基于人机协作机器人的工业生产系统的制作方法

本发明涉及一种自动化装置，尤其涉及一种基于人机协作机器人的工业生产系统。

背景技术：

现有技术中，基于人机协作机器人的工业生产系统在工业制造中已经越来越多地被利用来代替人工的操作。技术的发展对其中协作机器人的精度、操作广度、结构的可靠性方面均有越来越高的要求。而对于物料传输装备的定位准确性和稳定性也有了更高的要求。

因此，有必要针对上述问题，提供一种新的基于人机协作机器人的工业生产系统。

技术实现要素：

本发明提供了一种精准度高、可靠性、稳定性好的基于人机协作机器人的工业生产系统。

本发明的一个实施例提供了一种基于人机协作机器人的工业生产系统，包括协作机器人和物料传输装备，所述协作机器人用于在所述工业生产过程中夹持操作件进行作业，所述协作机器人包括：升降机构、第一摆动机构、第二摆动机构、旋转机构和夹持机构；所述第一摆动机构与所述升降机构相连，所述第二摆动机构与所述第一摆动机构相连，所述旋转机构和所述第二摆动机构相连，所述夹持机构和所述旋转机构相连；所述升降机构用于驱动所述第一摆动机构上下滑动，所述第一摆动机构包括第一摆动轴，所述第一摆动机构用于驱动所述第二摆动机构绕所述第一摆动轴摆动，所述第二摆动机构包括第二摆动轴，所述第二摆动机构用于驱动所述旋转机构绕所述第二摆动轴摆动，所述旋转机构包括旋转轴，所述旋转机构用于驱动所述夹持机构绕所述旋转轴转动，所述夹持机构用于夹持所述操作件。

优选的，所述升降机构包括升降支架、升降电机、螺纹轴和螺纹滑动件，所述升降电机固定设置在所述升降支架上，所述升降电机用于驱动所述螺纹轴转动，所述螺纹滑动件套设在所述螺纹轴上。

优选的，所述升降机构还包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述升降电机的电机轴固定连接，所述第二齿轮与所述螺纹轴固定连接，所述第一齿轮和所述第二齿轮互相啮合。

优选的，所述升降机构还包括升降滑轨，所述升价滑轨固定设置在所述升降支架上，所述升降滑轨与所述螺纹轴平行设置，所述螺纹滑动件还包括配合部，所述配合部与所述升降滑轨滑动配合。

优选的，所述第一摆动机构包括摆臂支架和第一摆动臂，所述摆臂支架和所述第一摆动臂可转动地连接，所述摆臂支架固定设置在所述螺纹滑动件上，所述第一摆动机构还包括第一摆臂电机、第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮和所述摆臂支架固定连接，所述第四齿轮和所述第一摆臂电机的电机轴固定连接，所述第一摆臂电机固定设置在所述第一摆动臂上，所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合。

优选的，所述第二摆动机构包括第二摆动臂，所述第二摆动臂与所述第一摆动臂可转动连接，所述第二摆动机构还包括第二摆臂电机、第五齿轮和第六齿轮，所述第二摆臂电机固定设置在所述第一摆动臂上，所述第五齿轮和所述第二摆臂电机的电机轴固定连接，所述第五齿轮和所述第六齿轮啮合，所述第六齿轮和所述第二摆动臂固定连接。

优选的，所述旋转机构包括旋转电机、第七齿轮、第八齿轮和旋转轴，所述旋转电机固定设置在所述第二摆动臂上，所述第七齿轮固定连接至所述旋转电机的电机轴上，所述第七齿轮和所述第八齿轮啮合，所述第八齿轮与所述旋转轴固定连接。

优选的，所述第三齿轮、所述第六齿轮和所述第八齿轮均分别包括层叠设置的两个齿轮。

优选的，夹持机构包括夹持组件，所述夹持组件包括第一夹持臂和第二夹持臂。

优选的，所述夹持机构还包括缓冲滑架、缓冲滑块以及第一缓冲弹簧和第二缓冲弹簧，缓冲滑架固定连接在旋转轴上，缓冲滑架的两端分别设置有第一止挡壁和第二止挡壁，缓冲滑块可滑动地设置在缓冲滑架上，第一止挡壁和缓冲滑块之间设置有第一缓冲弹簧，第二止挡壁和缓冲滑块之间设置有第二缓冲弹簧，夹持组件固定设置在缓冲滑块上。

