專利名稱：一種關(guān)節(jié)型搬運機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機器人機械結(jié)構(gòu)，特別涉及關(guān)節(jié)型搬運機器人，屬于機器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
^ig機器人經(jīng)過多年的研究獲得了很大發(fā)展，其靈活性、適應(yīng)性、速度和抓取 能力不斷提高，ltii機器人的使用可以提高生產(chǎn)率和系統(tǒng)自動化程度，降低工人的 勞動強度，提高倉儲系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在如金融等行業(yè)中應(yīng)用還可以增加系統(tǒng)的安全 性。
現(xiàn)有的^S機器人多為關(guān)節(jié)型機器人，其手臂多采用各種連桿機構(gòu)，因手臂各 段只能繞其關(guān)節(jié)運動副旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機器人末端執(zhí)行器運動控制的非線性，使得其位 置控制算法十分復(fù)雜。此外，現(xiàn)有關(guān)節(jié)機器人大臂、小臂的電機減速器同軸布置， 對驅(qū)動電機要求較高，雖采用配重、彈簧等措施來降低對驅(qū)動電機的要求，但因采 用連桿結(jié)構(gòu)，其碼垛拆垛速度不快。有時關(guān)節(jié)臂可能出現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動的情況，影響機 器人的正常工作。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的，在于提供一種末端執(zhí)行器位置控制算法線性、控制算法簡 單、控制容易的機器人。該機器質(zhì)驅(qū)動電機的功率要求不高，但碼垛和拆±魏度 快，且關(guān)節(jié)具有自鎖能力，在關(guān)節(jié)驅(qū)動電機斷電時可以保持關(guān)節(jié)位置。
本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)本搬運機器人包括驅(qū)動電機、編碼器、底 座、機架、機架回轉(zhuǎn)軸、自重平衡彈簧、鋼繩、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪，本^ig機 器人還包括蝸輪蝸桿副、齒盤、齒輪傳動機構(gòu)；所述機架為具有3 — 5個關(guān)節(jié)的多 關(guān)節(jié)機架，每一個關(guān)節(jié)有一個關(guān)節(jié)臂， 一個關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸；所述驅(qū)動電機為驅(qū)動各 關(guān)節(jié)臂的伺服電機及驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)軸的步進電機；所述編碼器、蝸輪蝸桿副、齒盤、
齒輪傳動機構(gòu)，其數(shù)量均與關(guān)節(jié)的數(shù)量相同；所述自重平衡彈簧及鋼索，其數(shù)量為 每一關(guān)節(jié)臂兩個；
其連接關(guān)系為機架回轉(zhuǎn)軸與機架剛性連接并置于底座上；機架回轉(zhuǎn)軸伺服電 機經(jīng)軸連接第一級蝸輪蝸桿副，通過齒輪傳動機構(gòu)與機架回轉(zhuǎn)軸連接；機架由各級 關(guān)節(jié)臂通過其底部的齒盤與前一級關(guān)節(jié)臂末端的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸相連接；各級關(guān)節(jié)臂的 伺服電機經(jīng)軸與蝸輪蝸桿副連接，并通過與蝸輪同軸的驅(qū)動齒驅(qū)動齒盤，各齒盤與 同級的編碼器同軸相連；第一節(jié)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于機架回轉(zhuǎn)軸上， 另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭穿過鋼繩槽上的小孔固 定在齒盤上，其余每一級關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于前一級關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸 上，另一端的連接方法與第一級關(guān)節(jié)臂的相同；末節(jié)關(guān)節(jié)臂經(jīng)末級關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、末 級傳動齒輪、末級蝸輪蝸桿副與步進電機一端相連，步進電機另一端經(jīng)軸與手腕回 轉(zhuǎn)軸相連，手腕回轉(zhuǎn)軸與裝有手爪驅(qū)動伺服電機的電機架剛性連接，手爪驅(qū)動伺服 電機經(jīng)軸與手爪連接。
本實用新型的有益效果是由于各關(guān)節(jié)臂由單獨的驅(qū)動電機驅(qū)動，克服了傳統(tǒng) 關(guān)節(jié)機器人的末端執(zhí)行器的非線性問題，使其位置控制算法簡單。由于各級關(guān)節(jié)臂 均安裝有編碼器，其轉(zhuǎn)過的角度即時被檢測，因而控制容易。由于各關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸 處裝有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿副，因而本關(guān)節(jié)機器人不會產(chǎn)生關(guān)節(jié)由于自重和載 荷作用而發(fā)生自由旋轉(zhuǎn)的情況。由于各級關(guān)節(jié)均有平衡彈簧，因此對各驅(qū)動電機功 率的要求均可降低，且關(guān)節(jié)臂的轉(zhuǎn)動速度快，掘而碼±朵拆±魏度快。

圖1為本實用新型關(guān)節(jié)型m機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1所示關(guān)節(jié)型 機器人部分放大圖。其中第一關(guān)節(jié)臂去除一部分， 以顯示主要的平衡彈簧連接關(guān)系。
圖中各標(biāo)記為1、底座；3、機架回轉(zhuǎn)軸；4、第一節(jié)關(guān)節(jié)臂；5、第二
節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；6、第二節(jié)關(guān)節(jié)臂；7、第三節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；8、第三節(jié)關(guān)節(jié) 臂；9、第四節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；11、第四節(jié)關(guān)節(jié)臂；12、步進電機；13、電機架; 14、手爪電機;15、手爪；16、帶槽齒輪；17、驅(qū)動齒；18、伺服電機；19、 蝸輪蝸桿副；20、手臂自重平衡彈簧；21、手腕回轉(zhuǎn)軸。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1所示的實施例對本實用新型作進一步的說明。
