CN203765607U

CN203765607U - 组合双臂多功能机器人

Info

Publication number: CN203765607U
Application number: CN201420103100.2U
Authority: CN
Inventors: 何价来; 罗金良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2024-03-07

Abstract

本实用新型涉及一种机器人的技术领域，尤其是一种组合双臂多功能机器人。其包括基座、控制柜、转动平台、电机一、减速机一、第一机械手、电机二、减速机二和第二机械手，基座底部与控制柜固定连接，顶端与转动平台连接，转动平台通过电机一和减速机一与第一机械手连接，转动平台通过电机二和减速机二与第二机械手连接。这种组合双臂多功能机器人不仅可以实现单臂独立操作，也可以双臂协调操作，简化了传动结构，通过减少关节数目和不可靠部件，提高了可靠性，降低了生产成本，机器人配备了相应的控制器、驱动器、电机和减速器，运动精度高，可以使用各种精密仪器，功能性和实用性比较强。

Description

组合双臂多功能机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人的技术领域，尤其是一种组合双臂多功能机器人。

背景技术

随着机械、电子、航空航天、军事国防和生物医药等工业的发展，越来越多的工业产品和科学实验活动要求自动化、精密化、高效率、高质量和高可靠性。

由于在实验室中操作复杂，但都是一些简单的操作如取样、离心、混合、移动等，人操作起来费时，而且精度也不是控制的很好。在研制流感药物时，研究人员每天都要用不同的病菌进行感染测试，这项工作十分危险，理应由机器人代理；还有很多关于放射性物质的实验和处理生物危险品等，也应由机器人操作。

用于实验室危险操作的机器人，必须能够适应这种环境。目前，日本的安川电机株式会社和日本国立先进工业技术研究所（AIST）研发的一款新型机器人MAHORO，其单臂拥有7个关节，可以进行配药调剂和培植，速度和精度远远高于普通人。然而，这款双臂机器人在进行取样和某些实验操作时，运动规划、控制和编程等过于繁琐和复杂。

实用新型内容

为了克服现有的实验室机器人运动规划复杂、控制和编程繁琐以及实验效率低的不足，本实用新型提供了一种组合双臂多功能机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组合双臂多功能机器人，包括基座、控制柜、转动平台、电机一、减速机一、第一机械手、电机二、减速机二和第二机械手，基座底部与控制柜固定连接，顶端与转动平台连接，转动平台通过电机一和减速机一与第一机械手连接，转动平台通过电机二和减速机二与第二机械手连接。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括第二机械手由电机三、减速机三、第一臂、电机四、减速机四、第二臂、电机五、减速机五、第三臂、电机六、减速机六、第四臂、电机七、减速机七、第五臂、末端减速机、转动平台减速机、第六臂、终端治具、同步带一、同步带二和同步带构成，电机三与减速机三固定连接在第一臂上，电机四与减速机四固定连接在第二臂上，电机五与减速机五固定连接在第三臂上，电机六与减速机六固定连接在第四臂上，电机七与减速机七固定连接在第五臂上，末端减速机与转动平台减速机固定连接在第六臂上，电机五、电机六与电机七分别通过同步带一、同步带二和同步带与减速机五、减速机六和减速机七连接，终端治具与末端减速机连接。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括主控制计算机通过现场总线与伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三、伺服单元四、伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十、伺服单元十一以及伺服单元十二连接，伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三以及伺服单元四与第一机械手连接，伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十以及伺服单元十一与第二机械手连接，伺服单元十二与转动平台连接，伺服单元五与第一臂连接，伺服单元六与第二臂连接，伺服单元七与第三臂连接，伺服单元八与第四臂连接，伺服单元九第五臂连接，伺服单元十与第六臂连接，伺服单元十一与终端治具连接。

本实用新型的有益效果是，这种组合双臂多功能机器人不仅可以实现单臂独立操作，也可以双臂协调操作，简化了传动结构，通过减少关节数目和不可靠部件，提高了可靠性，降低了生产成本，机器人配备了相应的控制器、驱动器、电机和减速器，运动精度高，可以使用各种精密仪器，功能性和实用性比较强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型第二机械手的结构示意图；

图3是本实用新型控制系统示意图；

图4是本实用新型伺服单元结构示意图。

图中1.基座、2.控制柜，3.转动平台，4.电机一，5.减速机一，6.第一机械手，7.电机二，8.减速机二，9.第二机械手，10.电机三，11.减速机三，12.第一臂，13.电机四，14.减速机四，15.第二臂，16.电机五，17.减速机五，18.第三臂，19.电机六，20.减速机六，21.第四臂，22.电机七，23.减速机七，24.第五臂，25.末端减速机，26.转动平台减速机，27.第六臂，28.终端治具，29.同步带一，30.同步带二，31.同步带三。

