CN113580117A - 一种五轴自动码砖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴自动码砖机器人，包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端执行机构；通过安装在五个轴上的五个伺服电机和RV减速器五个输入动力，J1轴伺服电机和J1轴RV减速器带动腰部实现正负165°旋转运动，J2轴伺服电机和J2轴RV减速器带动大臂实现俯仰运动，J3轴伺服电机和J3轴RV减速器带动小臂实现俯仰运动，J4轴伺服电机和J4轴RV减速器带动腕部实现俯仰运动，J5轴伺服电机和J5轴RV减速器带动末端执行结构实现回转运动，气缸控制夹爪的开合，从而实现对空心砖的夹取动作。

Description

一种五轴自动码砖机器人

技术领域

本发明涉及机械码垛领域，尤其涉及一种五轴自动码砖机器人。

背景技术

码垛机器人是在工业化生产中广泛应用的机械设备，可以实现对目标物体的自动抓取，并将其运送至目标位置码成堆垛。自动码砖机器人是码垛机器人在砖瓦行业的具体应用，不仅解放了劳动力，降低了人工劳动强度，还大大提高了生产效率，并且其成本较低，使用寿命长。

现有技术专利 CN209224063U公开了一种五轴码垛双旋关节机器人，其底座组件上方安装有转座组件，转座组件通过旋转一轴关节绕着底座组件进行转动，大臂组件通过旋转二轴关节绕着转座组件进行转动，大臂组件的末端连接小臂组件，小臂组件通过大臂组件内的旋转三轴关节进行转动，小臂组件末端连接五轴座组件。该专利仅仅公开一个末端的五轴减速机，但是每个关节处都需要减速机构，如何设置减速机构来实现码垛，并且还需要末端执行机构来对砖块进行夹持，因此解决这一问题就显得十分必要了。

发明内容

为解决上述问题本发明的目的是提供一种五轴自动码砖机器人，包括有底座、腰部、大臂、小臂、腕部和末端执行机构；

所述底座固定安装在地板或者工作台上，腰部通过J1轴RV减速器安装在底座上，腰部左侧安装有J2轴RV减速器，大臂安装在J2轴RV减速器右侧，大臂左侧安装有J3轴RV减速器，J3轴RV减速器左侧安装有小臂，所述小臂末端安装有腕部，所述末端执行机构通过J5轴RV减速器安装在腕部底部；所述末端执行机构包括有连接轴、主框架、导轨、气缸、滑块、夹爪；夹爪包括有夹爪板、力传感器和防滑挡板。

进一步改进在于：所述连接轴固定在J5轴RV减速器底部，连接轴底部固定连接主框架，所述主框架有上下两层，且均为中空结构；所述四个导轨两两对称装配成两组导轨组，两组导轨组分别放置在所述主框架上下两层呈十字排列，主框架位于每组导轨组内两侧均设置有气缸，共四个气缸；其中一个气缸的连接杆与滑块通过六角开槽螺母固定连接，滑块位于该气缸对应的导轨组上；滑块底部末端与夹爪通过固定板固定连接在一起。

进一步改进在于：所述夹爪板通过固定板固定在滑块底部，防滑挡板安装在夹爪板内侧，力传感器安装在夹爪板内且在防滑挡板上侧，防滑挡板为橡胶材料。

进一步改进在于：所述J1轴RV减速器的安装方式为法兰固定/壳体输出，J1轴RV减速器底部为J1轴RV减速器法兰与底座连接，J1轴RV减速器顶部为J1轴RV减速器壳体与腰部连接；腰部上方设置有装有J1轴伺服电机的J1轴伺服电机盒，J1轴伺服电机输入轴与J1轴RV减速器连接。

进一步改进在于：所述J2轴RV 减速器安装方式为壳体固定/法兰输出，J2轴RV 减速器左部的J2轴RV减速器壳体与腰部固定连接，所述大臂与J2轴RV 减速器右部的J2轴RV减速器法兰固定连接；腰部左侧设置有装有J2轴伺服电机的J2轴伺服电机盒，J2轴伺服电机输入轴与J2轴RV减速器连接。

进一步改进在于：所述J3轴RV减速器安装方式为法兰固定/壳体输出，J3轴RV减速器右部的J3轴RV减速器法兰与大臂固定连接，J3轴RV减速器法兰左部的J3轴RV减速器壳体与小臂固定连接；小臂左侧设置有装有J3轴伺服电机的J3轴轴伺服电机盒，J3轴伺服电机输入轴与J3轴RV减速器连接。

