CN110948518A - 一种洁净机器人用收发料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及是一种洁净机器人用收发料装置，旋转外筒通过圆柱副安装在底座内，旋转内筒容置于旋转外筒内，并与旋转外筒铰接；柔性主大臂及柔性副大臂的一端分别与旋转内筒相连，由旋转内筒驱动同步反向转动，柔性主小臂及柔性副小臂的一端分别与柔性主大臂及柔性副大臂的另一端转动连接，柔性主小臂及柔性副小臂的另一端分别与末端执行器一端转动连接、并通过同步齿轮机构进行同步耦合，末端执行器的另一端用于承载负载；底座与柔性主大臂及柔性副大臂之间设有使末端执行器及承载的负载相对于底座直线运动的凸轮。本发明由于能让机械手的末端执行器避免倾摆振动，能有效抑制振动提高产品节拍和系统稳定时间。

Description

一种洁净机器人用收发料装置

技术领域

本发明涉及洁净行业的机器人的水平关节机构的供料装置，具体地说是一种洁净机器人用收发料装置。

背景技术

真空机台内的洁净机器人供料装置，其手臂的普遍构型为水平关节型。目前，真空机台的机械手在满足功能的前提下，经济型优化是后续研发的重点方向。由于非线性有限分析、拓扑优化等技术的不断成熟，让手臂机构轻量化成为可能；所以洁净机器人的肩关节部位需要倾摆补偿式机构，以期望补偿机械手结构的非线型柔性变形。

发明内容

为了满足洁净机器人倾摆补偿的需要，本发明的目的在于提供一种洁净机器人用收发料装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括底座、旋转外筒、旋转内筒、柔性主大臂、柔性主小臂、凸轮、同步齿轮机构、柔性副大臂、柔性副小臂及末端执行器，其中旋转外筒通过圆柱副安装在底座内，旋转内筒容置于该旋转外筒内，并与所述旋转外筒铰接；所述柔性主大臂及柔性副大臂的一端分别与旋转内筒相连，由该旋转内筒驱动同步反向转动，所述柔性主小臂及柔性副小臂的一端分别与柔性主大臂及柔性副大臂的另一端转动连接，该柔性主小臂及柔性副小臂的另一端分别与末端执行器一端转动连接、并通过同步齿轮机构进行同步耦合，所述末端执行器的另一端用于承载负载；所述底座与柔性主大臂及柔性副大臂之间设有使末端执行器及承载的负载相对于底座直线运动的凸轮；

其中：所述凸轮包括凸轮立柱及凸轮滑道，该凸轮立柱安装在所述柔性主大臂及柔性副大臂一端的下表面，随柔性主大臂及柔性副大臂转动；所述底座的顶部设有凸轮滑道，在所述凸轮立柱随柔性主大臂及柔性副大臂的转动过程中，该柔性主大臂及柔性副大臂上的凸轮立柱的下端始终与所述凸轮滑道抵接；

所述凸轮滑道的表面为曲面，凸轮立柱的下端为球面，该凸轮立柱的球面在随柔性主大臂及柔性副大臂转动过程中沿所述凸轮滑道转动，且始终与凸轮滑道的曲面抵接，实现所述末端执行器及承载的负载相对于底座的直线运动；

所述凸轮滑道分为形状相同的主凸轮滑道及副凸轮滑道，该主凸轮滑道及副凸轮滑道分别设置在所述底座的顶部，且主凸轮滑道及副凸轮滑道的表面均为曲面；所述柔性主大臂一端下表面上安装主凸轮立柱，柔性副大臂一端下表面上安装副凸轮立柱，该主凸轮立柱及副凸轮立柱在随柔性主大臂及柔性副大臂转动过程中分别沿所述主凸轮滑道、副凸轮滑道转动，且始终分别与主凸轮滑道、副凸轮滑道抵接；

所述底座呈顶端开口的柱状，为内部中空结构，开口的边缘沿圆周方向设有所述凸轮滑道；

所述旋转外筒呈顶端开口的柱状，为内部中空结构，该旋转外筒轴向截面的两侧通过铰轴与所述旋转内筒铰接；

所述同步齿轮机构为消隙齿轮，包括主消隙齿轮、副消隙正向端齿轮及副消隙反向端齿轮，所述柔性主小臂及柔性副小臂的另一端分别通过球铰与末端执行器的一端转动连接，该主消隙齿轮安装在所述柔性主小臂另一端的球铰上，所述副消隙正向端齿轮及副消隙反向端齿轮均安装在柔性副小臂另一端的球铰上，该副消隙正向端齿轮及副消隙反向端齿轮均与主消隙齿轮相啮合。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明由于能让机械手的末端执行器避免倾摆振动，能有效抑制振动提高产品节拍和系统稳定时间。

