一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人制造技術

一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，包括手臂升降機構、姿態保持機構、回轉支承、底座、末端執行器、伺服電機以及減速器。手臂升降機構包括旋轉機架、第一主動桿、第一折桿、支撐桿、橫桿、第二連桿和第二主動桿；姿態保持機構包括第一平衡桿、第二折桿、第二平衡桿和平動保持架，旋轉機架通過回轉支承與底座連接；末端執行器連接在平動保持架上。本發明專利技術采用多連桿可控機構,利用安裝在旋轉機架上的伺服電機進行驅動，具有剛度高、運動慣量小、承載能力強、姿態控制精確、動力學特性好的優點，滿足高速、重載搬運碼垛需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及工程機械領域，特別是一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人。
技術介紹
工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，現行串聯機械臂的驅動電機大都需要安裝在關節處，會導致手臂笨重、剛性差、慣量大、關節誤差累積、機構動力學性能較差等問題。多連桿可控機構綜合了傳統并聯機構剛性好,運行速度高,承載能力強以及串聯機構柔性好的特點，而且驅動電機安裝在機架上,驅動方式為外副驅動,所以多連桿可控機構的剛度性能好、承載能力強,運動慣量較小,關節誤差累積少，動力學特性好,將其應用于工業碼垛機器人可以滿足高速、重載搬運碼垛作業需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于設計一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，采用安裝于旋轉機架上的由伺服電機驅動的多連桿可控機構代替驅動電機安裝在關節處的現行串聯機械臂，另外，將含有三個平行四邊形結構的連桿機構應用于姿態控制，使機器人滿足結構緊湊、剛度性能好、承載能力強、運動慣量小、關節誤差累積少、姿態控制精確、動力學特性好的要求。本專利技術通過以下技術方案達到上述目的：一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，包括手臂升降機構、姿態保持機構、回轉支承、底座、末端執行器、第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第四伺服電機、第一減速器、第二減速器、第三減速器以及第四減速器，具體結構和連接方式為：所述手臂升降機構包括旋轉機架、第一主動桿、第一折桿、支撐桿、橫桿、第二連桿以及第二主動桿，所述姿態保持機構包括第一平衡桿、第二折桿、第二平衡桿以及平動保持架，所述第一伺服電機連接在第一減速器上，第一減速器安裝在底座上，第一減速器通過第一轉動副與旋轉機架連接，回轉支承安裝在底座上，回轉支承通過第二轉動副與旋轉機架連接，其中，第一轉動副與第二轉動副共旋轉軸，所述第二伺服電機連接在第二減速器上，第二減速器安裝在旋轉機架上并通過第三轉動副與第一主動桿的一端連接，第一主動桿的另一端通過第四轉動副與第一折桿的第一端連接，第一折桿的第二端通過第五轉動副與支撐桿的中間端連接，第一折桿的第三端通過第六轉動副與第一平衡桿的一端連接，第一平衡桿的另一端通過第七轉動副與第二折桿的第一端連接，第二折桿的第二端通過第八轉動副與支撐桿的一端連接，支撐桿的第三端通過第九轉動副與旋轉機架連接，第二折桿的第三端通過第十轉動副與第二平衡桿的一端連接，第二平衡桿的另一端通過第十一轉動副與平動保持架的一端連接，平動保持架的另一端通過第十二轉動副與橫桿的一端連接，橫桿的中間端通過第十三轉動副與支撐桿的一端連接，橫桿的第三端通過第十四轉動副與第二連桿的一端連接，第二連桿的另一端通過第十五轉動副與第二主動桿的一端連接，第二主動桿的另一端通過第十六轉動副與第三減速器連接，所述第三伺服電機連接在第三減速器上，第三減速器安裝在旋轉機架上并通過第十六轉動副與第二主動桿連接，所述第四伺服電機連接在第四減速器上，第四減速器安裝在平動保持架上并通過旋轉軸線豎直的第十七轉動副與末端執行器連接。