專利名稱：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)機(jī)器人，特別是其主要運(yùn)動關(guān)節(jié)采用直線元件驅(qū)動，形成并聯(lián)運(yùn)動機(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)器人有以下幾個系列，德國的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系列的碼垛機(jī)器人幾乎占據(jù)了全球的市場份額。這些常用的碼垛機(jī)器人從結(jié)構(gòu)特點上可以分成兩大類。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)器人的各個關(guān)節(jié)通過減速器與電機(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)動采用滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌這類直線驅(qū)動元件，依靠機(jī)構(gòu)節(jié)點的水平與豎直的運(yùn)動實現(xiàn)末端執(zhí)行器合成運(yùn)動。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)的中國專利有CN200610113034. 7B , CN200610113040. 2A，CN200520020980. 8。這些發(fā)明技術(shù)的共同特點都采用了滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌這類直線驅(qū)動元件，并用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制，但機(jī)構(gòu)的構(gòu)型各異。中國專利CN200610113034. 7B公開的機(jī)器人由絲桿螺母直線驅(qū)動元件構(gòu)成二個曲柄搖塊機(jī)構(gòu)支撐大臂和小臂，其不足的是，由于絲桿工作時處于受壓狀態(tài)，當(dāng)載荷較大時機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可能產(chǎn)生不穩(wěn)定。中國專利CN200610113040. 2A，CN200520020980. 8公開的機(jī)器人中，其二自由度驅(qū)動機(jī)構(gòu)均由一個水平方向直線驅(qū)動單元和一個垂直方向直線驅(qū)動單元組合而成。其不足之處主要有當(dāng)水平方向直線驅(qū)動單元與大臂處于大夾角時，直線驅(qū)動單元受力過大，但又不能通過改變驅(qū)動方向?qū)嵤┱{(diào)節(jié)；垂直方向直線驅(qū)動需要靠垂直方向?qū)к墝?dǎo)向，增加了機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度，重要的是其運(yùn)動方向與驅(qū)動方向并不一致，不符合有效力的傳遞方式和原則。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型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。本實用新型的技術(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)動元件驅(qū)動的滑塊，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)動元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動元件的下端通過旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接。[0006]以上所述的傾斜導(dǎo)軌可與水平方向形成3夾角，其大小為0° < / < 60°。本實用新型的直線驅(qū)動元件可為電機(jī)一絲桿螺母機(jī)構(gòu)。本實用新型的直線驅(qū)動元件可為液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)。本實用新型的直線驅(qū)動元件也可為氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)。本實用新型的工作原理是搬運(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)動元件的共同驅(qū)動作用下，實現(xiàn)手腕的前后移動和上下舉升。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。可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架和可繞豎直方向旋轉(zhuǎn)的手腕則驅(qū)動機(jī)器人水平旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)抓取重物后在水平面內(nèi)的移動。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)動運(yùn)動的滑塊，通過導(dǎo)軌使之與水平方向保持盧大小角度關(guān)系，并受到直線驅(qū)動元件驅(qū)動。艮角度大小范圍可設(shè)計定為0°< < 60°之間某個值，根據(jù)機(jī)器人的活動范圍大小、搬運(yùn)載荷的大小等條件，通過優(yōu)化計算分析可確定一個最佳盧角。將進(jìn)行直線驅(qū)動運(yùn)動的直線驅(qū)動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)計為同軸安裝，直線驅(qū)動元件的下端通過旋轉(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)動力傳遞效率最高，而且直線驅(qū)動元件在整個工作過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)動單元根據(jù)移動載荷的重量大小、速度、移動精度等技術(shù)參數(shù)不同，其直線驅(qū)動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)動運(yùn)動的與上方大臂的下端同軸安裝的直線驅(qū)動元件，共同發(fā)生直線伺服驅(qū)動時，通過運(yùn)動桿件的約束作用，使得手腕獲得希望的工作移動。移動的點位置、軌跡、速度等運(yùn)動參數(shù)取決于滑塊和該直線驅(qū)動元件的伺服運(yùn)動控制，可借助計算機(jī)軟硬件實施。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為本實用新型的構(gòu)造示意圖；圖3為本實用新型的旋轉(zhuǎn)機(jī)架與驅(qū)動裝置的構(gòu)造示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I、圖2、圖3所示，本實用新型搬運(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)動元件絲杠螺母副15驅(qū)動的滑塊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)動元件絲杠螺母副I的上端同軸安裝，直線驅(qū)動元件絲杠螺母副I的下端通過旋轉(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)動運(yùn)動的滑塊8，通過傾斜導(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)動元件的控制驅(qū)動。傾斜導(dǎo)軌14的角度大小范圍可設(shè)計定為0°< <60°之間某個值，可根據(jù)具體機(jī)器人的活動范圍大小、搬運(yùn)載荷的大小等條件，通過優(yōu)化計算分析設(shè)置最佳盧角。本實施例3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。滑塊8通過絲桿螺母副15進(jìn)行直線驅(qū)動，而絲桿螺母副15的絲桿則通過同步皮帶13、皮帶輪11、皮帶輪12與伺服電機(jī)連接，從而實現(xiàn)這個方向的伺服控制驅(qū)動。將進(jìn)行直線驅(qū)動運(yùn)動的絲桿螺母副I與大臂平行四邊形機(jī)構(gòu)中的上方大臂3設(shè)計為同軸線安裝，且絲桿螺母副I的絲杠的一端通過旋轉(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)動旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動螺母直線運(yùn)動。這樣設(shè)計的絲桿構(gòu)件受力在一條直線上，驅(qū)動力傳遞效率最高，而且絲桿在整個工作過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)動時，通過運(yùn)動桿件的約束作用，使得手腕7獲得希望的工作移動。移動的點位置、軌跡、速度等運(yùn)動參數(shù)取決于驅(qū)動滑塊8的絲桿螺母副15和絲桿螺母副I的伺服 運(yùn)動控制，可借助計算機(jī)軟硬件實施。也可用液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)或者氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)代替絲桿螺母副15和絲桿螺母副1，可獲得能實現(xiàn)順序點位控制的機(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)動元件驅(qū)動的滑塊，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)動元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動元件的下端通過旋轉(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)動元件為液壓驅(qū)動機(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)動元件為氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及搬運(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)動元件驅(qū)動的滑塊，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)動元件的上端同軸連接，直線驅(qū)動元件的下端通過旋轉(zhuǎn)鉸與旋轉(zhuǎn)機(jī)架連接。本實用新型簡化了機(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B65G61/00GK202542490SQ20122011695
公開日2012年11月21日 申請日期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 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)