本发明涉及一种贴标机器人，尤其涉及一种视觉定位五自由度混联贴标机器人，属于智能机器人技术领域。
背景技术：
21世纪以来，国内外对机器人技术的发展越来越重视。近年来，机器人在钢铁产品贴标领域得到了越来越广泛的应用，以机器人贴标代替传统手工贴标极大地提高了标记的效率与质量。对于应用于钢铁工业的贴标机器人，传统的设计一般采用串联结构。串联机构和并联机构均有其自身的缺点，并联机构的优点恰好弥补了串联机构的缺点，同时串联机构的优点又恰好弥补了并联机构的缺点。由于这种关系，使得串联与并联之间在应用上不是替代作用，而是互补关系。因此，综合二者的优点，避其缺点，研究由串联、并联机构组成的混联机器人将是机械加工业的发展趋势。混联装备兼具并联机构高速高精度稳定性好的优点以及串联机构良好的调姿能力、较大的工作空间的优点。因此，研究面向钢厂圆钢端面自动贴标的混联机器人结构十分必要。
技术实现要素：
为满足钢铁厂贴标快速发展过程中对贴标机器人高速高精度的性能需求，本发明提供一种视觉定位五自由度混联贴标机器人，用来实现圆钢端面贴标工作。
本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人包括：静平台1，并联支链2，动平台3，环形阵列光源4，相机5，串联臂6和贴标机械手7。静平台1在工作中固定不动，通过螺栓固定三条并联支链2的起始端。三条并联支链2的末端通过螺栓固定安装在动平台3的内侧，每条并联支链2两端的轴线平行安装。三条并联支链2的两端在空间上分别沿静平台1和动平台3的周向120度均布。动平台3能够通过三条并联支链2的运动实现相对于静平台1的三维移动。环形阵列光源4固定在动平台3的外侧，相机5的后端固定在动平台3的内侧，相机5的前端从动平台3和环形阵列光源4的中心圆孔中伸出，环形阵列光源4和相机5同轴布置、用于视觉识别与定位。串联臂6固定在动平台3的内侧，能够实现相对于动平台3的二维转动。贴标机械手7固定在串联臂6的末端，用来实现机器人的贴标工作。
并联支链2包括：并联电机2-1，并联安装板2-2，并联传动轴系2-3，主动臂2-4和从动臂2-5。并联传动轴系2-3包括：并联电机座2-3-1，并联联轴器2-3-2，并联传动轴2-3-3，并联套杯2-3-4，并联角接触球轴承2-3-5和并联端盖2-3-6。从动臂2-5包括：拉杆连接轴2-5-1，球头机构2-5-2，拉杆连接板2-5-3和拉杆2-5-4。并联安装板2-2为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接并联电机2-1和并联电机座2-3-1，并联电机座2-3-1从并联安装板2-2的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到静平台1上。并联电机2-1的输出轴通过联轴器2-3-2与并联传动轴2-3-3的左端连接。两个并联角接触球轴承2-3-5成对面对面安装，两个并联角接触球轴承2-3-5之间安装轴套定位轴承内圈。并联传动轴2-3-3安装成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的并联角接触球轴承2-3-5进行轴向定位。成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴承外圈左端通过并联套杯2-3-4定位，右端通过并联端盖2-3-6定位。并联套杯2-3-4和并联端盖2-3-6一并通过螺栓固定到并联电机座2-3-1的右端面上。主动臂2-4的后端通过键与并联传动轴2-3-3连接，主动臂2-4的后端沿并联传动轴2-3-3轴线方向左端设置有套筒，右端设置有锁紧螺母进行轴向定位。主动臂2-4的前端通过键与从动臂2-5后端的拉杆连接轴2-5-1连接，主动臂2-4的前端沿拉杆连接轴2-5-1轴线方向一端设置有轴肩，另一端设置有螺母进行轴向定位，主动臂2-4的转动轴线与静平台1平行。拉杆连接轴2-5-1两端为螺纹孔，一端为正牙另一端为反牙，其中一端攻有外螺纹以安装固定主动臂2-4的螺母，球头机构2-5-2为L形，一端为螺杆，另一端为螺纹孔，拉杆2-5-4中间设置有一个通孔，两端为螺纹，一端为正牙另一端为反牙，两根拉杆2-5-4两端分别连接到四个球头机构2-5-2的螺纹孔端，两根拉杆2-5-4同一端的两个球头机构2-5-2螺纹端对称安装到拉杆连接轴2-5-1两端的螺纹孔上，两根拉杆2-5-4中间的通孔销接一个拉杆连接板2-5-3，构成平行四边形机构。