所述旋轉機架、第一主動桿、第一折桿、支撐桿通過第三轉動副、第四轉動副、第五轉動副和第九轉動副組成第一個平行四邊形結構，其中，在機器人工作時，第三轉動副25與第九轉動副同旋轉機架之間的相對位置固定不變。所述第一折桿、第一平衡桿、第二折桿、支撐桿通過第五轉動副、第六轉動副、第七轉動副和第八轉動副組成第二個平行四邊形結構。所述第二折桿、第二平衡桿、平動保持架、橫桿通過第八轉動副、第十轉動副、第十一轉動副、第十二轉動副和第十三轉動副組成第三個平行四邊形結構，其中，第八轉動副和第十三轉動副共旋轉軸。本專利技術的突出優點在于：1.采用安裝于旋轉機架上的由伺服電機驅動的多連桿可控機構代替驅動電機安裝在關節處的現行串聯機械臂，減輕了機械臂的重量，滿足結構緊湊、剛度性能好、運動慣量小、承載能力強、關節誤差累積少、動力學特性好的要求。2.將具有三個特定平行四邊形結構的連桿機構應用于姿態控制，使得平動保持器在機器人運動輸出過程中始終保持水平狀態，降低了機器人控制編程的難度，有利于對被搬運物品進行精確的姿態控制。3.在伺服電機驅動下，通過編程控制手臂升降機構、姿態保持機構的組合運動，同時配合旋轉機架的回轉運動，相較現行串聯機械臂可改善速度、加速度、平穩度等各項指標，實現機器人末端執行器軌跡靈活多變的空間運動輸出。附圖說明圖1為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的整體結構示意圖。圖2為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的手臂舉升機構示意圖。圖3為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的姿態保持機構示意圖。圖4為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的主要電機安裝第一示意圖。圖5為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的主要電機安裝第二示意圖。圖6為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的末端執行器安裝示意圖。圖7為本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人的整體效果圖。具體實施方式對照圖1至圖7，本專利技術所述的四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，包括手臂升降機構、姿態保持機構、回轉支承2、底座3、末端執行器11、第一伺服電機15、第二伺服電機17、第三伺服電機19、第四伺服電機21、第一減速器16、第二減速器18、第三減速器20、第四減速器22，具體結構和連接方式為：對照圖1和圖2，所述手臂升降機構包括旋轉機架1、第一主動桿4、第一折桿5、支撐桿6、橫桿12、第二連桿13以及第二主動桿14。對照圖1和圖3，所述姿態保持機構包括第一平衡桿7、第二折桿8、第二平衡桿9以及平動保持架10。對照圖1、圖4和圖5，所述第一伺服電機15連接在第一減速器16上，第一減速器16安裝在底座3上并通過第一轉動副23與旋轉機架1連接，回轉支承2安裝在底座3上并通過第二轉動副24與旋轉機架1連接，其中，第一轉動副23與第二轉動副24共旋轉軸。對照圖1至圖5，所述第二伺服電機17連接在第二減速器18上，第二減速器18安裝在旋轉機架1上并通過第三轉動副25與第一主動桿4的一端連接，第一主動桿4的另一端通過第四轉動副26與第一折桿5的第一端連接，第一折桿5的第二端通過第五轉動副27與支撐桿6的中間端連接，第一折桿5的第三端通過第六轉動副28與第一平衡桿7的一端連接，第一平衡桿7的另一端通過第七轉動副29與第二折桿8的第一端連接，第二折桿8的第二端通過第八轉動副30與支撐桿6的一端連接，支撐桿6的第三端通過第九轉動副31與旋轉機架1連接，第二折桿8的第三端通過第十轉動副32與第二平衡桿9的一端連接，第二平衡桿9的另一端通過第十一轉動副33與平動保持架10的一端連接，平動保持架10的另一端通過第十二轉動副34與橫桿12的一端連接，橫桿12的中間端通過第十三轉動副35與支撐桿6的一端連接，橫桿12的第三端通過第十四轉動副36與第二連桿13的一端連接，第二連桿13的另一端通過第十五轉動副37與第二主動桿14的一端連接，第二主動桿14的另一端通過第十六轉動副38與第三減速器20連接。