CN203998146U - 一种由气缸减载的码垛机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由气缸减载的码垛机器人，包括基座、腰部回转机构、机械臂、机械手腕和机械抓手，所述腰部回转机构安装在基座上，可绕其中心旋转，所述机械臂的大臂端通过垂直单元和水平单元设置在腰部回转机构的回转平台上，其小臂端通过机械手腕与机械抓手连接；所述机械臂的大臂端还连接有背拉式气缸。本实用新型多采用模块化的机械结构，优化了机械臂机构的受力方式，具有结构紧凑、防护等级高、运动惯量小的优点，特别设置背拉式气缸，机械臂动力学性能好，能较好满足码垛需求。

Description

一种由气缸减载的码垛机器人

技术领域

本实用新型属于自动化机器人领域，涉及一种用于工业自动化生产线的物流自动化设备，特别是一种由气缸减载的码垛机器人。

背景技术

自动化机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。自从日本将机器人技术应用于码垛工艺以来，码垛机器人的研究获得了飞速发展，同时，码垛机器人占地面积小，能够同时处理多种物料垛码，降低了人工劳动强度，提高了生产效率等诸多原因，越来越受到广大用户的青睐。

目前，公知的码垛机器人从结构特点上、自由度的构成方法来说主要分为两大类。一类是以ABB和KUKA为代表的普通式关节型机器人，其驱动机构主要由伺服电机和减速机直连在关节处，多采用直接驱动方式，手臂各段绕其关节运动副进行旋转。这类码垛机器人具有结构紧凑、动作灵活、占地面积小、工作空间大等优点，但驱动电机安装在各关节处，导致机器人手臂重量大、惯量大、关节误差累积，输出转矩大等问题。另一类是以日本不二公司为代表的平行四边形连杆式关节机器人，采用平行四边形连杆(缩放)机构，利用滚珠丝杠副和滚动导轨副相配合的驱动元件，用伺服电机进行驱动控制，且都安装在手臂的根部，是一种间接驱动方式。这类机器人使得坐标运算变得简单，但由于这种臂部机构形式，会增大作用于丝杆上的力，当载荷变化较大时，机构系统可能产生不稳定。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：提供一种由气缸减载的码垛机器人，简化了码垛机器人的机械结构，优化了机构的受力方式，因而结构紧凑，运动惯量小，动力学性能好，能较好满足码垛需求。

本实用新型的技术方案如下：一种由气缸减载的码垛机器人，包括基座1、腰部回转机构3、机械臂4、机械手腕5和机械抓手6，所述腰部回转机构3安装在基座1上，可绕其中心旋转，所述机械臂4的大臂端通过垂直单元12和水平单元13设置在腰部回转机构3的回转平台上，其小臂端通过机械手腕5与机械抓手6连接；所述机械臂4的大臂端还连接有背拉式气缸2。

进一步的，所述机械臂4包括小臂8、前大臂9、后大臂10和短臂11，所述前大臂9、后大臂10和短臂11组成平行四边形连杆，所述前大臂9一端与设置在腰部回转机构3上的水平单元13铰接，另一端与小臂8铰接，所述小臂8与机械手腕5铰接，所述后大臂10的一端与设置在腰部回转机构3上的垂直单元12铰接。

进一步的，所述垂直单元12和水平单元13均采用伺服电动缸和防尘型滑块导轨配合，所述前大臂9和后大臂10分别与水平单元13和垂直单元12的滑块铰接。

进一步的，所述机械臂4还包括腕部方向维持机构7，所述腕部方向维持机构7包括一设置在前大臂9和小臂8铰接处的三角连接板16，所述三角连接板16一侧边通过第二副杆15与前大臂9组成平行四边形连杆，三角连接板16的另一侧边通过第一副杆14与机械手腕5以及小臂8组成平行四边形连杆，保证机械手腕始终处于水平状态。