2.本发明让整机能轻量化和小型化，量产经济型更好，产品竞争力量更强，降低电机功率，达到节能环保的目的。

3.本发明能让机械手的末端执行器碰撞，让整机有安全保护。

附图说明

图1为本发明伸展状态的结构示意图；

图2为图1中的A处局部放大图；

图3为本发明的结构侧视图；

图4为本发明的结构俯视图；

图5为本发明伸展状态的立体结构示意图；

图6为图1中的E—E剖视图；

图7为本发明收缩状态的结构示意图；

图8为本发明收缩状态的结构俯视图；

图9为本发明收缩状态的立体结构示意图；

图10为本发明的结构爆炸图之一；

图11为图10中的B处局部放大图；

图12为本发明的结构爆炸图之二；

图13为图12中的C处局部放大图；

图14为图12中的D处局部放大图；

其中：1为底座，2为旋转外筒，3为旋转内筒，4为柔性主大臂，5为柔性主小臂，6为末端执行器，7为负载，8为主凸轮立柱，9为主凸轮滑道，10为柔性副大臂，11为柔性副小臂，12为副凸轮立柱，13为副凸轮滑道，14为主消隙齿轮，15为副消隙正向端齿轮，16为副消隙反向端齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明的洁净机器人用收发料装置可以携带负载7做搬运运动。如图1～14所示，本发明包括底座1、旋转外筒2、旋转内筒3、柔性主大臂4、柔性主小臂5、凸轮、同步齿轮机构、柔性副大臂10、柔性副小臂11及末端执行器6，其中底座1呈顶端开口的柱状，为内部中空结构；旋转外筒2通过圆柱副安装在底座1内，底座1静止不同，旋转外筒2可以相对于底座1做升降Y轴方向直线运动和旋转运动；旋转外筒2呈顶端开口的柱状，为内部中空结构，旋转内筒3容置于旋转外筒2内，旋转外筒2轴向截面的两侧通过铰轴与旋转内筒3铰接。柔性主大臂4及柔性副大臂10的一端分别与旋转内筒3固定连接，由该旋转内筒3驱动同步反向转动，柔性主小臂5及柔性副小臂11的一端分别与柔性主大臂4及柔性副大臂10的另一端转动连接(本实施例采用的是空间铰链连接)，该柔性主小臂5及柔性副小臂11的另一端分别与末端执行器6的一端转动连接、并通过同步齿轮机构进行同步耦合，末端执行器6的另一端用于承载负载7，可以对负载7进行静摩擦托举。

底座1与柔性主大臂4及柔性副大臂10之间设有使末端执行器6及承载的负载7相对于底座1直线运动的凸轮。凸轮包括凸轮立柱及凸轮滑道，该凸轮立柱固定在柔性主大臂4及柔性副大臂10一端的下表面，随柔性主大臂4及柔性副大臂10转动，凸轮立柱的下端为球面；底座1的顶部设有凸轮滑道，凸轮滑道的表面为曲面。在凸轮立柱随柔性主大臂4及柔性副大臂10的转动过程中，该凸轮立柱的球面沿凸轮滑道转动，且始终与凸轮滑道的曲面抵接，实现末端执行器6及承载的负载7相对于底座1的直线运动。本发明的凸轮滑道分为形状相同的主凸轮滑道9及副凸轮滑道13，该主凸轮滑道9及副凸轮滑道13分别设置在底座1的顶部，且主凸轮滑道9及副凸轮滑道13的表面均为曲面。柔性主大臂4一端下表面上安装主凸轮立柱8，柔性副大臂10一端下表面上安装副凸轮立柱12，该主凸轮立柱8及副凸轮立柱12在随柔性主大臂4及柔性副大臂10转动过程中分别沿主凸轮滑道9、副凸轮滑道13转动，且始终分别与主凸轮滑道9、副凸轮滑道13抵接。