具体实施方式

如图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型第二机械手的结构示意图，一种组合双臂多功能机器人，包括基座1、控制柜2、转动平台3、电机一4、减速机一5、第一机械手6、电机二7、减速机二8和第二机械手9，基座1底部与控制柜2固定连接，顶端与转动平台3连接，转动平台3通过电机一4和减速机一5与第一机械手6连接，转动平台3通过电机二7和减速机二8与第二机械手9连接，第二机械手9由电机三10、减速机三11、第一臂12、电机四13、减速机四14、第二臂15、电机五16、减速机五17、第三臂18、电机六19、减速机六20、第四臂21、电机七22、减速机七23、第五臂24、末端减速机25、转动平台减速机26、第六臂27、终端治具28、同步带一29、同步带二30和同步带三31构成，电机三10与减速机三11固定连接在第一臂12上，电机四13与减速机四14固定连接在第二臂15上，电机五16与减速机五17固定连接在第三臂18上，电机六19与减速机六20固定连接在第四臂21上，电机七22与减速机七23固定连接在第五臂24上，末端减速机25与转动平台减速机26固定连接在第六臂27上，电机五16、电机六19与电机七22分别通过同步带一29、同步带二30和同步带三31与减速机五17、减速机六20和减速机七23连接，终端治具28与末端减速机25连接。

如图3是本实用新型控制系统示意图，主控制计算机通过现场总线与伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三、伺服单元四、伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十、伺服单元十一以及伺服单元十二连接，伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三以及伺服单元四与第一机械手6连接，伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十以及伺服单元十一与第二机械手9连接，伺服单元十二与转动平台3连接，伺服单元五与第一臂12连接，伺服单元六与第二臂15连接，伺服单元七与第三臂18连接，伺服单元八与第四臂21连接，伺服单元九第五臂24连接，伺服单元十与第六臂28连接，伺服单元十一与终端治具28连接。其中，控制系统采用的现场总线为PROFIBUS，是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。PROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PROFIBUS的传输速率为9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。

使用时，针对某种医学测试任务，双臂机器人需要作出某种姿态时，由主控制计算机进行运动规划算法，并通过现场总线把计算结果传送到伺服单元一至伺服单元十二。如图4所示，各伺服单元对应的控制器根据现场总线的传输过来的结果和检测与反馈单元的结果输出信号，输出的信号控制驱动器的输出结果，驱动器的输出驱动电机转动，通过位置、速度和力矩三种方式对电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，电机的转动驱动减速机的转动，减速机的转动驱动机械臂的运动，在实现运动控制的同时，从电机和减速机检测的信号通过检测与反馈单元将信号反馈给控制器，再重复上述过程，直至机械臂运动到预期的位置，相应的各伺服单元的控制器把各机械臂的姿态位置反馈给主控制计算机，同时准备机械臂的下一个动作和姿态，由主控制计算机通过现场总线与各伺服单元通信，各伺服单元驱动对应的机械臂的运动，即双臂机器人的对应机械臂控制器之间的通信，使得一个臂对于另一个臂的反应能够作出对应的动作、轨迹规划和决策，实现双臂协调操作。

