專利名稱：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人，特別是其主要運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用直線元件驅(qū)動(dòng)，形成并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前成熟的碼垛機(jī)器人有以下幾個(gè)系列，德國(guó)的KUKA系列、瑞典的ABB系列和日本的FANUC、OKURA、FUJI系列。以上所提及的這幾個(gè)系列的碼垛機(jī)器人幾乎占據(jù)了全球的市場(chǎng)份額。這些常用的碼垛機(jī)器人從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上可以分成兩大類。一種是以ABB公司的 IRB660為代表的傳統(tǒng)關(guān)節(jié)型機(jī)器人，這種機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)通過(guò)減速器與電機(jī)連接，構(gòu)成所謂串聯(lián)型機(jī)器人。另一種是以FUJI公司研制的Ace系列為代表的，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)用了平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)采用滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌這類直線驅(qū)動(dòng)元件，依靠機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的水平與豎直的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器合成運(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上科研人員也發(fā)明了平行四邊形機(jī)構(gòu)的碼垛機(jī)器人，相關(guān)的中國(guó)專利有CN200610113034. 7B , CN200610113040. 2A，CN200520020980. 8。這些發(fā)明技術(shù)的共同特點(diǎn)都采用了滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌這類直線驅(qū)動(dòng)元件，并用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，但機(jī)構(gòu)的構(gòu)型各異。中國(guó)專利CN200610113034. 7B公開(kāi)的機(jī)器人由絲桿螺母直線驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成二個(gè)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)支撐大臂和小臂，其不足的是，由于絲桿工作時(shí)處于受壓狀態(tài)，當(dāng)載荷較大時(shí)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可能產(chǎn)生不穩(wěn)定。中國(guó)專利CN200610113040. 2A，CN200520020980. 8公開(kāi)的機(jī)器人中，其二自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均由一個(gè)水平方向直線驅(qū)動(dòng)單元和一個(gè)垂直方向直線驅(qū)動(dòng)單元組合而成。其不足之處主要有當(dāng)水平方向直線驅(qū)動(dòng)單元與大臂處于大夾角時(shí)，直線驅(qū)動(dòng)單元受力過(guò)大，但又不能通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)方向?qū)嵤┱{(diào)節(jié)；垂直方向直線驅(qū)動(dòng)需要靠垂直方向?qū)к墝?dǎo)向，增加了機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度，重要的是其運(yùn)動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)方向并不一致，不符合有效力的傳遞方式和原則。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在上述機(jī)器人構(gòu)型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化機(jī)構(gòu)的受力方式，并使得制造成本更低，結(jié)構(gòu)更緊湊，更加節(jié)省能量消耗的高速重載的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是搬運(yùn)碼垛機(jī)器人包括底座，設(shè)在底座上的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，設(shè)在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的由下方大臂、下方小臂、上方大臂、上方小臂組成的大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)、與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、與手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的手腕。在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上設(shè)有傾斜導(dǎo)軌，在該傾斜導(dǎo)軌上設(shè)有由直線驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)的滑塊，所述滑塊與手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)的下方大臂下端的固定連接件活動(dòng)連接；大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂的下端與一直線驅(qū)動(dòng)元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動(dòng)元件的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接。
以上所述的傾斜導(dǎo)軌可與水平方向形成β夾角，其大小為0° < / < 60°。本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)元件可為電機(jī)一絲桿螺母機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)元件可為液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)元件也可為氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的工作原理是搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的大臂，大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手臂組成的連桿機(jī)構(gòu)，在滑塊和直線驅(qū)動(dòng)元件的共同驅(qū)動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)手腕的前后移動(dòng)和上下舉升。在手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)組成的連桿機(jī)構(gòu)的共同作用，保持手腕端面始終為水平?？衫@豎直方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架和可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的手腕則驅(qū)動(dòng)機(jī)器人水平旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抓取重物后在水平面內(nèi)的移動(dòng)。為改善搬運(yùn)碼垛機(jī)器人大臂的受力結(jié)構(gòu)，將安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滑塊，通過(guò)導(dǎo)軌使之與水平方向保持β大小角度關(guān)系，并受到直線驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)。β角度大小范圍可設(shè)計(jì)定為0°<盧<60°之間某個(gè)值，根據(jù)機(jī)器人的活動(dòng)范圍大小、搬運(yùn)載荷的大小等條件，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算分析可確定一個(gè)最佳盧角。將進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的直線驅(qū)動(dòng)元件與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂的下端設(shè)計(jì)為同軸安裝，直線驅(qū)動(dòng)元件的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接，這樣使桿件受力在一條直線上，驅(qū)動(dòng)力傳遞效率最高，而且直線驅(qū)動(dòng)元件在整個(gè)工作過(guò)程中始終為受拉的狀態(tài)，符合桿件合理受力方式。上述直線驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)移動(dòng)載荷的重量大小、速度、移動(dòng)精度等技術(shù)參數(shù)不同，其直線驅(qū)動(dòng)元件可以采用伺服電機(jī)一絲桿螺母機(jī)構(gòu)，也可采用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)安裝在在旋轉(zhuǎn)機(jī)架的傾斜導(dǎo)軌上的滑塊與進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的與上方大臂的下端同軸安裝的直線驅(qū)動(dòng)元件，共同發(fā)生直線伺服驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)桿件的約束作用，使得手腕獲得希望的工作移動(dòng)。