端接触，机械手固定杆上端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖分别与辅助输出杆前固定端的左右两端面固定，机械手固定杆下端对称安装的两个相同铰链装配体的轴承固定盖分别与输出杆前固定端的左右两端面固定；

所述机械手装配体由机械手装配侧边固定座、机械手装配隔板、机械手装配侧板、机械手电机固定板、机械手旋转电机、机械手电机联轴器、机械手电机轴、机械手转轴、第一机械手装配轴承座、第一机械手装配轴承、机械手转轴轴肩、第二机械手装配轴承、第二机械手装配轴承座、机械手装配顶板、机械手中间柱、顶板支撑柱、机械手装配底板、驱动气压缸、驱动气压缸杆、机械手推杆、机械手爪、机械手装配底部固定板组成，机械手装配侧边固定座固定在机械手固定杆上，两个相同的机械手装配隔板的一侧固定在机械手装配侧边固定座的两侧，机械手装配侧板固定在两个相同的机械手装配隔板的另一侧，机械手装配底部固定板固定安装在机械手装配侧边固定座、两个相同的机械手装配隔板和机械手装配侧板的顶端，机械手电机固定板的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，机械手旋转电机固定安装在机械手电机固定板上，机械手电机联轴器的一端固定安装在机械手旋转电机上的机械手电机轴的前端，机械手电机联轴器的另一端固定安装机械手转轴的上端，第一机械手装配轴承座的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，第一机械手装配轴承安装在第一机械手装配轴承座上，支撑机械手转轴的上端，机械手转轴上设有机械手转轴轴肩，机械手转轴轴肩的上下端面分别与第一机械手装配轴承和第二机械手装配轴承的内圈内端面相接触，第二机械手装配轴承座的两侧分别固定在两个相同的机械手装配隔板上，第二机械手装配轴承安装在第二机械手装配轴承座上，支撑机械手转轴的下端，机械手转轴的下端与机械手装配顶板相固定，机械手中间柱固定在机械手装配顶板的下端中间，四个相同的顶板支撑柱的上端分别固定在机械手装配顶板上，四个相同的顶板支撑柱的下端与机械手装配底板相固定，驱动气压缸固定在机械手中间柱上，驱动气压缸上的驱动气压缸杆与两个相同的机械手推杆相固定，两个相同的机械手推杆的两端均分别与两个相同的机械手爪上部外侧铰接，两个相同的机械手爪上部内侧分别与机械手装配底板的两侧铰接；

所述限位处装配体由第二连杆前端固定处、限位固定块、限位处动盘固定板、限位离合器动盘、限位处定盘固定板、限位离合器定盘组成，两个相同的铰链装配体的第二轴承分别安装在第二连杆前端固定处的前后端面，轴承固定盖分别固定安装在两个相同的限位固定块外端面，两个相同的限位处动盘固定板的外端面分别固定安装在两个相同的限位固定块内端面，两个相同的限位离合器动盘固定安装在两个相同的限位处动盘固定板内端面，两个相同的限位处定盘固定板分别固定安装在第二连杆前端固定处的前后端面，两个相同的限位离合器定盘分别固定安装在两个相同的限位处定盘固定板上，两个相同的限位离合器动盘和两个相同的限位离合器定盘均安装在两个相同的铰链装配体的铰链定位轴肩上；

所述直角三角形杆处装配体由三连接铰链装配体、两个相同的三角形杆、第一连杆后固定端、第一输入杆后固定端、辅助水平杆后固定端、辅助连杆前固定端组成；三连接铰链装配体由装配后部端盖、装配后部轴承、装配连接轴、装配中部端盖、装配中部轴承、装配连接轴轴肩、装配前部轴承组成；装配后部端盖安装在装配后部轴承的外圈后端，装配后部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上，装配中部端盖安装在装配中部轴承的外圈后端，装配中部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上的装配连接轴轴肩前端面上，装配前部轴承的内圈前端安装在装配连接轴上的装配连接轴轴肩后端面上；两个相同的三连接铰链装配体的装配中部端盖分别固定安装在两个相同的三角形杆的外侧端面，两个相同的三连接铰链装配体的装配后部端盖分别固定安装在第一连杆后固定端的两侧，两个相同的三连接铰链装配体的装配前部轴承的外圈后端分别固定安装在第一输入杆后固定端上；两个相同的铰链装配体的第二轴承的外圈外端面分别安装在辅助水平杆后固定端上端前后端面，轴承固定盖分别固定安装在两个相同的三角形杆上；两个相同的铰链装配体的第二轴承的外圈外端面分别安装在三角形杆上，轴承固定盖分别固定安装在辅助连杆前固定端的两侧；

所述电机固定铰链装配处由电机固定轴承座、电机固定轴承、电机轴承端盖、输入轴、输入连杆前固定端组成，两个相同的电机固定轴承座对称固定安装，两个相同的电机固定轴承的外圈外端面分别安装在两个相同的电机轴承端盖上，两个相同的电机轴承端盖分别固定安装在两个相同的电机固定轴承座上，这两个相同的电机固定轴承分别安装在电机固定轴承座内，输入轴固定安装在输入连杆前固定端，输入轴的两端安装在两个相同的电机固定轴承的内圈上；

所述电机装配体由电机离合器动盘、电机离合器定盘、电机、电机转轴、电机固定竖板、电机固定支架组成，电机离合器动盘和电机离合器定盘组合安装，电机离合器动盘固定安装在输入轴上，电机离合器定盘固定安装在电机上的电机转轴上，电机安装在电机固定竖板上，电机固定竖板上的底端安装在电机固定支架上；

