CN110893613B - 一种可在s形状轨道上运行的上下棒机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤预制棒的生产技术领域，特别涉及一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人。包括天轨、地面轨道及设置于天轨和地面轨道之间的上下棒机器人，上下棒机器人包括驱动行走轮系、下臂、立柱、上手臂及从动行走轮系，其中立柱的下端设有可在地面轨道上行走的驱动行走轮系，上端设有可在天轨上行走的从动行走轮系，下臂和上手臂设置于立柱上、且可沿竖直方向滑动，下臂和上手臂协同作用完成预制棒的搬运。本发明可在复杂的三维空间内灵活运动，解决各种工况的物流搬运问题，大大提高了预制棒的搬运效率，降低了工人劳动强度。

Description

一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人

技术领域

本发明属于光纤预制棒的生产技术领域，特别涉及一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人。

背景技术

传统光纤行业中，预制棒的沉积、烧结、预处理等工序主要依靠人力通过手动推车等工装在各工序设备之间转运。因预制棒长度超过数米，重量约几百公斤，且制造成本非常高昂，操作疏忽或不够熟练就会造成很大的经济损失。工人劳动强度及安装难度很大，且搬运效率较低，另外由于预制棒设备高度较高；上下棒高度一般在数米或十米高，转运过程非常容易造成工件损坏，再有车间设备为节约空间非常通常非常密集，整个流程缓慢并且须要很高的安全系数。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可在S形轨道上运行的上下棒机器人，该机器人大大提高了预制棒的搬运效率，降低了工人劳动强度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人，包括天轨、地面轨道及设置于天轨和地面轨道之间的上下棒机器人，所述上下棒机器人包括驱动行走轮系、下臂、立柱、上手臂及从动行走轮系，其中立柱的下端设有可在所述地面轨道上行走的驱动行走轮系，上端设有可在天轨上行走的从动行走轮系，所述下臂和上手臂设置于所述立柱上、且可沿竖直方向滑动，所述下臂和上手臂协同作用完成预制棒的搬运。

所述上手臂包括T1轴底座、T1轴手臂、T2轴手臂及柔性手抓，其中T1轴底座与所述立柱上设有的竖直轨道滑动连接，所述T1轴手臂的一端与所述T1轴底座转动连接，另一端与所述T2轴手臂的一端转动连接，所述T2轴手臂的另一端设有柔性手抓。

所述T1轴底座上设有第一旋转驱动机构，所述第一旋转驱动机构与所述T1轴手臂传动连接，用于驱动所述T1轴手臂转动；所述T1轴手臂的另一端设有第二旋转驱动机构，所述第二旋转驱动机构与所述T2轴手臂连接，用于驱动所述T2轴手臂转动。

所述第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构结构相同，均包括驱动电机及与驱动电机连接的机器人关节减速机，所述第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构中的机器人关节减速机分别与所述T1轴手臂和所述T2轴手臂连接。

所述立柱为中空结构，其腔体内设有用于驱动所述上手臂和下臂上下移动的垂直运动驱动机构。

所述上手臂和下臂分别对应一组所述垂直运动驱动机构。

所述驱动行走轮系包括下横梁及设置于所述下横梁两端的驱动轮组和下从动轮组及设置于所述驱动轮组和下从动轮组两侧的侧导向轮，所述立柱设置于所述下横梁上。

所述下横梁的前端设有极限位置传感器和脱轨检测装置。

所述下横梁上设有供电系统、定位系统及通讯系统。

所述天轨和地面轨道分别设置于框架的顶部和底部，所述天轨和地面轨道均包括直导轨部分和弯轨道部分。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明用于光纤预制棒在各个生产工序设备之间的物流转运，具备空间三维多个自由度的符合运动，主要有水平、竖直坐标X、Z、XY(圆周)运动，XY平面的T1、T2、(T3、T4)旋转运动。最多可组成七轴多自由度的可在形状复杂轨道上运行的上下棒机器人。该机器人可在复杂的三维空间内灵活运动，解决各种工况的物流搬运问题，大大提高了预制棒的搬运效率，降低了工人劳动强度。

