專利名稱：一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機器人領(lǐng)域，特別是一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機。
背景技術(shù)：
碼垛機器人廣泛應(yīng)用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、搬運 碼垛、集裝箱等的自動搬運作業(yè)當(dāng)中?，F(xiàn)有的碼垛機器人主要有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型以 及關(guān)節(jié)型三種結(jié)構(gòu)類型。其中關(guān)節(jié)型碼垛機器人因其機構(gòu)緊湊、動作靈活、占地面積小、工 作空間大等優(yōu)點，已逐步成為碼垛機器人最主要的結(jié)構(gòu)形式。但這類傳統(tǒng)開鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu) 的碼垛機器人的驅(qū)動電機都需要安裝在關(guān)節(jié)處，導(dǎo)致機器人手臂重量大、剛性差、慣量大、 關(guān)節(jié)誤差累積等問題，機構(gòu)動力學(xué)性能較差，難以滿足高速重載搬運碼垛的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機，所有驅(qū)動電機都安裝 在機架上，能解決傳統(tǒng)開鏈?zhǔn)酱?lián)碼垛機器人的電機安裝在其鉸鏈處，導(dǎo)致的手臂笨重、剛 性差、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積等問題，機器人具有較好動力學(xué)性能，能較好滿足高速重載搬 運碼垛的要求。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機，包 括大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈、姿態(tài)保持支鏈、末端執(zhí)行器以及機架。所述 機架安裝在回轉(zhuǎn)平臺上，實現(xiàn)整個機器人空間四活動度的搬運碼垛工作。
所述大臂擺動支鏈由大臂、中臂、小臂以及機架組成，大臂一端通過第一轉(zhuǎn)動副連 接到機架上，所述中臂為折桿，中間彎折部分有第二轉(zhuǎn)動副，大臂另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與 中臂連接，所述中臂一端通過第二轉(zhuǎn)動副與大臂連接，所述小臂為折桿，中間彎折部分有第 三轉(zhuǎn)動副，中臂另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與小臂連接，所述小臂一端通過第三轉(zhuǎn)動副與中臂 連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副與末端執(zhí)行器連接，所述大臂為第一主動桿，由第一伺服電機 驅(qū)動。
所述中臂擺動支鏈由第二主動桿、第一連桿、中臂以及機架組成，第二主動桿一端 通過第五轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第六轉(zhuǎn)動副與第一連桿連接，第一連桿一端通 過第六轉(zhuǎn)動副與第二主動桿連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與中臂連接，所述第二主動桿由 第二伺服電機驅(qū)動。
所述小臂擺動支鏈由第三主動桿、第二連桿、支撐架、第三連桿、小臂以及機架組 成，第三主動桿一端通過第八轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第二連桿連 接，所述支撐架上面有三個鉸孔，通過第十轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，通過第十一轉(zhuǎn)動副與第 三連桿連接，通過第十二轉(zhuǎn)動副與中臂連接，第三連桿一端通過十一轉(zhuǎn)動副與支撐架連接， 另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與小臂連接，所述第三主動桿由第三伺服電機驅(qū)動。
所述姿態(tài)保持支鏈由第四連桿、第一姿態(tài)保持架、第五連桿、第二姿態(tài)保持架、第 六連桿組成，所述第四連桿一端通過第十四轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與第一姿態(tài)保持架連接，所述第一姿態(tài)保持架上面有三個鉸孔，通過第十五轉(zhuǎn)動副與第 四連桿連接，通過第二轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十六轉(zhuǎn)動副與第五連桿連接，所 述第五連桿一端通過第十六轉(zhuǎn)動副與第一姿態(tài)保持架連接，另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與第 