所述丝杆装配体由丝杆装配后固定板、丝杆装配前固定板、丝杆电机固定架、丝杆装配体底板、丝杆电机、支撑杆、丝杆、丝杆电机联轴器、滑块、滑块顶板组成；丝杆装配后固定板、丝杆装配前固定板、丝杆电机固定架均固定在丝杆装配体底板上，丝杆电机固定在丝杆电机固定架上，两个相同的支撑杆的一端固定在丝杆装配前固定板上，另一端固定在丝杆装配后固定板上，丝杆的一端安装在丝杆装配前固定板中间，另一端安装在在丝杆装配后固定板中间，与丝杆电机联轴器的一侧相固定，丝杆电机的传动轴与丝杆电机联轴器的另一侧相固定，丝杆安装在滑块内，两个相同的支撑杆和丝杆均穿过滑块，滑块顶板固定在滑块上端；

所述底座旋转装配体由底座侧固定板、底座箱板、底座底板、底座顶板、第二底座电机轴承座、第一底座电机轴承座、第二底座电机轴承、第一底座电机轴承、小转轴、小轴套、小齿轮、小转轴轴肩、底座电机联轴器、底座电机、底座电机轴、底座电机座、底座转轴固定座、第一大轴承、第二大轴承、大转轴、大齿轮、第一大轴承盖、大轴套、大齿轮轴肩、第二大轴承盖、大轴承轴肩、底座圆盘固定板、底座圆盘组成，底座侧固定板和底座箱板的下端固定在底座底板上端，底座顶板下端固定在底座侧固定板和底座箱板的上端，第二底座电机轴承座、第一底座电机轴承座均固定在底座侧固定板内侧，第二底座电机轴承和第一底座电机轴承分别安装在第二底座电机轴承座和第一底座电机轴承座内，小转轴安装在第二底座电机轴承的内圈和第一底座电机轴承的内圈上，小轴套安装在小转轴上，小齿轮固定安装在小转轴上，一端与小轴套端面接触，另一端与小转轴上的小转轴轴肩接触，小转轴下端与底座电机联轴器的一端相固定，底座电机联轴器的另一端与底座电机上的底座电机轴相固定，底座电机固定安装在底座电机座上，底座电机座固定安装在底座侧固定板的内侧，底座转轴固定座底端固定安装在底座底板上，第一大轴承和第二大轴承均安装在大转轴上，大齿轮固定安装在大转轴上，第一大轴承的外圈外端面固定安装在第一大轴承盖上，内圈内端面与大轴套的一端接触，大齿轮的一端与大轴套的另一端接触，另一端与大转轴上的大齿轮轴肩接触，第二大轴承的外圈外端面固定安装在第二大轴承盖上，内圈内端面与大轴承轴肩接触，第一大轴承盖固定安装在底座顶板上，底座圆盘固定板安装在大转轴的上端，底座圆盘安装在底座圆盘固定板上；

所述丝杆装配体底板固定在底座圆盘上；

所述电机固定支座、辅助固定支座均固定在底座圆盘上，两个相同的电机固定铰链装配处的电机固定轴承座分别固定在电机固定支座和滑块顶板上，两个相同的电机装配体的电机固定支架分别安装在电机固定支座和滑块顶板上，两个相同的电机装配体的输入连杆前固定端分别与第一输入杆和第二输入杆的下端相连；

两个相同的铰链装配体的轴承固定盖固定在辅助固定端的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承安装在辅助固定端上，这两个相同的铰链装配体的第一轴承安装在辅助活动端上；

所述第一辅助输入杆的一端与辅助活动端相固定，第一辅助输入杆的另一端与直角三角形杆处装配体的辅助水平杆后固定端相固定；第一输入杆的上端与直角三角形杆处装配体的第一输入杆后固定端相固定；

所述第二输入杆的上端与第二输入杆后固定端相固定，这两个相同的铰链装配体的轴承固定盖固定在第二输入杆后固定端的外侧，这两个相同的铰链装配体的第二轴承安装在第二输入杆后固定端，两个相同的铰链装配体的第一轴承安装在第二连杆后固定端上；第二连杆的下端与第二连杆后固定端相固定，第二连杆的上端与限位处装配体的第二连杆前端固定处相固定；

所述辅助连杆的后端与直角三角形杆处装配体的辅助连杆前固定端相固定，辅助连杆的前端与辅助杆的后端相固定，辅助杆的前端与机械手固定处装配体的辅助输出杆前固定端相固定，第一连杆的后端与直角三角形杆处装配体的第一连杆后固定端相固定，第一连杆的前端与限位处装配体的限位固定块的一侧相固定，限位处装配体的限位固定块的另一侧与连接固定杆的后端相固定，连接固定杆的前端与输出杆的后端相固定，输出杆的前端与机械手固定处装配体的输出杆前固定端相固定。

2.根据权利要求1所述的变胞机构式码垛机器人，其特征在于，两个相同的电机装配体的电机离合器动盘、电机离合器定盘通电时相互固定。

3.根据权利要求1所述的变胞机构式码垛机器人，其特征在于，安装在所述辅助水平杆后固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与三连接铰链装配体的装配连接轴的距离等于辅助固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与电机固定支座上的电机固定铰链装配处的输入轴之间的距离；所述第一输入杆的长度等于第一辅助输入杆的长度；安装在所述辅助连杆前固定端上的铰链装配体的铰链连接轴与三连接铰链装配体的装配连接轴的距离等于机械手固定杆的上下两端对称安装的铰链装配体的铰链连接轴之间的距离；所述输出杆的长度等于辅助杆的长度；所述辅助连杆的长度等于连接固定杆、限位处装配体上的限位固定块和第一连杆的长度之和；所述输出杆与连接固定杆之间的夹角等于辅助连杆与辅助杆之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的变胞机构式码垛机器人，其特征在于，所述三角形杆为直角形。

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