2.本发明采用天轨、地轨并行安装；地轨采用铝合金轨道或刚轨道；

3.本发明结构可靠、采用漏波电缆通讯、滑触线供电方式；

4.本发明采用上、下双臂、上臂拖取、下臂抓取或拖取，手臂末端采用浮动补偿模块。

5.本发明制造、安装、运行维护成本低，适合在行业内大量推广普及，一次安装长期使用，能够在产过程中替代人工劳动，提升生产的无人化和自动化水平，降低企业生产运行管理成本，有效提升产品竞争力。

6.本发明适用于100000级、10000级的工况要求的洁净环境，可有效解决较长(数米长，长细比差距较大)的物体的搬运，也可解决粉状(结合力较差)的材料的搬运。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中上下棒机器人的侧视图；

图3为本发明中驱动行走轮系的侧视图；

图4为图3中A向放大图；

图5为本发明中上手臂的结构示意图；

图6为本发明中上手臂的有效运动范围示意图。

图中：1-天轨；2-上下棒机器人；3-地面直轨道；4-地面弯轨道；5-驱动行走轮系；6-下臂；7-控制电柜；8-立柱；9-上手臂；10-从动行走轮系；11-安全扶梯；12-安全区域识别装置；13-脱轨检测装置；14-驱动轮组；15-下横梁；16-侧导向轮；17-下从动轮组；18-极限位置传感器；19-供电系统；20-定位系统；21-通讯系统；22-T2轴手臂；23-柔性手抓；24-T1轴手臂；25-T1轴底座；26-机械手有效运动范围；27-机器人关节减速机；28-胀套；29-T1轴回转支撑；30-驱动电机；31-浮动机构；40-框架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人，包括天轨1、地面轨道及设置于天轨1和地面轨道之间的上下棒机器人2，天轨1和地面轨道分别设置于框架40的顶部和底部，天轨1和地面轨道均包括直导轨部分和弯轨道部分，直导轨部分和弯轨道部分形成S形状轨道，上下棒机器人2在S形状轨道上任意穿梭，上下棒机器人2也可通过地面弯轨道4完成运行方向转换。

如图2所示，上下棒机器人2包括驱动行走轮系5、下臂6、立柱8、上手臂9及从动行走轮系10，其中立柱8的下端设有可在地面轨道上行走的驱动行走轮系5，上端设有可在天轨1上行走的从动行走轮系10，下臂6和上手臂9设置于立柱8上、且可沿竖直方向滑动，下臂6和上手臂9协同作用完成预制棒的搬运。

立柱8为中空结构，其腔体内设有用于驱动上手臂9和下臂6上下移动的垂直运动驱动机构。立柱8的前侧设有竖直轨道，后侧设有安全扶梯11。

上手臂9和下臂6分别对应一组垂直运动驱动机构，分别通过独立的垂直运动驱动机构驱动。或者上手臂9和下臂6共用一组垂直运动驱动机构，通过一组垂直运动驱动机构驱动同步运动。

本发明的实施例中，垂直运动驱动机构采用丝杠螺母机构，通过螺母带动上手臂9和下臂6上下移动。

如图5所示，上手臂9包括T1轴底座25、T1轴手臂24、T2轴手臂22及柔性手抓23，其中T1轴底座25与立柱8上设有的竖直轨道滑动连接，T1轴手臂24的一端与T1轴底座25转动连接，另一端与T2轴手臂22的一端转动连接，T2轴手臂22的另一端设有柔性手抓23。

T1轴底座25上设有第一旋转驱动机构，第一旋转驱动机构与T1轴手臂24传动连接，用于驱动T1轴手臂24转动；T1轴手臂24的另一端设有第二旋转驱动机构，第二旋转驱动机构与T2轴手臂22连接，用于驱动T2轴手臂22转动。

第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构结构相同，均包括驱动电机30及与驱动电机30连接的机器人关节减速机27，第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构中的机器人关节减速机27分别与T1轴手臂24和T2轴手臂22连接。