本发明的同步齿轮机构为消隙齿轮，包括主消隙齿轮14、副消隙正向端齿轮15及副消隙反向端齿轮16，柔性主小臂5及柔性副小臂11的另一端分别通过球铰与末端执行器6的一端转动连接，该主消隙齿轮14安装在柔性主小臂4另一端的球铰上，副消隙正向端齿轮15及副消隙反向端齿轮16均安装在柔性副小臂11另一端的球铰上、且上下设置，副消隙反向端齿轮16位于副消隙正向端齿轮15的上面，该副消隙正向端齿轮15及副消隙反向端齿轮16均与主消隙齿轮14相啮合。本发明的消隙齿轮为现有技术，副消隙正向端齿轮15及副消隙反向端齿轮16上分别装有凸耳，用拉簧一端钩在凸耳上，另一端钩在固定螺钉上，螺母用来调整螺钉的伸出长度和锁紧，此结构利用了拉簧的张力，使副消隙正向端齿轮15的齿左侧和副消隙反向端齿轮16的齿右侧，分别紧贴在主消隙齿轮14的齿槽左、右两侧，通过这种错齿结构就消除了齿侧间隙，反向时就不会产生空程误差。

本发明的末端执行器6为叉型基体，该叉型基体的叉型端可以对负载7进行静摩擦托举，叉型基体的尾端分别与柔性主小臂5及柔性副小臂11的另一端转动连接。

本发明的工作原理为：

本发明的洁净机器人用收发料装置在携带负载7远离和接近底座1的过程中，由于重力场的作用，柔性主大臂4和柔性主小臂10所受的倾覆力矩不同，柔性主小臂5的轴线将会由于柔性主大臂4和柔性主小臂5非线性变形而产生相对于旋转内筒3的轴线倾覆角度。

本发明在携带负载7做相对底座1的远离或接近搬运运动的过程中，旋转外筒2和旋转内筒3的铰接进行同步无源补偿，达到本发明可以携带负载7远离和接近底座1的过程中负载7和末端执行器6相对于底座1直线运动，没有倾摆的目的。本发明在携带负载7做相对底座1的接近搬运运动的过程中，由X轴(图1中的水平方向)的负方向运动的过程中，旋转外筒2和旋转内筒3的铰接让末端执行器6相对于底座1运动的六个空间自由度减少了五个自由度，减少的五个自由度分别是三个移动、两个转动(Y轴方向旋转和X轴方向侧翻)，剩下一个自由度是Z轴方向倾摆。主凸轮滑道9固定连接于底座1上，主凸轮立柱8固定连接于柔性主大臂5上，同时副凸轮滑道13固定连接于底座1上，副凸轮立柱12固定连接于柔性副大臂10上，由X轴的负方向运动的过程中，在负载7和末端执行器6的重力倾覆力矩、主凸轮滑道9与主凸轮立柱8的接触力和旋转外筒2与旋转内筒3的铰接接触反力，共计三个空间力动态空间汇焦，达到洁净机器人用收发料装置可以携带负载7远离和接近底座1的过程中负载7和末端执行器6相对于底座1直线运动，没有倾摆的目的。主凸轮滑道9与主凸轮立柱8接触运动轨迹和洁净机器人用收发料装置可以携带负载7接近底座1的过程中由于重力场的作用，柔性主大臂4和柔性主小臂5所受的倾覆力矩不同，柔性主小臂5的轴线将会由于柔性主大臂4和柔性主小臂5非线性变形而产生相对于旋转内筒3的轴线相对倾覆角度，进行动态补偿，所以本发明可以携带负载7接近底座1的过程中负载7和末端执行器6相对于底座1直线运动。本发明在携带负载7接近底座1的过程中，由X轴的负方向运动的过程中，柔性主大臂4和柔性主小臂5所受的倾覆力矩将会渐变，导致产生柔性主大臂4和柔性主小臂5非线性变形，柔性主大臂4和柔性主小臂5所形成的向下凹的挠曲线将会变小趋势，导致柔性主小臂5的轴线相对于旋转内筒3的轴线相对倾覆角度变小的趋势。对于本发明可以携带负载7远离底座1的过程中负载7和末端执行器6相对于底座1直线运动的原理与接近的动态过程原理相同，所以不再赘述。