进一步的，所述背拉式气缸2为两个并对称设置在后大臂10两侧，其一端固定，另一端与后大臂10连接的滑块铰接。

进一步的，所有铰接处均采用销轴连接，通过自润滑轴承和胀紧套配合连接。

进一步的，所述背拉式气缸2始终保持压缩趋势，其有杆腔通过并联设置的减压阀18和单向阀17连接气源，无杆腔连通大气。

进一步的，所述减压阀18和单向阀17前后的气路上分别设置过滤器20和油雾器21组成气动三联件。

进一步的，所述背拉式气缸2的无杆腔通过消音器19连通大气。

本实用新型采用平行四边形连杆式关节型机械臂结构，在水平和垂直的伺服电动缸和直线滑块副共同作用下，实现机械抓手成比例放大的前后移动和上下升举，且前后移动和上下升举两种运动互相不干涉，各自独立。同时，在腕部方向维持机构的作用下，可使手腕的的旋转中心线始终维持竖直方向。加上腰部回转机构的大角度回转运动，使本码垛机器人具有圆柱状的工作空间。由于机械臂的特殊几何结构，作用于水平单元和垂直单元的力，是抓手、货物和臂自重的重力的好几倍，为了改善码垛机器人的受力状况，减小受力变形，在垂直方向的直线运动单元上，采用模块化的伺服电动缸和防尘型重载滑块副相配合的工作方式，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，适用恶劣工作环境，只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换；特别在垂直单元上，采用始终保持压缩趋势的背拉式气缸来部分抵消由臂架特殊几何结构而造成的重载荷，降低了垂直单元承受的载荷，相较于加大输出功率，增加配重等方式降低了设备的重量，减小了能耗。

由上所述，本实用新型简化了码垛机器人的机械结构，优化了机构的受力方式，因而工作效率高，可靠性强，无故障工作时间长，维护简单方便，能耗低，效率高。

以下结合后附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型涉及的码垛机器人的整体示意图。

图2为本实用新型涉及的码垛机器人的机构运动简图。

图3为本实用新型中的背拉式气缸的安装示意图A。

图4为本实用新型中的背拉式气缸的安装示意图B。

图5为本实用新型中的背拉式气缸的气路原理图。

图中标号：1-基座，2-背拉式气缸，3-腰部回转机构，4-机械臂，5-机械手腕，6-机械抓手，7-腕部方向维持机构，8-小臂，9-前大臂，10-后大臂，11-短臂，12-垂直单元，13-水平单元，14-第一副杆，15-第二副杆，16-三角连接板，17-单向阀，18-减压阀，19-消音器，20-过滤器，21-油雾器。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的码垛机器人，包括基座1、腰部回转机构3、机械臂4、机械手腕5和机械抓手6，腰部回转机构3安装在基座1上，可绕其中心旋转，机械臂4的大臂端通过垂直单元12和水平单元13设置在腰部回转机构3的回转平台上，其小臂端通过机械手腕5与机械抓手6连接；机械臂4的大臂端还连接有背拉式气缸2。

具体参见图2，机械臂4包括小臂8、前大臂9、后大臂10和短臂11，前大臂9、后大臂10和短臂11组成平行四边形连杆ABGI，前大臂9一端与设置在腰部回转机构3上的水平单元13铰接在A节点，另一端与小臂8铰接在B节点，小臂8与机械手腕5铰接在C节点，后大臂10的一端与设置在腰部回转机构3上的垂直单元12铰接，图示中为了便于垂直单元安装，后大臂10的末端延伸出一段至J节点与垂直单元铰接。机械臂4上的腕部方向维持机构7包括一设置在前大臂9和小臂8铰接处的三角连接板16△EFB，三角连接板16一侧边BF通过第二副杆15与前大臂9组成平行四边形连杆BFHA，三角连接板16的另一侧边BF通过第一副杆14与机械手腕5以及小臂8组成平行四边形连杆BEDC，通过平行四边形ABGI、BEDC和BFHA的配合，通过调节副杆的长度，使手腕中心线始终竖直向下，保证机械手腕始终处于水平状态，使其姿态易于控制。此四自由度直线移动关节与回转关节组合式串并联机器人，采用闭合的平行四边形机构，在水平和垂直面内实现了运动解耦，且机构的刚度大、变形小、承载能力大。该机构中，两个回转关节为腰部回转机构3和机械手腕5的回转，两个移动关节为水平和垂直方向上经伺服电动缸的活塞移动进而带动前大臂9、后大臂10在垂直面内上下摆动，并分别控制末端执行器沿水平方向伸展和垂直方向俯仰。各臂杆的驱动安装在腰部回转机构3上，很好地改善了系统的动态特性。其中水平和垂直滑块的移动使臂杆在垂直平面内形成并联机构，然后再与腰部回转机构3、小臂8以及腕部5构成串联机构，形成整体串并联的混联放大机构。