进一步改进在于：所述J5轴RV减速器安装方式为壳体固定/法兰输出，J5轴RV减速器的J5轴RV减速器壳体与腕部固定连接，J5轴RV减速器的J5轴RV减速器法兰与末端执行机构与固定连接；腕部内部的设置有装有J5轴伺服电机的J5轴伺服电机盒，J5轴伺服电机输入轴与J5轴RV减速器连接。

进一步改进在于：所述小臂内部中空设置有装有J4轴伺服电机的J4轴伺服电机盒，J4轴伺服电机输入轴与小臂内的心轴一端连接，心轴另一端连接有锥齿轮组。

本发明的有益效果：本发明通过五个伺服电机和五个RV减速器输入动力，带动五个关节运动，实现大臂和小臂的俯仰运动，保证了末端执行机构在水平方向和竖直方向上足够的工作空间，末端执行机构可以进行回转运动，各关节相互配合可以实现对空心砖的抓取、搬运操作；同时腰部可以进行实现正负165°旋转，扩大了周身的工作空间，大大提高了工作效率；腕部始终保持竖直向下的姿态，便于抓取空心砖；通过气缸控制手爪的开合，从而实现对多型号空心砖的码坯，提高了使用的实用性；手爪工作时从空心砖两对角线方向逼近空心砖，通过力传感器监测用力大小，使用橡胶防滑挡板在稳定抓取的同时能够有效减小对空心砖坯的破坏，大大提高了夹取的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1实施例中的J1轴RV减速器结构示意图。

图3为图1实施例中的J2轴RV减速器结构示意图。

图4为图1实施例中的J3轴RV减速器结构示意图。

图5为图1实施例中的J5轴RV减速器结构示意图。

图6为图1实施例中的J4轴传动心轴结构示意图。

图7为图1实施例中的末端执行机构总体结构示意图。

图8为图1实施例中的夹爪结构示意图。

图9为图1实施例中导轨结构示意图。

其中：1-底座，2-J1轴RV减速器，3-腰部，4-J2轴RV减速器，5-大臂，6-J3轴RV减速器，7-小臂，8-腕部，9-J5轴RV减速器，10-末端执行机构，101-J1轴RV减速器法兰，102-J1轴RV减速器壳体，201-J2轴RV减速器壳体，202-J2轴RV减速器法兰，301-J3轴RV减速器法兰，302-J3轴RV减速器壳体，401-心轴，402-锥齿轮组，501-J5轴RV减速器壳体，502-J5轴RV减速器法兰，111-连接轴，112-主框架，113-导轨，114-气缸，115-六角开槽螺母，116-连接杆，117-滑块，118-固定板，119-夹爪，121-夹爪板，122-力传感器，123-防滑挡板。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

如图1-9所示，本实施例提供一种五轴自动码砖机器人，主要结构包括底座1、腰部3、大臂5、小臂7、腕部8和末端执行机构10，底座1固定安装在地板或者工作台上，底座1内部中空设计，两侧设置有进线口和出线口，方便走线。腰部3通过J1轴RV减速器2安装在底座1上，J2轴减速器4安装在腰部3左侧，大臂5安装在J2轴RV减速器4右侧， J3轴RV减速器6安装在大臂5左侧，J3轴RV减速器6左侧安装有小臂7，所述小臂7末端安装有腕部8，所述末端执行机构10通过J5轴RV减速器9安装在腕部8底部。

J1轴RV减速器2安装在底座1上方，腰部3上方设置有J1轴伺服电机盒，J1轴伺服电机安装在J1轴伺服电机盒内，J1轴伺服电机输入轴与J1轴RV减速器2连接。J1轴RV减速器2安装方式为法兰固定/壳体输出，J1轴RV减速器法兰101与底座1连接，J1轴RV减速器壳体102与腰部3连接。J1轴伺服电机动力传入J1轴RV减速器2，再由J1轴RV减速器壳体102输出至腰部3，从而带动腰部3实现正负165°旋转。

腰部3设计有双层立板，确保足以支撑起腰部3以上的运动，腰部3立板左侧设置有装有J2轴伺服电机的J2轴伺服电机盒，腰部3立板右侧安装J2轴RV减速器4，大臂5与J2轴RV减速器4连接。J2轴RV减速器4安装方式为壳体固定/法兰输出，J2轴RV减速器壳体201与腰部3连接，J2轴RV减速器法兰202与大臂5连接，J2轴伺服电机输入轴与J2轴RV减速器4连接，动力传入J2轴RV减速器4，再由J2轴RV减速器法兰202输出至大臂5，从而带动大臂5实现俯仰运动。