动平台3总体上呈圆环状，内侧周向相隔120度均布三个拉杆连接轴支座3-1，采用螺纹连接固定。动平台3的外侧和环形阵列光源4采用螺纹连接固定。三个拉杆连接轴支座3-1的安装中心轴线与主动臂2-4的转动轴线两两对应平行，保证拉杆连接轴支座3-1与主动臂2-4中心同轴。从动臂2-5前端的拉杆连接轴2-5-1通过键与拉杆连接轴支座3-1连接，拉杆连接轴支座3-1沿拉杆连接轴2-5-1轴线方向一端设置有轴肩，另一端设置有螺母进行轴向定位。动平台3的内侧安装L形的相机支架5-1，相机支架5-1用于固定相机5，相机5的镜头端通过动平台3的圆环孔伸出，与环形阵列光源4处于同一侧。
串联臂6包括：上臂安装板6-1，上臂电机6-2，上臂传动轴系6-3，前臂安装板6-4，前臂电机6-5和前臂传动轴系6-6。上臂传动轴系6-3包括：上臂电机座6-3-1，上臂联轴器6-3-2，上臂传动轴6-3-3，上臂套杯6-3-4，上臂角接触球轴承6-3-5，上臂端盖6-3-6和上臂连接座6-3-7。前臂传动轴系6-6包括：前臂电机座6-6-1，前臂联轴器6-6-2，前臂传动轴6-6-3，前臂套杯6-6-4，前臂角接触球轴承6-6-5，前臂端盖6-6-6和前臂连接座6-6-7。上臂安装板6-1为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接上臂电机6-2和上臂电机座6-3-1，上臂电机座6-3-1从上臂安装板6-1的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到动平台3上。上臂电机6-2的输出轴通过上臂联轴器6-3-2与上臂传动轴6-3-3的左端连接。两个上臂角接触球轴承6-3-5成对面对面安装，两个上臂角接触球轴承6-3-5之间安装轴套定位轴承内圈。并联传动轴2-3-3安装成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的上臂角接触球轴承6-3-5进行轴向定位。成对使用的上臂角接触球轴承6-3-5的轴承外圈左端通过上臂套杯6-3-4定位，右端通过上臂端盖6-3-6定位。上臂套杯6-3-4和上臂端盖6-3-6一并通过螺栓固定到上臂电机座6-3-1的右端面上。前臂安装板6-4为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接前臂电机6-5和前臂电机座6-6-1，前臂电机座6-6-1从前臂安装板6-4的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到上臂连接座6-3-7上。前臂电机6-5的输出轴通过前臂联轴器6-6-2与前臂传动轴6-6-3的左端连接。两个前臂角接触球轴承6-6-5成对面对面安装，两个前臂角接触球轴承6-6-5之间安装轴套定位轴承内圈。前臂传动轴6-6-3安装成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5进行轴向定位。成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5的轴承外圈左端通过前臂套杯6-6-4定位，右端通过前臂端盖6-6-6定位。前臂套杯6-6-4和前臂端盖6-6-6一并通过螺栓固定到前臂电机座6-6-1的右端面上。上臂连接座6-3-7整体上呈T字形结构，后端为空心轴结构通过键和上臂传动轴6-3-3连接，后端呈法兰盘结构和前臂安装板6-4实现螺纹连接固定。上臂连接座6-3-7使上臂电机6-2和前臂电机6-5的电机轴轴线垂直。前臂连接座6-6-7和贴标机械手7通过螺纹连接固定。
本发明的有益技术效果包括：
本发明所述机器人采用混联机构，兼具串联机构工作空间大、姿态调整能力强和并联机构高速、高精度的优点，有效提高圆钢端面贴标工作速度及精度，通过将环形阵列光源和相机固定在动平台上以实现圆钢端面贴标视觉定位工作且简化了外部配置。
附图说明
图1是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人的总体结构示意图；
图2是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人并联支链2的结构示意图；
图3是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人并联传动轴系2-3的主视图；
图4是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人从动臂2-5的结构示意图；