實施例結(jié)構(gòu)如附圖1、 2所示，由四個關(guān)節(jié)組成，從機架回轉(zhuǎn)軸向上依次為
第1至第4關(guān)節(jié)，第1節(jié)關(guān)節(jié)4與機架回轉(zhuǎn)軸3剛性連接，伺服電機驅(qū)動蝸輪蝸桿
副，通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)由第1節(jié)關(guān)節(jié)所帶動的整個機架的回轉(zhuǎn)運
動，第一個編碼器與機架回轉(zhuǎn)軸同軸安裝，用于檢測和控制回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)角度；伺服 電機18驅(qū)動蝸輪蝸桿副，通過齒盤19使固定在齒盤上的關(guān)節(jié)臂繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 利用蝸輪蝸桿副的自鎖能力使關(guān)節(jié)臂靜止時能保持其位置，通過與關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸同軸 安裝的編碼器可以檢測和控制關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)角度，手臂自重平衡彈簧20 —端固定于 前一級手臂回轉(zhuǎn)軸上，另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭 穿過鋼繩槽上的小孔固定在齒盤上，手臂自重平衡彈簧的張力可以調(diào)節(jié)，用以平衡 由于手臂自重而作用于手臂回轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩。關(guān)節(jié)臂轉(zhuǎn)動時， 一個彈簧張緊，起到 平衡作用，而另一個彈簧放松，這樣保證關(guān)節(jié)臂兩個方向轉(zhuǎn)動時都有平衡作用，這 樣使得驅(qū)動關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)的伺服電機功率顯著降低，并提高了關(guān)節(jié)臂的動作速度；各 關(guān)節(jié)分另抽各相關(guān)的驅(qū)動電機經(jīng)相關(guān)的蝸輪蝸桿副和齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動，各級關(guān)節(jié) 臂的編碼器與其同級的齒盤同軸安裝，用于檢觀U和控制各級關(guān)節(jié)臂的回轉(zhuǎn)角度，每 個關(guān)節(jié)臂上設(shè)置兩個手臂自重平衡彈簧。步進電機經(jīng)減速箱驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)軸21，使 固定于手腕回轉(zhuǎn)軸上的手腕回轉(zhuǎn)，禾,步進電機停止時具有保持轉(zhuǎn)矩的特性使手腕 的靜止位置得以保持，與手腕回轉(zhuǎn)軸同軸安裝的編碼器可以控制手腕旋轉(zhuǎn)角度。
權(quán)利要求1.一種關(guān)節(jié)型搬運機器人，包括驅(qū)動電機、編碼器、底座、機架、機架回轉(zhuǎn)軸、自重平衡彈簧、鋼繩、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪，其特征在于搬運機器人還有蝸輪蝸桿副、齒盤、齒輪傳動機構(gòu)；所述機架為具有3—5個關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)機架，每一個關(guān)節(jié)有一個關(guān)節(jié)臂，一個關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸；所述驅(qū)動電機為驅(qū)動各關(guān)節(jié)臂的伺服電機及驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)軸的步進電機；所述編碼器、蝸輪蝸桿副、齒盤、齒輪傳動機構(gòu)，其數(shù)量均與關(guān)節(jié)的數(shù)量相同；所述自重平衡彈簧及鋼索，其數(shù)量為每一關(guān)節(jié)臂兩個；其連接關(guān)系為機架回轉(zhuǎn)軸與機架剛性連接并置于底座上；機架回轉(zhuǎn)軸伺服電機經(jīng)軸連接第一級蝸輪蝸桿副，通過第一級齒輪傳動機構(gòu)與機架回轉(zhuǎn)軸連接；機架由各級關(guān)節(jié)臂通過其底部的齒盤與前一級關(guān)節(jié)臂末端的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸相連接；各級關(guān)節(jié)臂的伺服電機經(jīng)軸與蝸輪蝸桿副連接，并通過與蝸輪同軸的驅(qū)動齒驅(qū)動齒盤，各齒盤與同級的編碼器同軸相連；第一節(jié)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于機架回轉(zhuǎn)軸上，另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭穿過鋼繩槽上的小孔固定在齒盤上，其余每一級關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于前一級關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸上，另一端的連接方法與第一級關(guān)節(jié)臂的相同；末節(jié)關(guān)節(jié)臂經(jīng)末級關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、末級傳動齒輪、末級蝸輪蝸桿副與步進電機一端相連，步進電機另一端經(jīng)軸與手腕回轉(zhuǎn)軸相連，手腕回轉(zhuǎn)軸與裝有手爪驅(qū)動伺服電機的電機架剛性連接。
專利摘要本實用新型提供了一種關(guān)節(jié)型搬運機器人。它包括驅(qū)動電機、編碼器、底座、機架回轉(zhuǎn)軸、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪等。機架由3-5個關(guān)節(jié)組成、每一關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)臂、關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸、蝸輪蝸桿副、齒盤、手臂自重平衡彈簧、鋼繩、驅(qū)動電機。驅(qū)動電機驅(qū)動蝸輪蝸桿副，通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動機架回轉(zhuǎn)軸和各級關(guān)節(jié)臂、手腕回轉(zhuǎn)軸及手爪。本機器人末端執(zhí)行器位置控制算法簡單、控制容易，對驅(qū)動電機的功率要求不高，碼垛和拆垛速度快，且不會產(chǎn)生關(guān)節(jié)反向轉(zhuǎn)動的情況，適用于自動化物流系統(tǒng)中碼垛和拆垛。
文檔編號B25J19/00GK201198136SQ20082008121
公開日2009年2月25日 申請日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者帆 晉, 鄢大鵬 申請人:昆明理工大學(xué)