大臂5内部中空设计，减轻重量，大臂5末端与J3轴RV减速器6连接，J3轴RV减速器6左侧与小臂7连接。J3轴RV减速器6安装方式为法兰固定/壳体输出，J3轴RV减速器法兰301与大臂5连接，J3轴RV减速器壳体302与小臂7连接，J3轴伺服电机安装在小臂左侧的J3轴伺服电机盒内，J3轴伺服电机输入轴与J3轴RV减速器6连接，动力传入J3轴RV减速器6，再由J3轴RV减速器壳体302输出至小臂7，从而带动小臂7进行俯仰运动。

小臂7内部中空设计，减轻重量且便于安装J4轴伺服电机。腕部8与小臂7末端连接，J4轴伺服电机安装在小臂7内部的J4轴伺服电机盒内，J4轴伺服电机输入轴与心轴401连接，心轴401另一端与锥齿轮组402连接，动力由J4轴伺服电机输入至心轴401，再由心轴401传递至锥齿轮组402，从而带动腕部8实现俯仰运动，确保腕部8始终保持竖直向下姿态。

所述J5轴RV减速器9安装方式为壳体固定/法兰输出，J5轴RV减速器9的J5轴RV减速器壳体501与腕部8固定连接，J5轴RV减速器9的J5轴RV减速器法兰502与末端执行机构10与固定连接；腕部8内部的设置有装有J5轴伺服电机的J5轴伺服电机盒，J5轴伺服电机输入轴与J5轴RV减速器连接。

末端执行机构10由连接轴111、主框架112、导轨113、气缸114、六角开槽螺母115、连接杆116、滑块117、固定板118和夹爪119组成。所述连接轴111固定在J5轴RV减速器9底部，连接轴111底部固定连接主框架112，所述主框架112有上下两层，且均为中空结构；所述四个导轨113两两对称装配成两组导轨组，两组导轨组分别放置在所述主框架112上下两层呈十字排列，主框架112位于每组导轨组内两侧均设置有气缸114，共四个气缸114；其中一个气缸114的连接杆116与滑块117通过六角开槽螺母115固定连接，滑块117位于该气缸114对应的导轨组上；滑块117底部末端与夹爪119通过固定板118固定连接在一起。主框架有上下两组中空套杆，导轨113可穿过该中空套杆与主框架112固定在一起，主框架上有安装导轨113的多个调节孔，可以通过改变导轨113的安装调节孔的位置，来调整四个夹爪119组成的空间，从而实现对不同型号空心砖的抓取。气缸114固定在主框架112中间的挡板上，气缸末端的连接杆116与滑块117通过六角开槽螺母115固定连接，当夹爪119大小改变时，可通过调节连接杆116伸出滑块117外部的长度来使之与夹爪119配合。其中夹爪119的开合由气缸114来控制，气缸114带动滑块117在导轨113上滑动，从而带动夹爪119的运动，实现夹爪119的开合。滑块117末端与夹爪119通过固定板118固定在一起，其中夹爪119又由夹爪板121、力传感器122和防滑挡板123组成。夹爪板121与滑块117末端通过固定板118固定连接，防滑挡板123为橡胶材料，安装在夹爪板121内侧，直接与空心砖接触，一方面增大与空心砖的摩擦，更牢固的抓取空心砖，另一方面，橡胶有一定的弹性，当夹爪刚刚触碰到空心砖的时候可以起到一定的缓冲作用，极大程度上保护了空心砖坯不受损伤。力传感器122安装在防滑挡板123的上方，可根据力传感器122对夹爪119受力的反馈来控制夹爪119张力的大小，从而达到更好地抓取效果。此夹爪119通过夹住空心砖的四个角来抓取整块空心砖，夹爪119的开合方向与空心砖的两条对角线方向重合，故该夹爪119在工作时，由空心砖两对角线方向逼近空心砖，最终达到抓取目的，尽量减小对空心砖坯的损伤。