本实用新型为两个不同机器人的组合体，其包括第一机械手和第二机械手，两个机械手安装在同一旋转平台上，类似于开链并联装配。第一机械手为SCARA机器人，SCARA机器人具有两个机械摇臂，SCARA机器人为平面关节型机器人，具备大臂转动范围180°，小臂转动范围120°，手腕升降120mm，手腕回转360°。该机器人共有四个自由度，大臂的转动由电机3带动减速机4来驱动；小臂则采用的是二级同步齿轮带9传动至减速机带动其回转；对于腕部的升降为丝杠传动，因为丝杠具有自锁的功能，所以本机器人并没有其他同类机器人中的保持平衡的装置；机器人的手腕部分采用的是手腕自转电机14进行直接驱动；工具法兰用于联接适用于实验室操作的机械手，用SCARA机器人进行试剂的取样操作更为方便，效率也更高，SCARA机器人的结构目前已经非常成熟；而第二机械手为一个7轴机器人，与其它7轴机器人不同的是，本实用新型在起始端设计了第一臂12和第二臂15。这样一来，第二机械手的运动范围就进一步扩大了，第三臂18、第四臂21、第五臂24以及第六臂28构成了肘部和腕部，其允许仰俯和偏转运动。电机和减速机配合使用，分别为：电机三10与减速机三11固定连接在第一臂12上，电机四13与减速机四14固定连接在第二臂15上，电机五16与减速机五17固定连接在第三臂18上，电机六19与减速机六20固定连接在第四臂21上，电机七22与减速机七23固定连接在第五臂24上，末端减速机25与转动平台减速机26固定连接在第六臂27上，电机五16、电机六19与电机七22分别通过同步带一29、同步带二30和同步带31与减速机五17、减速机六20和减速机七23连接，终端治具28与末端减速机25连接。虽然单独的机械臂可以完成许多操作，但是单臂操作不足以承担实验室的一些危险和复杂的操作。另外，当前的许多医疗和工业机器人的应用是为单臂机器人独立工作的能力准备的，这样的机器人只适应于特定的场合和工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工装夹具。对于多任务的操作单臂机器人完全不够的。然而，SCARA机器人和7轴机器人组合，其工作空间和功能显著扩大。可以合适地选择两个机器人的尺寸、电机和减速机等用于预定的任务。本实用新型的双臂机器人作为一个完整的机器人系统，双臂之间存在着依赖关系。两个机器人的组合体的运动可由一个共同的控制器控制，或者在执行某些任务时每个机器人可以具有自己的控制器。它们分享使用传感数据，双臂之间通过一个共同的联接形成物理耦合，最重要的是双臂的控制器之间的通信，使得一个臂对于另一个臂的反应能够作出对应的动作、轨迹规划和决策。除此之外，机器人的尺寸、控制器、驱动器、电机以及减速机等均可以根据具体任务进行合适的选择以及设计。

这种组合双臂多功能机器人不仅可以实现单臂独立操作，也可以双臂协调操作，简化了传动结构，通过减少关节数目和不可靠部件，提高了可靠性，降低了生产成本，机器人配备了相应的控制器、驱动器、电机和减速器，运动精度高，可以使用各种精密仪器，功能性和实用性比较强。

Claims

1.一种组合双臂多功能机器人，包括基座（1）、控制柜（2）、转动平台（3）、电机一（4）、减速机一（5）、第一机械手（6）、电机二（7）、减速机二（8）和第二机械手（9），其特征是，基座（1）底部与控制柜（2）固定连接，顶端与转动平台（3）连接，转动平台（3）通过电机一（4）和减速机一（5）与第一机械手（6）连接，转动平台（3）通过电机二（7）和减速机二（8）与第二机械手（9）连接。

2.根据权利要求1所述的组合双臂多功能机器人，其特征是，第二机械手（9）由电机三（10）、减速机三（11）、第一臂（12）、电机四（13）、减速机四（14）、第二臂（15）、电机五（16）、减速机五（17）、第三臂（18）、电机六（19）、减速机六（20）、第四臂（21）、电机七（22）、减速机七（23）、第五臂（24）、末端减速机（25）、转动平台减速机（26）、第六臂（27）、终端治具（28）、同步带一（29）、同步带二（30）和同步带三（31）构成，电机三（10）与减速机三（11）固定连接在第一臂（12）上，电机四（13）与减速机四（14）固定连接在第二臂（15）上，电机五（16）与减速机五（17）固定连接在第三臂（18）上，电机六（19）与减速机六（20）固定连接在第四臂（21）上，电机七（22）与减速机七（23）固定连接在第五臂（24）上，末端减速机（25）与转动平台减速机（26）固定连接在第六臂（27）上，电机五（16）、电机六（19）与电机七（22）分别通过同步带一（29）、同步带二（30）和同步带三（31）与减速机五（17）、减速机六（20）和减速机七（23）连接，终端治具（28）与末端减速机（25）连接。

3.根据权利要求1所述的组合双臂多功能机器人，其特征是，主控制计算机通过现场总线与伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三、伺服单元四、伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十、伺服单元十一以及伺服单元十二连接，伺服单元一、伺服单元二、伺服单元三以及伺服单元四与第一机械手（4）连接，伺服单元五、伺服单元六、伺服单元七、伺服单元八、伺服单元九、伺服单元十以及伺服单元十一与第二机械手（4）连接，伺服单元十二与转动平台（3）连接，伺服单元五与第一臂（12）连接，伺服单元六与第二臂（15）连接，伺服单元七与第三臂（18）连接，伺服单元八与第四臂（21）连接，伺服单元九第五臂（24）连接，伺服单元十与第六臂（28）连接，伺服单元十一与终端治具（28）连接。