图5是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人相机5的安装示意图；
图6是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人环形阵列光源4的安装示意图；
图7是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人串联臂6的结构示意图；
图8是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人串联臂6的主视图；
图9是本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人串联臂6的左视图。
具体实施例：
结合附图1-9来介绍本发明系统的结构和具体操作。
本发明一种视觉定位五自由度混联贴标机器人包括：静平台1，并联支链2，动平台3，环形阵列光源4，相机5，串联臂6和贴标机械手7。静平台1整体上呈圆盘状，在工作中固定不动，通过螺栓固定三条并联支链2的起始端。三条并联支链2的末端通过螺栓固定安装在动平台3的内侧，每条并联支链2两端的轴线平行安装。三条并联支链2的两端在空间上分别沿静平台1和动平台3的周向120度均布。动平台3能够通过三条并联支链2的运动实现相对于静平台1的三维移动。环形阵列光源4固定在动平台3的外侧，相机5的后端固定在动平台3的内侧，相机5的前端从动平台3和环形阵列光源4的中心圆孔中伸出，环形阵列光源4和相机5同轴布置、用于视觉识别与定位。串联臂6固定在动平台3的内侧，能够实现相对于动平台3的二维转动。贴标机械手7固定在串联臂6的末端，用来实现机器人的贴标工作。
并联支链2包括：并联电机2-1，并联安装板2-2，并联传动轴系2-3，主动臂2-4和从动臂2-5。并联传动轴系2-3包括：并联电机座2-3-1，并联联轴器2-3-2，并联传动轴2-3-3，并联套杯2-3-4，并联角接触球轴承2-3-5和并联端盖2-3-6。从动臂2-5包括：拉杆连接轴2-5-1，球头机构2-5-2，拉杆连接板2-5-3和拉杆2-5-4。并联安装板2-2为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接并联电机2-1和并联电机座2-3-1，并联电机座2-3-1从并联安装板2-2的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到静平台1上。并联电机2-1的输出轴通过联轴器2-3-2与并联传动轴2-3-3的左端连接。两个并联角接触球轴承2-3-5成对面对面安装，两个并联角接触球轴承2-3-5之间安装轴套定位轴承内圈。并联传动轴2-3-3安装成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的并联角接触球轴承2-3-5进行轴向定位。成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴承外圈左端通过并联套杯2-3-4定位，右端通过并联端盖2-3-6定位。并联套杯2-3-4和并联端盖2-3-6一并通过螺栓固定到并联电机座2-3-1的右端面上。主动臂2-4的后端通过键与并联传动轴2-3-3连接，主动臂2-4的后端沿并联传动轴2-3-3轴线方向左端设置有套筒，右端设置有锁紧螺母进行轴向定位。主动臂2-4的前端通过键与从动臂2-5后端的拉杆连接轴2-5-1连接，主动臂2-4的前端沿拉杆连接轴2-5-1轴线方向一端设置有轴肩，另一端设置有螺母进行轴向定位，主动臂2-4的转动轴线与静平台1平行。拉杆连接轴2-5-1两端为螺纹孔，一端为正牙另一端为反牙，其中一端攻有外螺纹以安装固定主动臂2-4的螺母，球头机构2-5-2为L形，一端为螺杆，另一端为螺纹孔，拉杆2-5-4中间设置有一个通孔，两端为螺纹，一端为正牙另一端为反牙，两根拉杆2-5-4两端分别连接到四个球头机构2-5-2的螺纹孔端，两根拉杆2-5-4同一端的两个球头机构2-5-2螺纹端对称安装到拉杆连接轴2-5-1两端的螺纹孔上，两根拉杆2-5-4中间的通孔销接一个拉杆连接板2-5-3，构成平行四边形机构。