移動(dòng)的點(diǎn)位置、軌跡、速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)取決于滑塊和該直線驅(qū)動(dòng)元件的伺服運(yùn)動(dòng)控制，可借助計(jì)算機(jī)軟硬件實(shí)施。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2為本發(fā)明的構(gòu)造示意圖3為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)架與驅(qū)動(dòng)裝置的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖I、圖2、圖3所示，本發(fā)明搬運(yùn)碼垛機(jī)器人包括底座16，安裝在底座16上的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架9，安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架9上的由下方大臂2、下方小臂17、上方大臂3、上方小臂18組成的大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)4、手臂5、 與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)4連接的手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)6、與手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)6連接的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的手腕7。在旋轉(zhuǎn)機(jī)架9上加工有傾斜導(dǎo)軌14，在傾斜導(dǎo)軌14上安裝有由直線驅(qū)動(dòng)元件絲杠螺母副15驅(qū)動(dòng)的滑塊8。所述滑塊8與手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)4的下方大臂2的下端的固定連接件19的下端活動(dòng)連接；大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂3的下端與直線驅(qū)動(dòng)元件絲杠螺母副I的上端同軸安裝，直線驅(qū)動(dòng)元件絲杠螺母副I的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架9連接，
為改善機(jī)器人下方大臂2的受力結(jié)構(gòu)，將安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架9上的進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滑塊8，通過(guò)傾斜導(dǎo)軌14，使之與水平方向保持盧大小角度關(guān)系，并受到直線驅(qū)動(dòng)元件的控制驅(qū)動(dòng)。傾斜導(dǎo)軌14的β角度大小范圍可設(shè)計(jì)定為0° < / < 60°之間某個(gè)值，可根據(jù)具體機(jī)器人的活動(dòng)范圍大小、搬運(yùn)載荷的大小等條件，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算分析設(shè)置最佳盧角。本實(shí)施例β為30°。手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)4的下方大臂2的的固定連接件19 的下端用帶軸承的旋轉(zhuǎn)鉸軸與滑塊8連接，保證連接強(qiáng)度和剛性?；瑝K8通過(guò)絲桿螺母副 15進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)，而絲桿螺母副15的絲桿則通過(guò)同步皮帶13、皮帶輪11、皮帶輪12與伺服電機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)這個(gè)方向的伺服控制驅(qū)動(dòng)。將進(jìn)行直線驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的絲桿螺母副I與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂3設(shè)計(jì)為同軸線安裝，且絲桿螺母副I的絲杠的一端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架9連接，絲桿螺母副I的螺母與大臂平等四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂3 固定連接，絲桿的另一端由伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)螺母直線運(yùn)動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的絲桿構(gòu)件受力在一條直線上，驅(qū)動(dòng)力傳遞效率最高，而且絲桿在整個(gè)工作過(guò)程中始終為受拉的狀態(tài)，符合桿件合理受力方式。在驅(qū)動(dòng)滑塊8的絲桿螺母副15和絲桿螺母副I共同發(fā)生直線伺服驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)桿件的約束作用，使得手腕7獲得希望的工作移動(dòng)。移動(dòng)的點(diǎn)位置、軌跡、速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)取決于驅(qū)動(dòng)滑塊8的絲桿螺母副15和絲桿螺母副I的伺服運(yùn)動(dòng)控制，可借助計(jì)算機(jī)軟硬件實(shí)施。也可用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或者氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)代替絲桿螺母副 15和絲桿螺母副1，可獲得能實(shí)現(xiàn)順序點(diǎn)位控制的機(jī)器人。
權(quán)利要求
1.搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，包括底座，設(shè)在底座上的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，設(shè)在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的由下方大臂、下方小臂、上方大臂、上方小臂組成的大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)、與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、與手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的手腕，其特征在于在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上設(shè)有傾斜導(dǎo)軌，在該傾斜導(dǎo)軌上設(shè)有由直線驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)的滑塊， 所述滑塊與手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)的下方大臂下端的固定連接件活動(dòng)連接；大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂的下端與一直線驅(qū)動(dòng)元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動(dòng)元件的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，其特征在于傾斜導(dǎo)軌與水平方向形成β 夾角，其大小為0°< β <60°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，其特征在于所述直線驅(qū)動(dòng)元件為電機(jī)一絲桿螺母機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，其特征在于所述直線驅(qū)動(dòng)元件為液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，其特征在于所述直線驅(qū)動(dòng)元件為氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，其包括底座，設(shè)在底座上的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，設(shè)在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)，手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)、與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)和手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)、與手臂平行四邊形機(jī)構(gòu)連接的手腕，在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上設(shè)有傾斜導(dǎo)軌，在該傾斜導(dǎo)軌上設(shè)有由直線驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)的滑塊，所述滑塊與手腕水平姿態(tài)保持平行四邊形機(jī)構(gòu)的下方大臂下端的固定連接件活動(dòng)連接；大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂的下端與一直線驅(qū)動(dòng)元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動(dòng)元件的下端通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接。本發(fā)明簡(jiǎn)化了機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了機(jī)構(gòu)的受力方式，因而結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省能量消耗，制造成本低。
文檔編號(hào)B65G61/00GK102602708SQ20121008200
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者曾岳南, 李鍛能, 章云 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)