二姿態(tài)保持架連接，所述第二姿態(tài)保持架上面有三個鉸孔，通過第十七轉(zhuǎn)動副與第五連桿 連接，通過第三轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十八轉(zhuǎn)動副與第六連桿連接，所述第六 連桿一端通過第十八轉(zhuǎn)動副與第二姿態(tài)保持架連接，另一端通過第十九轉(zhuǎn)動副與末端執(zhí)行 器連接，所述第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副、第十四轉(zhuǎn)動副、第十五轉(zhuǎn)動副在機器人工作過程中 組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)動副、第三轉(zhuǎn)動副、第十六轉(zhuǎn)動副、第十七轉(zhuǎn) 動副在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、 第十八轉(zhuǎn)動副、第十九轉(zhuǎn)動副在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)。
所述末端執(zhí)行器上部通過第四轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十九轉(zhuǎn)動副與 姿態(tài)保持支鏈的第六連桿連接，末端執(zhí)行器下部通過軸線方向豎直的第二十轉(zhuǎn)動副與電磁 夾緊裝置連接。
所述機架上安裝有第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機。機架安裝在回轉(zhuǎn) 平臺上，實現(xiàn)整個機器人大工作空間的搬運碼垛工作。
本發(fā)明的突出優(yōu)點在于
1、通過大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈的組合運動輸出，能實現(xiàn)較大 工作空間的搬運碼垛作業(yè)，且軌跡靈活多變，機器人具有較強柔性化輸出的能力；
2、此碼垛機構(gòu)主動件驅(qū)動方式靈活多變，可選用伺服電機驅(qū)動，不僅環(huán)保，而且易 于實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，降低工人勞動強度；
3、所有伺服電機均安裝在機架上，桿件做成輕桿，機器人運動慣量小，動力學(xué)性能 好，能較好滿足高速重載搬運碼垛的要求。


圖1為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的大臂擺動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的中臂擺動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的小臂擺動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的姿態(tài)保持支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機安裝在回轉(zhuǎn)平臺上的第一種工 作狀態(tài)示意圖。
圖8為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機安裝在回轉(zhuǎn)平臺上的第二種工 作狀態(tài)示意圖。
圖9為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機安裝在回轉(zhuǎn)平臺上的第三種工 作狀態(tài)示意圖。
圖10為本發(fā)明所述大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機安裝在回轉(zhuǎn)平臺上的第四種工 作狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
對照圖1、7、8、9和10，一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機，包括大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈、姿態(tài)保持支鏈、末端執(zhí)行器以及機架。所述機架安裝在回轉(zhuǎn)平臺上，實現(xiàn)整個機器人大工作空間的搬運碼垛工作。
對照圖1、2，所述大臂擺動支鏈由大臂2、中臂4、小臂6以及機架35組成，大臂2 一端通過第一轉(zhuǎn)動副I連接到機架35上，所述中臂4為折桿，中間彎折部分有第二轉(zhuǎn)動副 3，大臂2另一端通過第二轉(zhuǎn)動副3與中臂4連接，所述中臂4 一端通過第二轉(zhuǎn)動副3與大臂2連接，所述小臂6為折桿，中間彎折部分有第三轉(zhuǎn)動副5，中臂4另一端通過第三轉(zhuǎn)動副 5與小臂6連接，所述小臂6 —端通過第三轉(zhuǎn)動副5與中臂4連接，另一端通過第四轉(zhuǎn)動副 7與末端執(zhí)行器8連接，所述大臂2為第一主動桿，由第一伺服電機37驅(qū)動。