动平台3总体上呈圆环状，内侧周向相隔120度均布三个拉杆连接轴支座3-1，采用螺纹连接固定。动平台3的外侧和环形阵列光源4采用螺纹连接固定。三个拉杆连接轴支座3-1的安装中心轴线与主动臂2-4的转动轴线两两对应平行，保证拉杆连接轴支座3-1与主动臂2-4中心同轴。从动臂2-5前端的拉杆连接轴2-5-1通过键与拉杆连接轴支座3-1连接，拉杆连接轴支座3-1沿拉杆连接轴2-5-1轴线方向一端设置有轴肩，另一端设置有螺母进行轴向定位。动平台3的内侧安装L形的相机支架5-1，相机支架5-1用于固定相机5，相机5的镜头端通过动平台3的圆环孔伸出，与环形阵列光源4处于同一侧。
串联臂6包括：上臂安装板6-1，上臂电机6-2，上臂传动轴系6-3，前臂安装板6-4，前臂电机6-5和前臂传动轴系6-6。上臂传动轴系6-3包括：上臂电机座6-3-1，上臂联轴器6-3-2，上臂传动轴6-3-3，上臂套杯6-3-4，上臂角接触球轴承6-3-5，上臂端盖6-3-6和上臂连接座6-3-7。前臂传动轴系6-6包括：前臂电机座6-6-1，前臂联轴器6-6-2，前臂传动轴6-6-3，前臂套杯6-6-4，前臂角接触球轴承6-6-5，前臂端盖6-6-6和前臂连接座6-6-7。上臂安装板6-1为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接上臂电机6-2和上臂电机座6-3-1，上臂电机座6-3-1从上臂安装板6-1的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到动平台3上。上臂电机6-2的输出轴通过上臂联轴器6-3-2与上臂传动轴6-3-3的左端连接。两个上臂角接触球轴承6-3-5成对面对面安装，两个上臂角接触球轴承6-3-5之间安装轴套定位轴承内圈。并联传动轴2-3-3安装成对使用的并联角接触球轴承2-3-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的上臂角接触球轴承6-3-5进行轴向定位。成对使用的上臂角接触球轴承6-3-5的轴承外圈左端通过上臂套杯6-3-4定位，右端通过上臂端盖6-3-6定位。上臂套杯6-3-4和上臂端盖6-3-6一并通过螺栓固定到上臂电机座6-3-1的右端面上。前臂安装板6-4为L形，其中一面开设圆形通孔、通过螺栓连接前臂电机6-5和前臂电机座6-6-1，前臂电机座6-6-1从前臂安装板6-4的圆形通孔中伸出，另一面通过螺栓固定到上臂连接座6-3-7上。前臂电机6-5的输出轴通过前臂联轴器6-6-2与前臂传动轴6-6-3的左端连接。两个前臂角接触球轴承6-6-5成对面对面安装，两个前臂角接触球轴承6-6-5之间安装轴套定位轴承内圈。前臂传动轴6-6-3安装成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5的轴段左端设置有轴肩、右端设置有螺纹、通过两个圆螺母对成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5进行轴向定位。成对使用的前臂角接触球轴承6-6-5的轴承外圈左端通过前臂套杯6-6-4定位，右端通过前臂端盖6-6-6定位。前臂套杯6-6-4和前臂端盖6-6-6一并通过螺栓固定到前臂电机座6-6-1的右端面上。上臂连接座6-3-7整体上呈T字形结构，后端为空心轴结构通过键和上臂传动轴6-3-3连接，后端呈法兰盘结构和前臂安装板6-4实现螺纹连接固定。上臂连接座6-3-7使上臂电机6-2和前臂电机6-5的电机轴轴线垂直。前臂连接座6-6-7和贴标机械手7通过螺纹连接固定。
贴标操作的具体步骤：
首先，将本发明的视觉定位五自由度混联贴标机器人固定在距离成捆圆钢端面适当的位置，使静平台1的中心轴线与成捆圆钢的整体中心轴线同轴。然后，调整动平台3的位置使其对准成捆圆钢端面中心位置，为避免串联臂6影响视觉定位工作，调整串联臂6的位姿使串联臂6和贴标机械手7处于动平台3的下方，并以视觉定位时的位姿作为机器人工作的初始位姿，每捆圆钢到达预定位置后，机器人调整至初始位姿，进行视觉定位工作。视觉定位工作结束后，环形阵列光源4和相机5便不再工作，贴标机械手7可在整个机器人的工作空间内自由运动。
贴标工作中标签在固定位置制备并放置，视觉定位工作使得机器人可识别成捆圆钢中每根圆钢的端面并准确定位端面中心点，这样机器人就得到了吸取标签和粘贴标签的目标位姿。同时驱动三个并联电机2-1、上臂电机6-2和前臂电机6-5，使得贴标机械手7末端处于标签正上方并吸取标签，然后同时驱动三个并联电机2-1、上臂电机6-2和前臂电机6-5，使得贴标机械手7末端处于识别得到的第一根圆钢端面中心并将标签贴附其端面。如此往复，依次完成整捆圆钢中每一根圆钢端面的贴标工作。