优选的，所述物料传输装备包括壳体、工位、驱动所述工位相对所述壳体运动的驱动机构和用于锁定所述工位的位置的锁定机构，所述壳体的顶部为台面，所述工位的数量为多个，多个所述工位沿着所述台面的周向均匀间隔设置，所述工位的下方设置有工位滑块，所述驱动机构通过推动所述工位滑块以使所述工位沿着所述台面的周向循环运转。

优选的，所述驱动机构包括驱动气缸、滑架和棘爪，所述壳体包括滑轨，所述驱动气缸可以驱动所述滑架沿所述滑轨滑动，所述棘爪设置在所述滑架上，所述棘爪相对于所述滑架可转动连接，所述棘爪可以相对于所述滑架处于张开的位置或收拢的位置，当所述棘爪处于张开的位置时，所述棘爪的顶部高于所述工位滑块的底部，当所述棘爪处于收拢的位置时，所述棘爪的顶部低于所述工位滑块的底部，所述棘爪和所述滑架之间还设置有扭簧，所述扭簧使所述棘爪偏向于保持在张开的位置上。

优选的，所述驱动机构还包括限位件，所述限位件通过转轴可转动地设置在所述壳体上，所述限位件可以在第一位置和第二位置之间转动，当所述限位件位于所述第一位置时，所述限位件的顶部高于所述工位滑块的底部，当所述限位件位于所述第二位置时，所述限位件的顶部低于所述工位滑块的底部，所述滑架上还设置有推动件，所述推动件和所述限位件上设置有相对的斜坡面，当所述推动件和所述限位件互相抵接时，所述限位件在所述推动件的作用下绕所述转轴转动至所述第一位置，当所述推动件和所述限位件互相分离时，所述限位件在自身重力的作用下绕所述转轴回到所述第二位置。

优选的，所述物料传输装备还包括锁定机构，所述锁定机构包括锁定气缸和锁定件，所述锁定件包括凸起部，所述工位滑块包括凹陷部，所述凸起部和所述凹陷部可以互相配合，所述锁定件和所述壳体滑动连接，当所述工位运动到预设位置时，所述锁定气缸驱动所述锁定件沿所述壳体滑动，直至所述凸起部插入至所述凹陷部中。

本发明上述实施方式中的协作机器人1能够在工业生产过程中模拟人寿的操作，自动代替人工作业，具有较大的操作角度和范围，能够在极端环境下实现自动化作业。进一步的，协作机器人1还能够实现自动化的高精度的可靠的作业，提升了作业的效率，也节约了人工的成本。另外多个摆动臂的设置，能够使协作机器人1更好地模拟人手的操作，使其具有更好的适用性。本发明上述实施方式中的物料传输装备能够实现工位的精确定位，并且在作业过程中不会发生移位。本发明上述实施方式中的基于人机协作机器人的工业生产系统中的物料传输装备和协作机器人装置配合为精准的作业提供了保障。该基于人机协作机器人的工业生产系统能够提升作业的效率，且可靠性高适应性佳。

附图说明

图1为本发明的一个实施方式的基于人机协作机器人的工业生产系统的立体示意图；

图2为本发明的一个实施方式的协作机器人的立体示意图；

图3为图2所示的协作机器人的局部放大图；

图4为图2所示的协作机器人的另一局部放大图；

图5为图2所示的协作机器人的夹持机构的立体示意图；

图6为本发明的一个实施方式的物料传输装备的立体示意图；

图7为图6所示的物料传输装备隐藏部分壳体后的立体示意图；

图8为图6所示的物料传输装备隐藏部分壳体后的主视图；

图9为图6所示的物料传输装备隐藏部分壳体后的俯视图。

其中，

900、基于人机协作机器人的工业生产系统1、协作机器人

10、升降机构101、升降支架103、升降电机

105、螺纹轴107、螺纹滑动件109、第一齿轮

111、第二齿轮113升降滑轨115、配合部

20、第一摆动机构201摆臂支架203、第一摆动臂

205、第一摆臂电机207、第三齿轮209、第四齿轮

30、第二摆动机构303、第二摆动臂305、第二摆臂电机

307、第五齿轮309、第六齿轮

40、旋转机构401、旋转电机403、第七齿轮

405、第八齿轮407、旋转轴

50、夹持机构501、第一夹持臂503、第二夹持臂

505、缓冲滑架507、缓冲滑块509、第一缓冲弹簧

511、第二缓冲弹簧513、第一止挡壁515、第二止挡壁

2、物料传输装备

601、壳体603、工位605、台面

607、滑轨609、工位滑块611、导向机构

613、链轮615、导向链617、导向带

619、凹陷部

700、驱动机构701、驱动气缸703、滑架

705、棘爪707、限位件709、转轴

711、推动件

800、锁定机构801、锁定气缸803、锁定件

805、凸起部

具体实施方式

以下将结合说明书附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的简单变换均包含在本发明的保护范围内。