垂直单元12和水平单元13均采用伺服电动缸和防尘型滑块导轨配合，前大臂9和后大臂10分别与水平单元13和垂直单元12的滑块铰接。为了改善码垛机器人的受力状况，减小受力变形，在直线运动单元上，采用伺服电动缸和超重负荷滚动滑块副相配合的工作方式。所有铰接处均采用销轴连接，通过自润滑轴承和胀紧套配合连接。在垂直单元上，采用背拉式气缸2的作用，对垂直单元可产生一个向下的拉力，因此能部分抵消由臂架特殊几何结构而施加在垂直单元的重载荷，降低了垂直单元承受的载荷。

具体结合参见图3和图4，背拉式气缸2为两个并对称设置在后大臂10两侧，其一端固定，另一端与后大臂10连接的滑块铰接。

参见图5，背拉式气缸2始终保持压缩趋势，其有杆腔通过并联设置的减压阀18和单向阀17连接气源，背拉式气缸2的无杆腔通过消音器19连通大气，码垛机器人运动时，背拉式气缸的有杆腔通过减压阀始终通入恒定压力的气流，通过向下的拉力减轻机械手抓取的货物对机械臂抵消一部分向上的力，减轻机械臂垂直单元承受的载荷。具体的，垂直单元上升过程中，背拉式气缸被动拉伸，其有杆腔内的实际压力超过气源的恒定压力，气流被迫从有杆腔经单向阀17向压缩气罐内排出，压力进一步增大的话，另一部分压力气体从减压阀18的溢流口排出；当垂直单元下降时，背拉式气缸无杆腔内的气流压缩，其内部的气体经消音器19缓慢排出，起到气动缓冲减载的作用。

优选的，可在减压阀18和单向阀17前后的气路上分别设置过滤器20和油雾器21组成气动三联件。

上述为本实用新型的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式和细节上对本实用新型所作出的各种变化，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种由气缸减载的码垛机器人，包括基座(1)、腰部回转机构(3)、机械臂(4)、机械手腕(5)和机械抓手(6)，其特征在于：所述腰部回转机构(3)安装在基座(1)上，可绕其中心旋转，所述机械臂(4)的大臂端通过垂直单元(12)和水平单元(13)设置在腰部回转机构(3)的回转平台上，其小臂端通过机械手腕(5)与机械抓手(6)连接；所述机械臂(4)的大臂端还连接有背拉式气缸(2)。

2.根据权利要求1所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述机械臂(4)包括小臂(8)、前大臂(9)、后大臂(10)和短臂(11)，所述前大臂(9)、后大臂(10)和短臂(11)组成平行四边形连杆，所述前大臂(9)一端与设置在腰部回转机构(3)上的水平单元(13)铰接，另一端与小臂(8)铰接，所述小臂(8)与机械手腕(5)铰接，所述后大臂(10)的一端与设置在腰部回转机构(3)上的垂直单元(12)铰接。

3.根据权利要求2所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述垂直单元(12)和水平单元(13)均采用伺服电动缸和防尘型滑块导轨配合，所述前大臂(9)和后大臂(10)分别与水平单元(13)和垂直单元(12)的滑块铰接。

4.根据权利要求3所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述机械臂(4)还包括腕部方向维持机构(7)，所述腕部方向维持机构(7)包括一设置在前大臂(9)和小臂(8)铰接处的三角连接板(16)，所述三角连接板(16)一侧边通过第二副杆(15)与前大臂(9)组成平行四边形连杆，三角连接板(16)的另一侧边通过第一副杆(14)与机械手腕(5)以及小臂(8)组成平行四边形连杆，保证机械手腕始终处于水平状态。

5.根据权利要求1所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述背拉式气缸(2)为两个并对称设置在后大臂(10)两侧，其一端固定，另一端与后大臂(10)连接的滑块铰接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所有铰接处均采用销轴连接，通过自润滑轴承和胀紧套配合连接。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述背拉式气缸(2)始终保持压缩趋势，其有杆腔通过并联设置的减压阀(18)和单向阀(17)连接气源，无杆腔连通大气。

8.根据权利要求7所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述减压阀(18)和单向阀(17)前后的气路上分别设置过滤器(20)和油雾器(21)组成气动三联件。

9.根据权利要求8所述的一种由气缸减载的码垛机器人，其特征在于：所述背拉式气缸(2)的无杆腔通过消音器(19)连通大气。