一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，包括基座、腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂、機(jī)械手腕和機(jī)械抓手，所述腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在基座上，可繞其中心旋轉(zhuǎn)，所述機(jī)械臂的大臂端通過垂直單元和水平單元設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其小臂端通過機(jī)械手腕與機(jī)械抓手連接；所述機(jī)械臂的大臂端還連接有背拉式氣缸。本實(shí)用新型多采用模塊化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的受力方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)等級(jí)高、運(yùn)動(dòng)慣量小的優(yōu)點(diǎn)，特別設(shè)置背拉式氣缸，機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)性能好，能較好滿足碼垛需求。
【專利說明】一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化機(jī)器人領(lǐng)域，涉及一種用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的物流自動(dòng)化設(shè)備，特別是一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)化機(jī)器人在碼垛、涂膠、點(diǎn)焊、弧焊、噴涂、搬運(yùn)、測(cè)量等行業(yè)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。自從日本將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于碼垛工藝以來，碼垛機(jī)器人的研究獲得了飛速發(fā)展，同時(shí)，碼垛機(jī)器人占地面積小，能夠同時(shí)處理多種物料垛碼，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率等諸多原因，越來越受到廣大用戶的青睞。
[0003]目前，公知的碼垛機(jī)器人從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上、自由度的構(gòu)成方法來說主要分為兩大類。一類是以ABB和KUKA為代表的普通式關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)和減速機(jī)直連在關(guān)節(jié)處，多采用直接驅(qū)動(dòng)方式，手臂各段繞其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這類碼垛機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、占地面積小、工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在各關(guān)節(jié)處，導(dǎo)致機(jī)器人手臂重量大、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積，輸出轉(zhuǎn)矩大等問題。另一類是以日本不二公司為代表的平行四邊形連桿式關(guān)節(jié)機(jī)器人，采用平行四邊形連桿(縮放)機(jī)構(gòu)，利用滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副相配合的驅(qū)動(dòng)元件，用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，且都安裝在手臂的根部，是一種間接驅(qū)動(dòng)方式。這類機(jī)器人使得坐標(biāo)運(yùn)算變得簡(jiǎn)單，但由于這種臂部機(jī)構(gòu)形式，會(huì)增大作用于絲桿上的力，當(dāng)載荷變化較大時(shí)，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可能產(chǎn)生不穩(wěn)定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是:提供一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，簡(jiǎn)化了碼垛機(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，運(yùn)動(dòng)慣量小，動(dòng)力學(xué)性能好，能較好滿足碼垛需求。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，包括基座1、腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、機(jī)械臂4、機(jī)械手腕5和機(jī)械抓手6，所述腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3安裝在基座I上，可繞其中心旋轉(zhuǎn)，所述機(jī)械臂4的大臂端通過垂直單元12和水平單元13設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其小臂端通過機(jī)械手腕5與機(jī)械抓手6連接；所述機(jī)械臂4的大臂端還連接有背拉式氣缸2。