参考图1所示，本申请的一些实施方式中提供了一种基于人机协作机器人的工业生产系统000，用于人机共同作业。基于人机协作机器人的工业生产系统000包括协作机器人1和物料传输装备2。协作机器人1可以安装于物料传输装备2的旁边，用于自动在物料传输装备2上作业。

参考图2所示，在一些实施方式中，协作机器人1包括：升降机构10、第一摆动机构20、第二摆动机构30、旋转机构40和夹持机构50。其中，第一摆动机构20与升降机构10相连，第二摆动机构30与第一摆动机构20相连，旋转机构40和第二摆动机构30相连，夹持机构50和旋转机构40相连。进一步的，在本发明的一些实施方式中，升降机构10用于驱动第一摆动机构20上下滑动。第一摆动机构20包括第一摆动轴，第一摆动机构20用于驱动第二摆动机构20绕第一摆动轴摆动。第二摆动机构20包括第二摆动轴，第二摆动机构20用于驱动旋转机构40绕第二摆动轴摆动。旋转机构40包括旋转轴，旋转机构40用于驱动夹持机构50绕旋转轴转动。夹持机构50用于夹持操作件。在本发明的一些实施方式中协作机器人1用于在工业生产过程中模拟人手的操作，自动代替人工作业，因此操作件可以是待加工的工件、待运输的工件、也可以是加工工具。在此对操作件不做限定，只要是人工作业过程中可能涉及到的手持的物件，均可以作为本发明实施方式中的操作件。

进一步的，参考图2和图3所示，在本发明的一些实施方式中，升降机构10包括升降支架101、升降电机103、螺纹轴105和螺纹滑动件107。进一步的，升降支架101竖直纵长延伸。升降电机103固定设置在升降支架101上。升降电机103用于驱动螺纹轴105转动。螺纹轴105上设置有外螺纹。螺纹滑动件107上设置有通孔，通孔中设置有内螺纹。螺纹滑动件107套设在螺纹轴105上。螺纹轴105的外螺纹和螺纹滑动件107的内螺纹配合。进一步的，升降机构10还包括第一齿轮109和第二齿轮111。第一齿轮109与升降电机103的电机轴固定连接。第二齿轮111与螺纹轴105固定连接。第一齿轮109和第二齿轮111互相啮合。进一步的，升降机构10还包括升降滑轨113。升价滑轨113固定设置在升降支架101上。升降滑轨竖113竖直纵长延伸，与螺纹轴105平行设置。螺纹滑动件107还包括配合部115。配合部115与升降滑轨113滑动配合。升降电机103驱动第一齿轮109转动，第一齿轮109带动第二齿轮111转动，第二齿轮111带动螺纹轴105转动，螺纹轴105的转动使得螺纹滑动件107沿着螺纹轴上下滑动。升降滑轨113防止螺纹滑动件107的转动，且能够提高螺纹滑动件107升降时的稳定性。第一摆动机构20连接至螺纹滑动件107上。第一摆动机构20可以跟随螺纹滑动件107上下滑动。

进一步的，参考图3和图4所示，在本发明的一些实施方式中，第一摆动机构20包括摆臂支架201和第一摆动臂203。摆臂支架201和第一摆动臂203可转动地连接。摆臂支架201固定设置在螺纹滑动件107上。第一摆动机构20还包括第一摆臂电机205、第三齿轮207和第四齿轮209。进一步的，第三齿轮207和摆臂支架201固定连接。第四齿轮209和第一摆臂电机205的电机轴固定连接。且第一摆臂电机205固定设置在第一摆动臂203上。第三齿轮207和第四齿轮209啮合。第一摆臂电机205驱动第四齿轮209转动，第三齿轮相对摆臂支架201固定，使得第一摆动臂203相对摆臂支架201绕第一摆动轴转动。进一步的，在本发明的一些实施方式中，第三齿轮207包括层叠设置的两个齿轮。如此设置，可以消除齿轮间的配合间隙，实现齿轮的无间隙配合。进一步的，第二摆动机构30连接至第一摆动臂203上。第二摆动机构20可以跟随第一摆动臂203绕第一摆动轴转动。