本发明让柔性主大臂4和柔性主小臂5能轻量化和小型化，还有就是扁平化柔性主大臂4和柔性主小臂5、柔性副大臂10和柔性副大臂11在Y轴(图1中的竖直方向)方向尺寸更小，即是让量产经济型更好，产品竞争力量更强，降低直驱电机功率，达到节能环保的目的。本发明能让负载7和末端执行器6避免倾摆振动，能有效抑制振动提高产品节拍和系统稳定时间，能让负载7和末端执行器6避免碰撞对核心部件损伤。柔性主大臂4、柔性主小臂5、柔性副大臂10、柔性副大臂11、末端执行器6和负载7在Y轴的负方向若有碰撞，主凸轮滑道9与主凸轮立柱8、副凸轮滑道13与副凸轮立柱12的接触力消失，让底座1、旋转外筒2和旋转内筒3的关键部件，尤其是精密传动轴承或是电机有一定的安全保护，让柔性主大臂4和柔性主小臂6、柔性副大臂10和柔性副小臂11能轻量化和小型化，还有就是扁平化柔性主大臂4和柔性主小臂5、柔性副大臂10和柔性副小臂11在Y轴方向尺寸更小，机轻量化。

Claims (7)

1.一种洁净机器人用收发料装置，其特征在于：包括底座(1)、旋转外筒(2)、旋转内筒(3)、柔性主大臂(4)、柔性主小臂(5)、凸轮、同步齿轮机构、柔性副大臂(10)、柔性副小臂(11)及末端执行器(6)，其中旋转外筒(2)通过圆柱副安装在底座(1)内，旋转内筒(3)容置于该旋转外筒(2)内，并与所述旋转外筒(2)铰接；所述柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)的一端分别与旋转内筒(3)相连，由该旋转内筒(3)驱动同步反向转动，所述柔性主小臂(5)及柔性副小臂(11)的一端分别与柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)的另一端转动连接，该柔性主小臂(5)及柔性副小臂(11)的另一端分别与末端执行器(6)一端转动连接、并通过同步齿轮机构进行同步耦合，所述末端执行器(6)的另一端用于承载负载(7)；所述底座(1)与柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)之间设有使末端执行器(6)及承载的负载(7)相对于底座(1)直线运动的凸轮。

2.根据权利要求1所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述凸轮包括凸轮立柱及凸轮滑道，该凸轮立柱安装在所述柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)一端的下表面，随柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)转动；所述底座(1)的顶部设有凸轮滑道，在所述凸轮立柱随柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)的转动过程中，该柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)上的凸轮立柱的下端始终与所述凸轮滑道抵接。

3.根据权利要求2所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述凸轮滑道的表面为曲面，凸轮立柱的下端为球面，该凸轮立柱的球面在随柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)转动过程中沿所述凸轮滑道转动，且始终与凸轮滑道的曲面抵接，实现所述末端执行器(6)及承载的负载(7)相对于底座(1)的直线运动。

4.根据权利要求2所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述凸轮滑道分为形状相同的主凸轮滑道(9)及副凸轮滑道(13)，该主凸轮滑道(9)及副凸轮滑道(13)分别设置在所述底座(1)的顶部，且主凸轮滑道(9)及副凸轮滑道(13)的表面均为曲面；所述柔性主大臂(4)一端下表面上安装主凸轮立柱(8)，柔性副大臂(10)一端下表面上安装副凸轮立柱(12)，该主凸轮立柱(8)及副凸轮立柱(12)在随柔性主大臂(4)及柔性副大臂(10)转动过程中分别沿所述主凸轮滑道(9)、副凸轮滑道(13)转动，且始终分别与主凸轮滑道(9)、副凸轮滑道(13)抵接。

5.根据权利要求1所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述底座(1)呈顶端开口的柱状，为内部中空结构，开口的边缘沿圆周方向设有所述凸轮滑道。

6.根据权利要求1所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述旋转外筒(2)呈顶端开口的柱状，为内部中空结构，该旋转外筒(2)轴向截面的两侧通过铰轴与所述旋转内筒(3)铰接。

7.根据权利要求1所述的洁净机器人用收发料装置，其特征在于：所述同步齿轮机构为消隙齿轮，包括主消隙齿轮(14)、副消隙正向端齿轮(15)及副消隙反向端齿轮(16)，所述柔性主小臂(5)及柔性副小臂(11)的另一端分别通过球铰与末端执行器(6)的一端转动连接，该主消隙齿轮(15)安装在所述柔性主小臂(4)另一端的球铰上，所述副消隙正向端齿轮(15)及副消隙反向端齿轮(16)均安装在柔性副小臂(10)另一端的球铰上，该副消隙正向端齿轮(15)及副消隙反向端齿轮(16)均与主消隙齿轮(14)相啮合。

Images