T1轴底座25一端通过若干螺栓固定在立柱8的垂直运动系统上，在立柱8的垂直运动系统垂直带动下上手臂9可覆盖垂直范围。T1轴底座25另一端通过机器人关节减速机27及T1轴回转支撑29连接T1轴手臂24。其中T1轴回转支撑29起上部支撑作用，有效提高上手臂9的综合负载能力。机器人关节减速机27与驱动电机30配合，可精准控制T1轴手臂24的摆动角度，提供上手臂9高动态性能。T2轴手臂22经过法兰与机器人关节减速机27及胀套28相连接，内部成空心结构以便隐藏设备走线。柔性手抓23通过法兰与T2轴手臂22连接，浮动机构31具有两个自由度浮动功能，能够有效修正整套系统的定位误差。机械手有效运动范围是由上手臂9上各零部件构成的运动区域，在该区域内任意位置机械手均可实现有效抓取。如图6所示，示意了上手臂的有效运动范围。

如图3-4所示，驱动行走轮系5安装在地面直轨道上，驱动行走轮系5负责承担整套系统的支持及动力驱动。驱动行走轮系5包括下横梁15及设置于下横梁15两端的驱动轮组14和下从动轮组17及设置于驱动轮组14和下从动轮组17两侧的侧导向轮16，立柱8设置于下横梁15上。

下横梁15的前端设有极限位置传感器18和脱轨检测装置13，下横梁15上还设有供电系统19、定位系统20及通讯系统21。

立柱8为整套系统的“脊梁”用于衔接其中各环节，具备较强刚性严格控制系统精度，内部配有垂直运动系统，传动方式为丝杠传动，可实现上、下臂同步运行。下臂6通过若干螺栓固定在立柱8上，在搬运较长棒料时可起到下固定作用，以保证被搬运物品平稳无晃动。上手臂9通过若干螺栓固定立柱8的垂直运动系统上，其自身带有两轴联动及抓手柔性浮动功能，具备五个自由度任意运动，能够适应多种场合及工况是本系统的核心搬运机构。从动行走轮系10通过法兰面与立柱8连接，并通过若干紧定螺钉将从动行走轮系10调至水平，并通过从动行走轮系10的导向轮将整套系统支撑在天轨1上，以保证上手臂9在任何运动姿态下不发生倾翻。安全扶梯11固定在立柱8背面及驱动行走轮系5上，用于系统行走时人员可安全站立其中。控制电柜7安装在立柱8背面及驱动行走轮系5上，是整套系统的“大脑”通过将其放置在设备上能使系统不依赖外部控制可任意位置行驶。

驱动轮组14及下从动轮组17通过回转轴承与下横梁15连接，并依靠系统重力落在地面直轨道3之上，驱动轮组14通过电机带动驱动轮旋转并依靠摩擦力驱动整个系统移动。下从动轮组17起支撑作用并由地面直轨道3提供摩擦力带其旋转。而安装在驱动轮组14及下从动轮组17两侧的侧导向轮16则是在系统转弯时提供导向转弯作用。安全区域识别装置12用于识别系统行进过程中所欲障碍物，并能够主动进行判断系统执行减速或停止。脱轨检测装置13及极限位置传感器18均是该系统的极限位置检测装置确保系统在极端位置能准确停止。供电系统19可采用滑触线式、非接触供电式等多种方式为系统提供电源。定位系统20可通过条码带、钢带及二维码等多种形式为系统行驶定位提供可监控的位置信息。通讯系统21可采用漏波通讯、光通讯及WIFI通讯等方式以满足系统与其他系统进行通讯。

上下棒机器人2可以在天轨1和地面弯轨道中运行，当上下棒机器人2由驱动行走轮系5运行到上、下棒取放料位置时，立柱8的垂直运动系统将上手臂9的机械手送到指定高度，上手臂9的机械手旋转到取放料位置。柔性手23抓动作插取并夹持。当系统判断后取料结束后，上手臂9回转并调整竖直方向的高度与下臂6的夹手同心。下臂6夹持固定，整个系统稳定后，上下棒机器人2前进或后退到下一工序，上下棒机器人2停稳后机械手循环上下料(棒)。