[0006]進(jìn)一步的，所述機(jī)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組成平行四邊形連桿，所述前大臂9 一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上的水平單元13鉸接，另一端與小臂8鉸接，所述小臂8與機(jī)械手腕5鉸接，所述后大臂10的一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上的垂直單元12鉸接。
[0007]進(jìn)一步的，所述垂直單元12和水平單元13均采用伺服電動(dòng)缸和防塵型滑塊導(dǎo)軌配合，所述前大臂9和后大臂10分別與水平單元13和垂直單元12的滑塊鉸接。
[0008]進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂4還包括腕部方向維持機(jī)構(gòu)7，所述腕部方向維持機(jī)構(gòu)7包括一設(shè)置在前大臂9和小臂8鉸接處的三角連接板16，所述三角連接板16 —側(cè)邊通過第二副桿15與前大臂9組成平行四邊形連桿，三角連接板16的另一側(cè)邊通過第一副桿14與機(jī)械手腕5以及小臂8組成平行四邊形連桿，保證機(jī)械手腕始終處于水平狀態(tài)。
[0009]進(jìn)一步的，所述背拉式氣缸2為兩個(gè)并對(duì)稱設(shè)置在后大臂10兩側(cè)，其一端固定，另一端與后大臂10連接的滑塊鉸接。
[0010]進(jìn)一步的，所有鉸接處均采用銷軸連接，通過自潤(rùn)滑軸承和脹緊套配合連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述背拉式氣缸2始終保持壓縮趨勢(shì)，其有桿腔通過并聯(lián)設(shè)置的減壓閥18和單向閥17連接氣源，無(wú)桿腔連通大氣。
[0012]進(jìn)一步的，所述減壓閥18和單向閥17前后的氣路上分別設(shè)置過濾器20和油霧器21組成氣動(dòng)三聯(lián)件。
[0013]進(jìn)一步的，所述背拉式氣缸2的無(wú)桿腔通過消音器19連通大氣。
[0014]本實(shí)用新型采用平行四邊形連桿式關(guān)節(jié)型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，在水平和垂直的伺服電動(dòng)缸和直線滑塊副共同作用下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械抓手成比例放大的前后移動(dòng)和上下升舉，且前后移動(dòng)和上下升舉兩種運(yùn)動(dòng)互相不干涉，各自獨(dú)立。同時(shí)，在腕部方向維持機(jī)構(gòu)的作用下，可使手腕的的旋轉(zhuǎn)中心線始終維持豎直方向。加上腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大角度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使本碼垛機(jī)器人具有圓柱狀的工作空間。由于機(jī)械臂的特殊幾何結(jié)構(gòu)，作用于水平單元和垂直單元的力，是抓手、貨物和臂自重的重力的好幾倍，為了改善碼垛機(jī)器人的受力狀況，減小受力變形，在垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)單元上，采用模塊化的伺服電動(dòng)缸和防塵型重載滑塊副相配合的工作方式，很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)高精密運(yùn)動(dòng)控制。噪音低，節(jié)能，干凈，高剛性，抗沖擊力，超長(zhǎng)壽命，適用惡劣工作環(huán)境，只需要定期的注脂潤(rùn)滑，并無(wú)易損件需要維護(hù)更換；特別在垂直單元上，采用始終保持壓縮趨勢(shì)的背拉式氣缸來部分抵消由臂架特殊幾何結(jié)構(gòu)而造成的重載荷，降低了垂直單元承受的載荷，相較于加大輸出功率，增加配重等方式降低了設(shè)備的重量，減小了能耗。
[0015]由上所述，本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了機(jī)構(gòu)的受力方式，因而工作效率高，可靠性強(qiáng)，無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，能耗低，效率高。
[0016]以下結(jié)合后附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型涉及的碼垛機(jī)器人的整體示意圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型涉及的碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型中的背拉式氣缸的安裝示意圖A。
[0020]圖4為本實(shí)用新型中的背拉式氣缸的安裝示意圖B。
[0021]圖5為本實(shí)用新型中的背拉式氣缸的氣路原理圖。