进一步的，参考图2和图5所示，第二摆动机构30包括第二摆动臂303。第二摆动臂303与第一摆动臂203可转动连接。进一步的，第二摆动机构30还包括第二摆臂电机305、第五齿轮307和第六齿轮309。第二摆臂电机305固定设置在第一摆动臂203上。第五齿轮307和第二摆臂电机305的电机轴固定连接。第五齿轮307和第六齿轮309啮合。第六齿轮309和第二摆动臂303固定连接。第二摆臂电机305驱动第五齿轮307转动，第五齿轮307带动第六齿轮309转动，第六齿轮309带动第二摆动臂303相对第一摆动臂203绕第二摆动轴转动。进一步的，第六齿轮309包括层叠设置的两个齿轮以消除齿轮间的配合间隙，实现齿轮的无间隙配合。进一步的，旋转机构40连接至第二摆动臂303。旋转机构40可以跟随第二摆动臂303绕第二摆动轴转动。

进一步的，图2和图5所示，在本发明的一些实施方式中，旋转机构40包括旋转电机401、第七齿轮403、第八齿轮405和旋转轴407。进一步的，旋转电机固定设置在第二摆动臂303上。第七齿轮403固定连接至旋转电机401的电机轴上。第七齿轮403和第八齿轮405啮合。第八齿轮405与旋转轴407固定连接。旋转电机401可以驱动第七齿轮403转动，第七齿轮403带动第八齿轮405转动，第八齿轮405带动旋转轴407转动。进一步的，夹持机构50固定设置在旋转轴407上。夹持机构50可以跟随旋转轴407转动。进一步的，第八齿轮405包括层叠设置的两个齿轮以消除齿轮间的配合间隙，实现齿轮的无间隙配合。

进一步的，参考图2和图6所示，在本发明的一些实施方式中，夹持机构50包括夹持组件。夹持组件包括第一夹持臂501和第二夹持臂503。第一夹持臂501和第二夹持臂503可以相对运动以夹持操作件或相背运动以松开操作件。进一步的，在本发明的一些实施方式中，夹持机构50还包括缓冲滑架505、缓冲滑块507以及第一缓冲弹簧509和第二缓冲弹簧511。其中，缓冲滑架505固定连接在旋转轴407上。缓冲滑架505的两端分别设置有第一止挡壁513和第二止挡壁515。缓冲滑块507可滑动地设置在缓冲滑架505上。第一止挡壁513和缓冲滑块507之间设置有第一缓冲弹簧509。第二止挡壁515和缓冲滑块507之间设置有第二缓冲弹簧511。夹持组件固定设置在缓冲滑块507上。如此设置有利于实现对操作件的柔性夹持，避免对操作件的损伤。

进一步的，在本发明的一些实施方式中，协作机器人1还包括控制装置60。控制装置60用于控制升降机构10、第一摆动机构20、第二摆动机构30、旋转机构40和夹持机构50的运动。在本发明的一些实施方式中，控制装置60可以根据预设的程序对升降机构10、第一摆动机构20、第二摆动机构30、旋转机构40和夹持机构50的动作进行控制。控制装置60也可以根据人工的实时信号指令控制升降机构10、第一摆动机构20、第二摆动机构30、旋转机构40和夹持机构50的动作。

进一步的，在本发明的一些实施方式中，协作机器人1的数量可以为多个。也就是说，一个物料传输装备2上可以匹配多个协作机器人1。如此，通过人工的远程操控多个协作机器人1，可以实现极端环境下实现自动化作业。

本发明上述实施方式中的协作机器人1能够在物料传输装备2上模拟人手的操作，自动代替人工作业，具有较大的操作角度和范围，能够在极端环境下实现自动化作业。进一步的，协作机器人1还能够实现自动化的高精度的可靠的作业，提升了作业的效率，也节约了人工的成本。另外多个摆动臂的设置，能够使协作机器人1更好地模拟人手的操作，使其具有更好的适用性。

参考图6所示，在本发明的一些实施方式中，物料传输装备2包括壳体601、工位603、驱动工位603相对壳体601运动的驱动机构700和用于将工位603的位置锁定的锁定机构800。壳体601的顶部为台面605。工位603位于台面605的上方。工位603的数量为多个。进一步的，在本发明的一些实施方式中，台面605呈腰圆形，多个工位603沿着台面605的周向均匀间隔设置。工位603的下方设置有工位滑块609。驱动机构700通过推动工位滑块609以使工位603沿着台面605的周向循环运转。进一步的，参考图7所示，在本发明的一些实施方式中，物料传输装备2还包括导向机构611。导向机构611包括位于台面605下方两端的两个链轮613。导向机构611还包括位于多个工位603的下方的导向链615和导向带617。导向链615和导向带617均与工位603相对固定设置。工位603跟随导向带617和导向链615一起沿着台面605的周向运转，其中导向链615经过链轮613时于链轮613啮合。导向机构611使得多个工位603能够沿着台面605的周向顺畅且精准的运转。

