CN113602803A - 一种基于多关节的快速理料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多关节的快速理料机器人，包括支架、运算控制器、视觉相机、第一摆臂、第二摆臂、摆臂控制组件、升降抓取组件和抓取转动驱动，第一摆臂和第二摆臂相互转动连接且均水平布置，第一摆臂的一端与支架转动连接，摆臂控制组包括第一电机、大带轮、小带轮和第一皮带，大带轮与支架固定连接并且位于第一摆臂与支架连接处，小带轮固定于第二摆臂上，第一皮带安装于大带轮和小带轮上，第一电机固定于支架上并与第一摆臂连接，升降抓取组件位于第二摆臂上并与第二摆臂转动连接，抓取转动驱动与升降抓取组件连接；本发明提供了一种基于多关节的快速理料机器人，结构简单，运行速度快，能够对输送线上的物料快速进行理料排序。

Description

一种基于多关节的快速理料机器人

技术领域

本发明涉及理料机器人，更具体的说涉及一种基于多关节的快速理料机器人。

背景技术

码垛或理料机器人的出现，为现代化生产提供了更高效的生产效率，其运作灵活精准、快速高效、稳定性高，作业效率高，但现有的码垛和理料装置通常采用多关节的机械臂来实现水平或垂直方向的搬运货物，或是使用一些结构较为复杂的机械臂对输送线上的物料进行抓取然后有序排放，这样的结构复杂且制造成本高，并且在对物料进行理料排序所花费的时间都较长，不适用于对高速运行的输送线上的物料进行理料排序。

现有的机械臂结构以刚性体或连杆的铰接方式来作为机械臂，这样的结构在进行水平运动的时候，容易产生摆臂间隙，从而导致位移偏差，特别对于需要精确在同一水平线上进行位移运动的机器人，容易产生水平线运动，导致搬运路线偏离，因此解决码垛或理料机器人水平移动产生的摆臂间隙将会大大提高水平位移的精准性和效率，并能够扩展应用场景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多关节的快速理料机器人，目的在于解决码垛或理料机器人水平移动产生的摆臂间隙，提升机器人的水平移动精度和效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于多关节的快速理料机器人，包括：

支架；

摆臂系统，所述摆臂系统包括运算控制器、第一摆臂和第二摆臂，所述第一摆臂和第二摆臂相互转动连接且均水平布置，所述第一摆臂的一端与支架转动连接；

摆臂控制组件，所述摆臂控制组件包括第一电机、大带轮、小带轮和第一皮带，所述大带轮与支架固定连接并且位于第一摆臂与支架连接的一端处，所述小带轮位于第一摆臂与第二摆臂转动连接处且与第二摆臂固定连接，所述第一皮带安装于大带轮和小带轮上，所述第一电机固定于支架上并且第一电机的主轴与第一摆臂与支架转动连接的一端固定连接；

升降抓取组件，所述升降抓取组件位于第二摆臂上并与第二摆臂转动连接，用于升降抓取产品；

抓取转动驱动，所述抓取转动驱动与升降抓取组件连接，用于控制升降抓取组件转动，从而调整升降抓取组件吸取产品的水平角度和放置产品的水平角度；

视觉相机，所述视觉相机安装在支架上，并通过接口和运算控制器连接。

进一步所述升降抓取组件包括气缸、抓取座和若干吸盘，所述气缸与第二摆臂固定连接，所述抓取座与气缸的活塞杆转动连接，并且抓取转动驱动与抓取座连接，若干吸盘均固定于抓取座上。

进一步所述抓取转动驱动包括第二电机、第一中间传动组件、第二中间传动组件和滑移传动组件，所述第二电机固定于支架上，所述第一中间传动组件设置于第一摆臂上，所述第二中间传动组件设置于第二摆臂上，所述滑移传动组件包括驱动杆和滑移套，所述驱动杆与滑移套周向固定且轴向滑动链接，所述第二电机、第一中间传动组件、第二中间传动组件和驱动杆依次连接，所述滑移套与抓取座固定连接。

进一步所述第一中间传动组件包括第一带轮、第二带轮和第一传动带，所述第一带轮和第二带轮均转动连接于第一摆臂上，所述第一传动带安装于第一带轮和第二带轮上，所述第二中间传动组件包括第三带轮、第四带轮和第二传动带，所述第三带轮和第四带轮均转动连接于第二摆臂上，所述第二传动带安装于第三带轮和第四带轮上，所述第一带轮与第二电机的主轴连接，所述第二带轮和第三带轮固定连接，所述第四带轮与驱动杆固定连接。

进一步所述第一摆臂和第二摆臂内部均中空，所述大带轮、小带轮、第一皮带、第一带轮、第二带轮和第一传动带均位于第一摆臂内，所述第三带轮、第四带轮和第二传动带均位于第二摆臂内。