[0022]圖中標(biāo)號(hào):1-基座，2-背拉式氣缸,3-腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),4-機(jī)械臂,5-機(jī)械手腕，6-機(jī)械抓手，7-腕部方向維持機(jī)構(gòu)，8-小臂，9-前大臂，10-后大臂，11-短臂，12-垂直單元，13-水平單元，14-第一副桿，15-第二副桿，16-三角連接板，17-單向閥，18-減壓閥，19-消音器，20-過濾器，21-油霧器。

【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例
[0024]參見圖1，圖示中的碼垛機(jī)器人，包括基座1、腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、機(jī)械臂4、機(jī)械手腕5和機(jī)械抓手6，腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3安裝在基座I上，可繞其中心旋轉(zhuǎn)，機(jī)械臂4的大臂端通過垂直單元12和水平單元13設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其小臂端通過機(jī)械手腕5與機(jī)械抓手6連接；機(jī)械臂4的大臂端還連接有背拉式氣缸2。
[0025]具體參見圖2，機(jī)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組成平行四邊形連桿ABGI，前大臂9 一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上的水平單元13鉸接在A節(jié)點(diǎn)，另一端與小臂8鉸接在B節(jié)點(diǎn)，小臂8與機(jī)械手腕5鉸接在C節(jié)點(diǎn)，后大臂10的一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上的垂直單元12鉸接，圖示中為了便于垂直單元安裝，后大臂10的末端延伸出一段至J節(jié)點(diǎn)與垂直單元鉸接。機(jī)械臂4上的腕部方向維持機(jī)構(gòu)7包括一設(shè)置在前大臂9和小臂8鉸接處的三角連接板16 Δ EFB,三角連接板16一側(cè)邊BF通過第二副桿15與前大臂9組成平行四邊形連桿BFHA，三角連接板16的另一側(cè)邊BF通過第一副桿14與機(jī)械手腕5以及小臂8組成平行四邊形連桿BEDC，通過平行四邊形ABG1、BEDC和BFHA的配合，通過調(diào)節(jié)副桿的長(zhǎng)度，使手腕中心線始終豎直向下，保證機(jī)械手腕始終處于水平狀態(tài)，使其姿態(tài)易于控制。此四自由度直線移動(dòng)關(guān)節(jié)與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組合式串并聯(lián)機(jī)器人，采用閉合的平行四邊形機(jī)構(gòu)，在水平和垂直面內(nèi)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)解耦，且機(jī)構(gòu)的剛度大、變形小、承載能力大。該機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3和機(jī)械手腕5的回轉(zhuǎn)，兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)為水平和垂直方向上經(jīng)伺服電動(dòng)缸的活塞移動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)前大臂9、后大臂10在垂直面內(nèi)上下擺動(dòng)，并分別控制末端執(zhí)行器沿水平方向伸展和垂直方向俯仰。各臂桿的驅(qū)動(dòng)安裝在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上，很好地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。其中水平和垂直滑塊的移動(dòng)使臂桿在垂直平面內(nèi)形成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，然后再與腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、小臂8以及腕部5構(gòu)成串聯(lián)機(jī)構(gòu)，形成整體串并聯(lián)的混聯(lián)放大機(jī)構(gòu)。
[0026]垂直單元12和水平單元13均采用伺服電動(dòng)缸和防塵型滑塊導(dǎo)軌配合，前大臂9和后大臂10分別與水平單元13和垂直單元12的滑塊鉸接。為了改善碼垛機(jī)器人的受力狀況，減小受力變形，在直線運(yùn)動(dòng)單元上，采用伺服電動(dòng)缸和超重負(fù)荷滾動(dòng)滑塊副相配合的工作方式。所有鉸接處均采用銷軸連接，通過自潤(rùn)滑軸承和脹緊套配合連接。在垂直單元上，采用背拉式氣缸2的作用，對(duì)垂直單元可產(chǎn)生一個(gè)向下的拉力，因此能部分抵消由臂架特殊幾何結(jié)構(gòu)而施加在垂直單元的重載荷，降低了垂直單元承受的載荷。
[0027]具體結(jié)合參見圖3和圖4,背拉式氣缸2為兩個(gè)并對(duì)稱設(shè)置在后大臂10兩側(cè),其一端固定，另一端與后大臂10連接的滑塊鉸接。