综上，本发明提供了一种五轴自动码砖机器人，通过五个伺服电机输入动力，带动五个关节运动。大臂5和小臂7的俯仰运动保证了末端执行机构在水平方向和竖直方向上足够的工作空间，腕部8始终保持竖直向下的姿态，便于抓取空心砖；腰部3可以进行正负165°旋转，保证了足够的工作空间；该手爪119的大小可以通过改变两组导轨113的位置距离来调节，从而实现对多型号空心砖的码坯；手爪119工作时从空心砖两对角线方向逼近空心砖，可有效减小对空心砖坯的破坏。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种五轴自动码砖机器人，包括有底座（1）、腰部（3）、大臂（5）、小臂（7）、腕部（8）和末端执行机构（10）；

其特征在于：所述底座（1）固定安装在地板或者工作台上，腰部（3）通过J1轴RV减速器（2）安装在底座（1）上，腰部（3）左侧安装有J2轴RV减速器（4），大臂（5）安装在J2轴RV减速器（4）右侧，大臂（5）左侧安装有J3轴RV减速器（6），J3轴RV减速器（6）左侧安装有小臂（7），所述小臂（7）末端安装有腕部（8），所述末端执行机构（10）通过J5轴RV减速器（9）安装在腕部（8）底部；所述末端执行机构（10）包括有连接轴（111）、主框架（112）、导轨（113）、气缸（114）、滑块（117）、夹爪（119）；夹爪（119）包括有夹爪板（121）、力传感器（122）和防滑挡板（123）。

2.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述连接轴（111）固定在J5轴RV减速器（9）底部，连接轴（111）底部固定连接主框架（112），所述主框架（112）有上下两层，且均为中空结构；所述四个导轨（113）两两对称装配成两组导轨组，两组导轨组分别放置在所述主框架（112）上下两层呈十字排列，主框架（112）位于每组导轨组内两侧均设置有气缸（114），共四个气缸（114）；其中一个气缸（114）的连接杆（116）与滑块（117）通过六角开槽螺母（115）固定连接，滑块（117）位于该气缸（114）对应的导轨组上；滑块（117）底部末端与夹爪（119）通过固定板（118）固定连接在一起。

3.如权利要求2所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述夹爪板（121）通过固定板（118）固定在滑块（117）底部，防滑挡板（123）安装在夹爪板（121）内侧，力传感器（122）安装在夹爪板（121）内且在防滑挡板（123）上侧，防滑挡板（123）为橡胶材料。

4.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述J1轴RV减速器（2）的安装方式为法兰固定/壳体输出，J1轴RV减速器（2）底部为J1轴RV减速器法兰（101）与底座（1）连接，J1轴RV减速器（2）顶部为J1轴RV减速器壳体（102）与腰部（3）连接；腰部（3）上方设置有装有J1轴伺服电机的J1轴伺服电机盒，J1轴伺服电机输入轴与J1轴RV减速器（2）连接。

5.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述J2轴RV 减速器（4）安装方式为壳体固定/法兰输出，J2轴RV 减速器（4）左部的J2轴RV减速器壳体（201）与腰部（3）固定连接，所述大臂（5）与J2轴RV 减速器（4）右部的J2轴RV减速器法兰（202）固定连接；腰部（3）左侧设置有装有J2轴伺服电机的J2轴伺服电机盒，J2轴伺服电机输入轴与J2轴RV减速器（4）连接。

6.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述J3轴RV减速器（6）安装方式为法兰固定/壳体输出，J3轴RV减速器（6）右部的J3轴RV减速器法兰（301）与大臂（5）固定连接，J3轴RV减速器法兰（301）左部的J3轴RV减速器壳体（302）与小臂（7）固定连接；小臂（7）左侧设置有装有J3轴伺服电机的J3轴轴伺服电机盒，J3轴伺服电机输入轴与J3轴RV减速器（6）连接。

7.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述J5轴RV减速器（9）安装方式为壳体固定/法兰输出，J5轴RV减速器（9）顶部的J5轴RV减速器壳体（501）与腕部（8）固定连接，J5轴RV减速器（9）底部的J5轴RV减速器法兰（502）与末端执行机构（10）与固定连接；腕部（8）内部的设置有装有J5轴伺服电机的J5轴伺服电机盒，J5轴伺服电机输入轴与J5轴RV减速器连接。

8.如权利要求1所述的一种五轴自动码砖机器人，其特征在于：所述小臂（7）内部中空设置有装有J4轴伺服电机的J4轴伺服电机盒，J4轴伺服电机输入轴与小臂（7）内的心轴（401）一端连接，心轴（401）另一端连接有锥齿轮组（402）。

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