进一步所述第一电机和第二电机均竖直倒置设置于支架上，所述第一摆臂和第二摆臂能够相互重合重叠。

进一步所述第二摆臂上固定有导向架，所述抓取座与导向架竖向滑动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设置相互转动连接的第一摆臂和第二摆臂，放弃了传统的刚性臂和连杆作为传动臂的结构，采用带轮和皮带连接形式，该结构解决了水平位移摆臂产生的摆臂间隙导致的位移偏差问题。

(2)本发明通过更换大带轮和小带轮的齿轮大小比，可以精确的改变水平移动的运动方式，进行标准的直线或曲线运动。

(3)本发明通过把第一中间传动组件和第二中间传动组件，均采用带轮和传动带的传动方式，使得第一中间传动组件和第二中间传动组件的结构简单，且重量较轻，在实现中间传动的同时，不会较大的增大第一摆臂和第二摆臂的总体重量，可保证第一摆臂和第二摆臂的高速运行速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为一种基于多关节的快速理料机器人的示意图一；

图2为一种基于多关节的快速理料机器人的剖视图；

图3为一种基于多关节的快速理料机器人(隐藏第一摆臂和第二摆臂)的示意图二；

图4为图2中的局部放大图A；

图5为图2中的局部放大图B；

图6为图2中的局部放大图C；

图7为一种基于多关节的快速理料机器人的运算控制器连接图；

图8为一种基于多关节的快速理料机器人的控制流程图；

图9为第一摆臂和第二摆臂的运动状态变化示意图。

图中标记为：1、支架；2、第一摆臂；3、第二摆臂；4、升降抓取组件；5、第一电机；6、第二电机；7、大带轮；8、第一皮带；9、小带轮；10、第一带轮；11、第一传动带；12、第二带轮；13、第三带轮；14、第二传动带；15、第四带轮；16、驱动杆；17、滑移套；18、气缸；19、抓取座；20、吸盘；21、主动带轮；22、驱动皮带；23、从动带轮；24、输送线；25、物料；26、视觉相机。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种基于多关节的快速理料机器人，如图1-图5所示，包括：支架1，所述支架1设置于输送线24的一侧或上方；

摆臂系统，所述摆臂系统包括运算控制器、第一摆臂2和第二摆臂3，所述第一摆臂2和第二摆臂3相互转动连接且均水平布置，所述第一摆臂2的一端与支架1转动连接；

摆臂控制组件，所述摆臂控制组件包括第一电机5、大带轮7、小带轮9和第一皮带8，所述大带轮7与支架1固定连接并且位于第一摆臂2与支架1连接的一端处，所述小带轮9位于第一摆臂2与第二摆臂3转动连接处且与第二摆臂3固定连接，所述第一皮带8安装于大带轮7和小带轮9上，所述第一电机5固定于支架1上并且第一电机5的主轴与第一摆臂2与支架1转动连接的一端固定连接；

升降抓取组件4，所述升降抓取组件4位于第二摆臂3上并与第二摆臂3转动连接，用于升降抓取产品；

抓取转动驱动，所述抓取转动驱动与升降抓取组件4连接，用于控制升降抓取组件4转动，从而调整升降抓取组件4吸取产品的水平角度和放置产品的水平角度；

视觉相机26，所述视觉相机26安装在支架1上，并通过接口和运算控制器连接，用于接收输送带上的物料25位置信息并传输到运输控制器中。

本发明通过设置相互转动连接的第一摆臂2和第二摆臂3，并设置有大带轮7、小带轮9和第一皮带8，使第一电机5在带动第一摆臂2进行转动时，第二摆臂3会同时随之转动，并且第一摆臂2转动的角度和第二摆臂3随动的角度可通过大带轮7和小带轮9之间的传动比进行控制；而且采用大带轮7、小带轮9和第一皮带8对第一摆臂2和第二摆臂3进行联动，大带轮7、小带轮9和第一皮带8的重量较轻、结构简单，安装在第一摆臂2和第二摆臂3上时，不会对第一摆臂2和第二摆臂3的整体重量进行较大的加重，可保证第一摆臂2和第二摆臂3的快速移动(水平转动)，从而保证整个快速理料机器人抓取和排序放置物料25的速度。

本实施例中优选的，如图2和图3所示，所述升降抓取组件4包括气缸18、抓取座19和若干吸盘20，所述气缸18与第二摆臂3固定连接，所述抓取座19与气缸18的活塞杆转动连接，并且抓取转动驱动与抓取座19连接，若干吸盘20均固定于抓取座19上在，在抓取产品时，气缸18驱动抓取座19下降，使固定于抓取座19上的若干吸盘20与产品接触并形成负压吸住产品，然后气缸18在带动抓取座19上升，使吸盘20吸住产品升降完成抓取动作；通过把升降抓取组件4设置成包括气缸18、抓取座19和若干吸盘20，使总体结构简单，并且气缸18的运行动作快，可快速完成升降功能，采用吸盘20则在完成抓取的情况下，能够较大减轻升降抓取组件4的重量，使整个第一摆臂2和第二摆臂3携带的重量更轻，能够更快的进行移动，实现高速化的移动抓取理料。