對照圖1、圖4和圖5，所述第三伺服電機19連接在第三減速器20上，第三減速器20安裝在旋轉機架1上并通過第十六轉動副38與第二主動桿14連接。對照圖1、圖6，所述第四伺服電機21連接在第四減速器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，包括手臂升降機構、姿態保持機構、回轉支承、底座、末端執行器、第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第四伺服電機、第一減速器、第二減速器、第三減速器以及第四減速器，其特征在于,具體結構和連接方式為：所述手臂升降機構包括旋轉機架、第一主動桿、第一折桿、支撐桿、橫桿、第二連桿以及第二主動桿，所述姿態保持機構包括第一平衡桿、第二折桿、第二平衡桿以及平動保持架，所述第一伺服電機連接在第一減速器上，第一減速器安裝在底座上，第一減速器通過第一轉動副與旋轉機架連接，回轉支承安裝在底座上，回轉支承通過第二轉動副與旋轉機架連接，其中，第一轉動副與第二轉動副共旋轉軸，所述第二伺服電機連接在第二減速器上，第二減速器安裝在旋轉機架上并通過第三轉動副與第一主動桿的一端連接，第一主動桿的另一端通過第四轉動副與第一折桿的第一端連接，第一折桿的第二端通過第五轉動副與支撐桿的中間端連接，第一折桿的第三端通過第六轉動副與第一平衡桿的一端連接，第一平衡桿的另一端通過第七轉動副與第二折桿的第一端連接，第二折桿的第二端通過第八轉動副與支撐桿的一端連接，支撐桿的第三端通過第九轉動副與旋轉機架連接，第二折桿的第三端通過第十轉動副與第二平衡桿的一端連接，第二平衡桿的另一端通過第十一轉動副與平動保持架的一端連接，平動保持架的另一端通過第十二轉動副與橫桿的一端連接，橫桿的中間端通過第十三轉動副與支撐桿的一端連接，橫桿的第三端通過第十四轉動副與第二連桿的一端連接，第二連桿的另一端通過第十五轉動副與第二主動桿的一端連接，第二主動桿的另一端通過第十六轉動副與第三減速器連接，所述第三伺服電機連接在第三減速器上，第三減速器安裝在旋轉機架上并通過第十六轉動副與第二主動桿連接，所述第四伺服電機連接在第四減速器上，第四減速器安裝在平動保持架上并通過旋轉軸線豎直的第十七轉動副與末端執行器連接。...

【技術特征摘要】
1.一種四自由度十桿可控機構式碼垛機器人，包括手臂升降機構、姿態保持機構、回轉支承、底座、末端執行器、第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機、第四伺服電機、第一減速器、第二減速器、第三減速器以及第四減速器，其特征在于,具體結構和連接方式為：所述手臂升降機構包括旋轉機架、第一主動桿、第一折桿、支撐桿、橫桿、第二連桿以及第二主動桿，所述姿態保持機構包括第一平衡桿、第二折桿、第二平衡桿以及平動保持架，所述第一伺服電機連接在第一減速器上，第一減速器安裝在底座上，第一減速器通過第一轉動副與旋轉機架連接，回轉支承安裝在底座上，回轉支承通過第二轉動副與旋轉機架連接，其中，第一轉動副與第二轉動副共旋轉軸，所述第二伺服電機連接在第二減速器上，第二減速器安裝在旋轉機架上并通過第三轉動副與第一主動桿的一端連接，第一主動桿的另一端通過第四轉動副與第一折桿的第一端連接，第一折桿的第二端通過第五轉動副與支撐桿的中間端連接，第一折桿的第三端通過第六轉動副與第一平衡桿的一端連接，第一平衡桿的另一端通過第七轉動副與第二折桿的第一端連接，第二折桿的第二端通過第八轉動副與支撐桿的一端連接，支撐桿的第三端通過第九轉動副與旋轉機架連接，第二折桿的第三端通過第十轉動副與第二平衡桿的一端連接，第二平衡桿的另一端通過第十一轉動副與平動保持架的一端連接，平動保持架的另一端通過第十二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡敢為，李榮康，唐劍波，任華麗，吳承亮，李洪漢，葉兵，
申請(專利權)人：廣西大學，
類型：發明
國別省市：廣西;45