[0028]參見圖5，背拉式氣缸2始終保持壓縮趨勢(shì)，其有桿腔通過并聯(lián)設(shè)置的減壓閥18和單向閥17連接氣源，背拉式氣缸2的無(wú)桿腔通過消音器19連通大氣，碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，背拉式氣缸的有桿腔通過減壓閥始終通入恒定壓力的氣流，通過向下的拉力減輕機(jī)械手抓取的貨物對(duì)機(jī)械臂抵消一部分向上的力，減輕機(jī)械臂垂直單元承受的載荷。具體的，垂直單元上升過程中，背拉式氣缸被動(dòng)拉伸，其有桿腔內(nèi)的實(shí)際壓力超過氣源的恒定壓力，氣流被迫從有桿腔經(jīng)單向閥17向壓縮氣罐內(nèi)排出，壓力進(jìn)一步增大的話，另一部分壓力氣體從減壓閥18的溢流口排出；當(dāng)垂直單元下降時(shí)，背拉式氣缸無(wú)桿腔內(nèi)的氣流壓縮，其內(nèi)部的氣體經(jīng)消音器19緩慢排出，起到氣動(dòng)緩沖減載的作用。
[0029]優(yōu)選的，可在減壓閥18和單向閥17前后的氣路上分別設(shè)置過濾器20和油霧器21
組成氣動(dòng)三聯(lián)件。
[0030]上述為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式和細(xì)節(jié)上對(duì)本實(shí)用新型所作出的各種變化，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，包括基座(I)、腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)、機(jī)械臂(4)、機(jī)械手腕(5)和機(jī)械抓手￠)，其特征在于:所述腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)安裝在基座(I)上，可繞其中心旋轉(zhuǎn)，所述機(jī)械臂(4)的大臂端通過垂直單元(12)和水平單元(13)設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其小臂端通過機(jī)械手腕(5)與機(jī)械抓手(6)連接；所述機(jī)械臂(4)的大臂端還連接有背拉式氣缸(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述機(jī)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)組成平行四邊形連桿，所述前大臂(9)一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上的水平單元(13)鉸接，另一端與小臂⑶鉸接，所述小臂⑶與機(jī)械手腕(5)鉸接，所述后大臂(10)的一端與設(shè)置在腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上的垂直單元(12)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述垂直單元(12)和水平單元(13)均采用伺服電動(dòng)缸和防塵型滑塊導(dǎo)軌配合，所述前大臂(9)和后大臂(10)分別與水平單元(13)和垂直單元(12)的滑塊鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述機(jī)械臂(4)還包括腕部方向維持機(jī)構(gòu)(7)，所述腕部方向維持機(jī)構(gòu)(7)包括一設(shè)置在前大臂(9)和小臂(8)鉸接處的三角連接板(16)，所述三角連接板(16)—側(cè)邊通過第二副桿(15)與前大臂(9)組成平行四邊形連桿，三角連接板(16)的另一側(cè)邊通過第一副桿(14)與機(jī)械手腕(5)以及小臂(8)組成平行四邊形連桿，保證機(jī)械手腕始終處于水平狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述背拉式氣缸(2)為兩個(gè)并對(duì)稱設(shè)置在后大臂(10)兩側(cè)，其一端固定，另一端與后大臂(10)連接的滑塊絞接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所有鉸接處均采用銷軸連接，通過自潤(rùn)滑軸承和脹緊套配合連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述背拉式氣缸(2)始終保持壓縮趨勢(shì)，其有桿腔通過并聯(lián)設(shè)置的減壓閥(18)和單向閥(17)連接氣源，無(wú)桿腔連通大氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述減壓閥(18)和單向閥(17)前后的氣路上分別設(shè)置過濾器(20)和油霧器(21)組成氣動(dòng)三聯(lián)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種由氣缸減載的碼垛機(jī)器人，其特征在于:所述背拉式氣缸(2)的無(wú)桿腔通過消音器(19)連通大氣。
【文檔編號(hào)】B65G61/00GK203998146SQ201420453055
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】嚴(yán)宏志, 于偉, 王虎, 韓奉林, 母福生, 朱翰成, 陳小立, 葉輝, 陳新宇, 溫廣旭, 黎超, 趙聰, 黃國(guó)兵 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司