本实施例中优选的，如图2和图3所示，所述抓取转动驱动包括第二电机6、第一中间传动组件、第二中间传动组件和滑移传动组件，所述第二电机6固定于支架1上，所述第一中间传动组件设置于第一摆臂2上，所述第二中间传动组件设置于第二摆臂3上，所述滑移传动组件包括驱动杆16和滑移套17，所述驱动杆16与滑移套17周向固定且轴向滑动链接，所述第二电机6、第一中间传动组件、第二中间传动组件和驱动杆16依次连接，所述滑移套17与抓取座19固定连接；需要转动升降抓取组件4时，第二电机6启动，通过第一中间传动组件和第二中间传动组件，使驱动杆16转动，驱动杆16又通过滑移套17带动抓取座19转动，从而使抓取座19上的若干吸盘20能够转动水平角度对产品进行抓取和在抓取完产品后调整产品的水平角度再进行摆放。

本实施例中优选的，如图2-图6所示，所述第一中间传动组件包括第一带轮10、第二带轮12和第一传动带11，所述第一带轮10和第二带轮12均转动连接于第一摆臂2上，所述第一传动带11安装于第一带轮10和第二带轮12上，所述第二中间传动组件包括第三带轮13、第四带轮15和第二传动带14，所述第三带轮13和第四带轮15均转动连接于第二摆臂3上，所述第二传动带14安装于第三带轮13和第四带轮15上，所述第一带轮10与第二电机6的主轴连接，所述第二带轮12和第三带轮13之间设置有固定轴，所述固定轴分别与第二带轮12和第三带轮13固定连接，带第二带轮12转动时能够带动第三带轮13转动，所述第四带轮15与驱动杆16固定连接；通过把第一中间传动组件和第二中间传动组件，均采用带轮和传动带的传动方式，使得第一中间传动组件和第二中间传动组件的结构简单，且重量较轻，在实现中间传动的同时，不会较大的增大第一摆臂2和第二摆臂3的总体重量，可保证第一摆臂2和第二摆臂3的高速运行速度。

本实施例中优选的，如图2-图4所示，所述第一带轮10与第二电机6的主轴之间设置有驱动连接组件，所述驱动连接组件包括主动带轮21、从动带轮23、驱动皮带22和连接轴，所述主动带轮21与第二电机6的主轴固定连接，所述从动带轮23通过连接轴与第一带轮10固定连接，所述驱动皮带22安装于主动带轮21和从动带轮23上，从而使第一带轮10与第二电机6的主轴连接。

本实施例中优选的，如图2和图4-6所示，所述第一摆臂2和第二摆臂3内部均中空，所述大带轮7、小带轮9、第一皮带8、第一带轮10、第二带轮12和第一传动带11均位于第一摆臂2内，所述第三带轮13、第四带轮15和第二传动带14均位于第二摆臂3内，从而对大带轮7、小带轮9、第一皮带8、第一带轮10、第二带轮12、第一传动带11、第三带轮13、第四带轮15和第二传动带14进行保护，并且可防止摆臂控制组件和抓取转动驱动的运行受到干扰。

本实施例中优选的，如图1-图3所示，所述第一电机5和第二电机6均竖直倒置设置于支架1上，所述第一摆臂2和第二摆臂3分别位于两个水平面上，并且第一摆臂2和第二摆臂3相互连接，使得第一摆臂2和第二摆臂3能够相互重合重叠，从而在第一摆臂2转动时，能够带动第二摆臂3进行水平360°的转动，进而可把支架1悬挂于输送线24的上方正中央位置，然后转动第一摆臂2，使第二摆臂3把输送线24上位于两侧的产品均抓取整理排序放置在中间位置，相对于把理料机器人放置于输送线24一侧相比，可大大缩短第一摆臂2和第二摆臂3的臂长，大大减轻第一摆臂2和第二摆臂3的重量，从而减小第一电机5的所需的功率和提高第一摆臂2和第二摆臂3的运行速度。

本实施例中优选的，所述第二摆臂3上固定有导向架，所述导向架上设置有竖直布置的滑轨，所述抓取座19上设置有滑块，所述滑块与滑轨配合，使抓取座19与导向架竖向滑动连接，对抓取座19的移动起到导向和限位的作用。