进一步的，参考图7和图8所示，在本发明的一些实施方式中，驱动机构700位于壳体601的下方。驱动机构包括驱动气缸701、滑架703、棘爪705。进一步的，驱动气缸701固定设置于壳体601。壳体601包括滑轨607。滑架703与滑轨607可滑动连接。驱动气缸701可以驱动滑架703沿滑轨607滑动。棘爪705设置在滑架703上。棘爪705相对于滑架703可转动连接。棘爪705可以相对于滑架703处于张开的位置或收拢的位置。当棘爪705处于张开的位置时，棘爪705的顶部高于工位滑块609的底部。当棘爪705处于收拢的位置时，棘爪705的顶部低于工位滑块609的底部。进一步的，棘爪705和滑架703之间设置有扭簧(未示出)。扭簧使棘爪705偏向于保持在张开的位置上。在本发明的一些实施方式中，驱动气缸701推动滑架703沿滑轨607朝第一方向滑动时，棘爪705处于张开的位置，当棘爪705的顶部于工位滑块609的底部互相抵接时，棘爪705在滑架703的带动下推动工位滑块609相对于台面605朝向与第一方向相反的第二方向滑动。当驱动气缸701推动滑架703沿滑轨607朝第二方向滑动时，棘爪705远离当前的工位滑块609，朝向下一个工位滑块609运动，当棘爪705与该工位滑块609接触时，该工位滑块609挤压棘爪705使其克服扭簧的作用力向收拢的位置运动，从而使棘爪705能够从该工位滑块609的下方滑过。当棘爪705从工位滑块609的下方滑过后，工位滑块609不再对棘爪705产生挤压力，因此棘爪705在扭簧的作用下恢复至张开的位置。此时，驱动气缸701再次推动滑架703沿滑轨607朝第一方向滑动，棘爪705即可推动该工位滑块609沿第一方向滑动。通过重复上述过程，驱动机构700可以不断驱动工位603沿着第一方向滑动。

继续参考图7和图8所示，在本发明的一些实施方式中，驱动机构700还包括限位件707。限位件707通过转轴709可转动地设置在壳体601上。限位件707可以在第一位置和第二位置之间转动。当限位件707位于第一位置时，限位件707的顶部高于工位滑块609的底部。当限位件707位于第二位置时，限位件707的顶部低于工位滑块609的底部。滑架703上还设置有推动件711。推动件711和限位件707上设置有相对的斜坡面。当推动件711和限位件707互相抵接时，限位件707在推动件711的作用下绕转轴709转动至第一位置。当推动件711和限位件707互相分离时，限位件707在自身重力的作用下绕转轴709回到第二位置。利用上述驱动机构700，当棘爪705将工位滑块推动至预设的位置时，推动件711恰好推动限位件707转动至第一位置。此时，限位件707阻止工位滑块609继续沿第一方向滑动，从而使工位滑块609被固定在预设的位置。如此有利于协作机器人1的精准作业。

进一步的，参考图9所示，在本发明的一些实施方式中，物料传输装备2还包括锁定机构800。锁定机构800包括锁定气缸801和锁定件803。锁定件803包括凸起部805，工位滑块609包括凹陷部619。凸起部805和凹陷部619可以互相配合。锁定件803和壳体610滑动连接。当工位603运动到预设位置时，锁定气缸801驱动锁定件803沿壳体601滑动，直至锁定件803的凸起部805插入至工位滑块609的凹陷部619中。设置锁定机构800能够进一步保证工位603的位置的准确性，也能够防止协作机器人1作业过程中或人工作业过程中工位603发生移位。进一步的，在本发明的其他一些实施方式中，锁定机构800的数量为多个。所个锁定机构800分别用于锁定不同的工位603。

本发明上述实施方式中的物料传输装备2能够实现工位的精确定位，并且在作业过程中不会发生移位。本发明上述实施方式中的基于人机协作机器人的工业生产系统900中的物料传输装备2和协作机器人1装置配合为精准的作业提供了保障。该基于人机协作机器人的工业生产系统能够提升作业的效率，且可靠性高适应性佳。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应当以权利要求为准。