本发明的机器人用于光纤行业预制棒的沉积、烧结、预处理及其它相关工序的上、下料搬运物流，适用于一般等级洁净环境，也可以应用于其他棒类、轴类零件或组件的物流搬运。本发明采用天、地S型及环形轨道，运动机构采用多组旋转、直线运动副，可做同步、差补等复杂的曲线运动，整体构架钢性良好，可非常平稳的运行并加持数米高的物体做复杂的复合运动。

上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种可在S形状轨道上运行的上下棒机器人，其特征在于，包括天轨（1）、地面轨道及设置于天轨（1）和地面轨道之间的上下棒机器人（2），所述上下棒机器人（2）包括驱动行走轮系（5）、下臂（6）、立柱（8）、上手臂（9）及从动行走轮系（10），其中立柱（8）的下端设有能够在所述地面轨道上行走的驱动行走轮系（5），上端设有能够在天轨（1）上行走的从动行走轮系（10），所述下臂（6）和上手臂（9）设置于所述立柱（8）上、且能够沿竖直方向滑动，所述下臂（6）和上手臂（9）协同作用完成预制棒的搬运；

所述上手臂（9）包括T1轴底座（25）、T1轴手臂（24）、T2轴手臂（22）、浮动机构（31）及柔性手抓（23），其中T1轴底座（25）与所述立柱（8）上设有的竖直轨道滑动连接，所述T1轴手臂（24）的一端与所述T1轴底座（25）转动连接，另一端与所述T2轴手臂（22）的一端转动连接，所述T2轴手臂（22）的另一端设有柔性手抓（23）；浮动机构（31）具有两个自由度浮动功能；

所述T1轴底座（25）上设有第一旋转驱动机构，所述第一旋转驱动机构与所述T1轴手臂（24）传动连接，用于驱动所述T1轴手臂（24）转动；所述T1轴手臂（24）的另一端设有第二旋转驱动机构，所述第二旋转驱动机构与所述T2轴手臂（22）连接，用于驱动所述T2轴手臂（22）转动；

所述驱动行走轮系（5）包括下横梁（15）、驱动轮组（14）、下从动轮组（17）及设置于所述驱动轮组（14）和下从动轮组（17）两侧的侧导向轮（16），其中下横梁（15）的一端设置驱动轮组（14），下横梁（15）的另一端设置下从动轮组（17），所述立柱（8）设置于所述下横梁（15）上；

所述下横梁（15）的前端设有极限位置传感器（18）和脱轨检测装置（13）；所述下横梁（15）上设有供电系统（19）、定位系统（20）及通讯系统（21）；

所述天轨（1）和地面轨道分别设置于框架（40）的顶部和底部，所述天轨（1）和地面轨道均包括直导轨部分和弯轨道部分；

所述第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构结构相同，均包括驱动电机（30）及与驱动电机（30）连接的机器人关节减速机（27），所述第一旋转驱动机构中的机器人关节减速机（27）与所述T1轴手臂（24）连接；所述T2轴手臂（22）经过法兰与第二旋转驱动机构中的机器人关节减速机（27）及胀套（28）相连接；

所述立柱（8）为中空结构，其腔体内设有垂直运动驱动机构；所述上手臂（9）和下臂（6）分别对应一组所述垂直运动驱动机构；

所述上下棒机器人（2）在天轨（1）和地面轨道中运行，当上下棒机器人（2）由驱动行走轮系（5）运行到上、下棒取放料位置时，立柱（8）的垂直运动驱动机构将上手臂（9）送到指定高度，上手臂（9）旋转到取放料位置，柔性手抓（23）动作插取并夹持预制棒；取料结束后，上手臂（9）回转并调整竖直方向的高度与下臂（6）的夹手同心，下臂（6）夹持固定预制棒，所述上下棒机器人（2）前进或后退到下一工序。

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