對照圖1、3，所述中臂擺動支鏈由第二主動桿21、第一連桿23、中臂4以及機架35 組成，第二主動桿21 —端通過第五轉(zhuǎn)動副20連接到機架35上，另一端通過第六轉(zhuǎn)動副22 與第一連桿23連接，第一連桿23 —端通過第六轉(zhuǎn)動副22與第二主動桿21連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副24與中臂4連接，所述第二主動桿21由第二伺服電機38驅(qū)動。
對照圖1、4，所述小臂擺動支鏈由第三主動桿26、第二連桿28、支撐架31、第三連桿33、小臂6以及機架35組成，第三主動桿26 —端通過第八轉(zhuǎn)動副25連接到機架35上， 另一端通過第九轉(zhuǎn)動副27與第二連桿28連接，所述支撐架31上面有三個鉸孔，通過第十轉(zhuǎn)動副29與第二連桿28連接，通過第i^一轉(zhuǎn)動副32與第三連桿33連接，通過第十二轉(zhuǎn)動副30與中臂4連接，第三連桿33 —端通過i^一轉(zhuǎn)動副32與支撐架31連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副34與小臂6連接，所述第三主動桿26由第三伺服電機39驅(qū)動。
對照圖1、2和5，所述姿態(tài)保持支鏈由第四連桿18、第一姿態(tài)保持架16、第五連桿14、第二姿態(tài)保持架12、第六連桿10組成，所述第四連桿18 —端通過第十四轉(zhuǎn)動副19連接到機架35上，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副17與第一姿態(tài)保持架16連接，所述第一姿態(tài)保持16架上面有三個鉸孔，通過第十五轉(zhuǎn)動副17與第四連桿18連接，通過第二轉(zhuǎn)動副3與大臂擺動支鏈連接，通過第十六轉(zhuǎn)動副15與第五連桿14連接，所述第五連桿14 一端通過第十六轉(zhuǎn)動副15與第一姿態(tài)保持架16連接，另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副13與第二姿態(tài)保持架12連接，所述第二姿態(tài)保持架12上面有三個鉸孔，通過第十七轉(zhuǎn)動副13與第五連桿14 連接，通過第三轉(zhuǎn)動副5與大臂擺動支鏈連接，通過第十八轉(zhuǎn)動副11與第六連桿10連接， 所述第六連桿10 —端通過第十八轉(zhuǎn)動副11與第二姿態(tài)保持架12連接，另一端通過第十九轉(zhuǎn)動副9與末端執(zhí)行器8連接，所述第一轉(zhuǎn)動副1、第二轉(zhuǎn)動副3、第十四轉(zhuǎn)動副19、第十五轉(zhuǎn)動副17在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)動副3、第三轉(zhuǎn)動副5、第十六轉(zhuǎn)動副15、第十七轉(zhuǎn)動副13在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第三轉(zhuǎn)動副5、第四轉(zhuǎn)動副7、第十八轉(zhuǎn)動副11、第十九轉(zhuǎn)動副9在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)。
對照圖1、2、4、5和6，所述末端執(zhí)行器8上部通過第四轉(zhuǎn)動副7與大臂擺動支鏈連接，通過第十九轉(zhuǎn)動副9與姿態(tài)保持支鏈的第六連桿10連接，末端執(zhí)行器8下部通過軸線方向豎直的第二十轉(zhuǎn)動副40與電磁夾緊裝置連接。
對照圖2、3和4 ，所述機架35上安裝有第一伺服電機37、第二伺服電機38以及第三伺服電機39。機架安裝在回轉(zhuǎn)平臺36上，實現(xiàn)整個機器人大工作空間的搬運碼垛工作。
對照圖7、8、9和10，機器人工作時，通過可控連桿機構(gòu)和四桿機構(gòu)的組合運動輸 出，能實現(xiàn)軌跡靈活多變、工作空間較大的搬運碼垛作業(yè)。當(dāng)末端執(zhí)行器8運動到物件處 時，通過大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈、姿態(tài)保持支鏈的組合運動，同時配合 回轉(zhuǎn)平臺36的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)機器人抓取、搬運、卸料的搬運碼垛作業(yè)。在工作過程中，姿 態(tài)保持支鏈的三組平行四邊形結(jié)構(gòu)能保證末端執(zhí)行器8始終保持水平狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機，包括大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈、姿態(tài)保持支鏈、末端執(zhí)行器以及機架，其特征在于，其結(jié)構(gòu)和連接方式為所述大臂擺動支鏈由大臂、中臂、小臂以及機架組成，大臂一端通過第一轉(zhuǎn)動副連接到機架上，所述中臂為折桿，中間彎折部分有第二轉(zhuǎn)動副，大臂另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與中臂連接，所述中臂一端通過第二轉(zhuǎn)動副與大臂連接，所述小臂為折桿，中間彎折部分有第三轉(zhuǎn)動副，中臂另一端通過第三轉(zhuǎn)動副與小臂連接，所述小臂一端通過第三轉(zhuǎn)動副與中臂連接， 