本实施例中优选的，如图9所示，所述第一摆臂2的摆动角度为D1，第二摆臂3相对第一摆臂2的摆动角度为D2，所述第一摆臂2和第二摆臂3的臂长相等，并且大带轮7和小带轮9的节圆直径之比为2∶1，从而使第一摆臂2的摆动角度D1与第二摆臂3相对于第一摆臂2的摆动角度D2之比为2∶1，此比例，能够实现升降抓取组件4在水平直线上的快速移动，相比传统的刚性臂或连杆铰接形式，本设计减少了位移偏差，保证了水平运动方向处于同一直线上。

快速理料机器人工作过程，通过下述四个步骤实现：

S1：视觉相机26对输送线24上的物料25进行视觉检测，获得物料25的坐标；

视觉相机26对输送线24上的物料25进行识别，通过运算控制器的处理，得到物料25相对视觉相机26视口范围内的坐标值；

S2：和用户主机设定的物料25摆放坐标进行对比，通过运算控制器计算物料25的纠正坐标；

运算控制器需要通过外部连接的用户主机进行参数设定，设定物料25的摆放角度和摆放水平线，运算控制器和用户主机设定的参数进行比对，计算出物料25的纠正坐标；

S3：将纠正坐标转换为第一电机5和第二电机6的控制信号进行控制；

S4：第一电机5和第二电机6驱动摆臂控制组件和升降抓取组件4，对物料25进行坐标纠正，顺序摆放至输送线24上；

运算控制器发出控制信号，第一电机5启动，带动第一摆臂2转动，使第二摆臂3随之转动，并使升降抓取组件4位于需要抓取进行排序的物料25的正上方，然后气缸18动作，使抓取座19下降，若干吸盘20与物料25接触并进行真空吸附，然后气缸18再动作，带动抓取座19、吸盘20和物料25上升，接着第一电机5再驱动，带动第一摆臂2和第二摆臂3，使升降抓取组件4和物料25移动至预定摆放的位置，然后气缸18动作使物料25下降，最后吸盘20松开物料25使物料25自动落在输送线24上，从而完成理料动作，接着对下一个物料25进行理料排序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于，包括：

支架；

摆臂系统，所述摆臂系统包括运算控制器、第一摆臂和第二摆臂，所述第一摆臂和第二摆臂相互转动连接且均水平布置，所述第一摆臂的一端与支架转动连接；

摆臂控制组件，所述摆臂控制组件包括第一电机、大带轮、小带轮和第一皮带，所述大带轮与支架固定连接并且位于第一摆臂与支架连接的一端处，所述小带轮位于第一摆臂与第二摆臂转动连接处且与第二摆臂固定连接，所述第一皮带安装于大带轮和小带轮上，所述第一电机固定于支架上并且第一电机的主轴与第一摆臂与支架转动连接的一端固定连接；

升降抓取组件，所述升降抓取组件位于第二摆臂上并与第二摆臂转动连接，用于升降抓取产品；

抓取转动驱动，所述抓取转动驱动与升降抓取组件连接，用于控制升降抓取组件转动，从而调整升降抓取组件吸取产品的水平角度和放置产品的水平角度；

视觉相机，所述视觉相机安装在支架上，并通过接口和运算控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述升降抓取组件包括气缸、抓取座和若干吸盘，所述气缸与第二摆臂固定连接，所述抓取座与气缸的活塞杆转动连接，并且抓取转动驱动与抓取座连接，若干吸盘均固定于抓取座上。

3.根据权利要求2所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述抓取转动驱动包括第二电机、第一中间传动组件、第二中间传动组件和滑移传动组件，所述第二电机固定于支架上，所述第一中间传动组件设置于第一摆臂上，所述第二中间传动组件设置于第二摆臂上，所述滑移传动组件包括驱动杆和滑移套，所述驱动杆与滑移套周向固定且轴向滑动链接，所述第二电机、第一中间传动组件、第二中间传动组件和驱动杆依次连接，所述滑移套与抓取座固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述第一中间传动组件包括第一带轮、第二带轮和第一传动带，所述第一带轮和第二带轮均转动连接于第一摆臂上，所述第一传动带安装于第一带轮和第二带轮上，所述第二中间传动组件包括第三带轮、第四带轮和第二传动带，所述第三带轮和第四带轮均转动连接于第二摆臂上，所述第二传动带安装于第三带轮和第四带轮上，所述第一带轮与第二电机的主轴连接，所述第二带轮和第三带轮固定连接，所述第四带轮与驱动杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述第一摆臂和第二摆臂内部均中空，所述大带轮、小带轮、第一皮带、第一带轮、第二带轮和第一传动带均位于第一摆臂内，所述第三带轮、第四带轮和第二传动带均位于第二摆臂内。

6.根据权利要求3所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述第一电机和第二电机均竖直倒置设置于支架上，所述第一摆臂和第二摆臂能够相互重合重叠。

7.根据权利要求2所述的一种基于多关节的快速理料机器人，其特征在于：所述第二摆臂上固定有导向架，所述抓取座与导向架竖向滑动连接。

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