另一端通過第四轉(zhuǎn)動副與末端執(zhí)行器連接，所述大臂為第一主動桿，由第一伺服電機驅(qū)動， 所述中臂擺動支鏈由第二主動桿、第一連桿、中臂以及機架組成，第二主動桿一端通過第五轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第六轉(zhuǎn)動副與第一連桿連接，第一連桿一端通過第六轉(zhuǎn)動副與第二主動桿連接，另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與中臂連接，所述第二主動桿由第二伺服電機驅(qū)動，所述小臂擺動支鏈由第三主動桿、第二連桿、支撐架、第三連桿、小臂以及機架組成，第三主動桿一端通過第八轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，所述支撐架上面有三個鉸孔，通過第十轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，通過第十一轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，通過第十二轉(zhuǎn)動副與中臂連接，第三連桿一端通過十一轉(zhuǎn)動副與支撐架連接，另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與小臂連接，所述第三主動桿由第三伺服電機驅(qū)動，所述姿態(tài)保持支鏈由第四連桿、第一姿態(tài)保持架、第五連桿、第二姿態(tài)保持架、第六連桿組成，所述第四連桿一端通過第十四轉(zhuǎn)動副連接到機架上，另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與第一姿態(tài)保持架連接，所述第一姿態(tài)保持架上面有三個鉸孔，通過第十五轉(zhuǎn)動副與第四連桿連接，通過第二轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十六轉(zhuǎn)動副與第五連桿連接，所述第五連桿一端通過第十六轉(zhuǎn)動副與第一姿態(tài)保持架連接，另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與第二姿態(tài)保持架連接，所述第二姿態(tài)保持架上面有三個鉸孔，通過第十七轉(zhuǎn)動副與第五連桿連接， 通過第三轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十八轉(zhuǎn)動副與第六連桿連接，所述第六連桿一端通過第十八轉(zhuǎn)動副與第二姿態(tài)保持架連接，另一端通過第十九轉(zhuǎn)動副與末端執(zhí)行器連接，所述第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副、第十四轉(zhuǎn)動副、第十五轉(zhuǎn)動副在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)動副、第三轉(zhuǎn)動副、第十六轉(zhuǎn)動副、第十七轉(zhuǎn)動副在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、第十八轉(zhuǎn)動副、第十九轉(zhuǎn)動副在機器人工作過程中組成并始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述末端執(zhí)行器上部通過第四轉(zhuǎn)動副與大臂擺動支鏈連接，通過第十九轉(zhuǎn)動副與姿態(tài)保持支鏈的第六連桿連接，末端執(zhí)行器下部通過軸線方向豎直的第二十轉(zhuǎn)動副與電磁夾緊裝置連接，所述機架上安裝有第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大工作空間可控機構(gòu)式碼垛機，包括大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈、姿態(tài)保持支鏈、末端執(zhí)行器以及機架。機器人通過大臂擺動支鏈、中臂擺動支鏈、小臂擺動支鏈的組合運動完成大工作空間、靈活多變軌跡輸出的搬運碼垛工作。在工作過程中，姿態(tài)保持支鏈的三組平行四邊形結(jié)構(gòu)能保證末端執(zhí)行器始終保持水平狀態(tài)，且所有伺服電機均安裝在機架上，桿件都能做成輕桿，機器人運動慣量小，動力學(xué)性能好，能較好滿足高速重載搬運碼垛的要求。本發(fā)明采用新的連桿機構(gòu)，不僅使搬運碼垛工作空間大，連桿傳動機構(gòu)簡單，改善了各桿受力，更加適用于制造大型碼垛機。
文檔編號B25J9/06GK103056875SQ201210576488
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者蔡敢為, 張金玲, 潘宇晨, 高德中, 王小純 申請人:廣西大學(xué)