一种索杆复合驱动的并联码垛机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业机器人领域，特别是一种索杆复合驱动的并联码垛机器人。
【背景技术】
[0002]随着机械自动化水平的提高，码垛机器人在机床下料、自动装配流水线、搬运码垛、集装箱等自动搬运作业领域的应用日益广泛。现广泛使用的码垛机器人是以关节型码垛机器人为代表的串联码垛机器人。以关节型码垛机器人为例，其具有结构紧凑、动作灵活、占地面积小的优点，但开链式串联码垛机器人具有机器人手臂重量大、惯量大、关节累积误差等问题，难以做到高速重载的要求。
【发明内容】
[0003]本发明针对串联码垛机器人的确缺陷和不足，提供一种索杆复合驱动的并联码垛机器人。本发明的驱动电机都安装在机架上，能克服现有码垛机器人机构中电机安装在其铰链处、导致的手臂笨重、惯量大的问题；本发明还采用柔索并联机构，避免了传统开链式串联码垛机器人刚性差、关节误差累积等问题。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
一种索杆复合驱动的并联码垛机器人，包括机架，其特征在于:所述机架上设有基座驱动机构，所述基座驱动机构上安装有转矩传输机构，所述转矩传输机构顶端安装有顶部齿轮箱，所述顶部齿轮箱上活动连接有吊臂，吊臂的活动端头上还设有机械臂末端工具用于操作工作对象，还包括3个钢丝绳驱动器和对应的三根钢丝绳，所述3个钢丝绳驱动器位于机架上，均匀围绕分布在基座驱动机构周围，所述基座机构包括基座驱动内转矩结构和基座驱动外转矩结构，所述基座驱动内转矩结构和基座驱动外转矩结构分别由驱动电机驱动产生内转矩外转矩，所述钢丝绳依次穿在基座驱动外转矩机构、转矩传输机构、顶部齿轮箱到达钢丝绳驱动器上，所述钢丝绳驱动器驱动钢丝绳传递外转矩到顶部齿轮箱，所述内转矩经转矩传输机构到顶部齿轮箱，经过顶部齿轮箱转换驱动前臂的转动与起吊动作，达到采用柔索与连杆复合驱动实现整个机器人执行搬运码垛动作。
[0005]所述基座驱动机构包括基座，所述基座的上方设有基座内转矩输出轴，所述基座的下方设有基座外转矩传输轴；所述基座外转矩传输轴上方固定至基座内，所述基座内转矩输出轴下方固定在基座外转矩传输轴内；所述基座内转矩输出轴上还安装有齿轮B，还包括驱动电机A，所述驱动电机A的输出轴上设有齿轮A，所述齿轮A和齿轮B相啮合，所述驱动电机A经齿轮A和齿轮B驱动基座内转矩输出轴；
所述基座外转矩传输轴下方固定安装有基座转矩输出盘；所述基座外转矩传输轴上还安装有齿轮D ;还包括驱动电机B，所述述驱动电机B安装在基座一侧，所述驱动电机B的输出轴上设有齿轮C，所述齿轮C和齿轮D相啮合，所述驱动电机B经齿轮C和齿轮D驱动基座外转矩输出轴，而基座外转矩传输轴带动安装在其下方的基座转矩输出转盘转动；
所述基座内转矩输出轴和基座外转矩输出轴同轴独自转动相互不受干扰，按照传统搬运码垛作业的工作环境，基座驱动机构的两路转矩输出轴轴线与水平面夹角为四十五度，达到工作空间的使用率最大化。
[0006]所述转矩传输机构包括双万向联轴器中间轴，双万向联轴器中间轴的下方和上方分别设有万向联轴节一和万向联轴节二，所述下方万向联轴节一另一端连接基座内转矩传输轴，所述上方万向联轴节二另一端连接顶部齿轮箱的转矩输入轴，将基座内转矩传输轴的内转矩沿双万向联轴器中间轴向上传递。
[0007]所述顶部齿轮箱包括齿轮箱体，还包括位于齿轮箱体内的齿轮箱转矩输入机构、齿轮箱上转矩输出机构、齿轮箱下转矩输出机构；
所述齿轮箱转矩输入机构包括齿轮箱转矩输入轴以及齿轮箱转矩输入盘，所述齿轮箱转矩输入轴固定在齿轮箱转矩输入盘内；所述齿轮箱转矩输入盘上还设有青铜耐磨环以及青铜耐磨环限位环，通过青铜耐磨环限位环将青铜耐磨环限定在齿轮箱转矩输入盘上，保留其绕齿轮箱转矩输入盘轴线转动一个自由度；齿轮箱体和青铜耐磨环固定连接；
所述基座转矩输出转盘和所述齿轮箱转矩输入盘上还分别均匀安装有六个钢丝绳关节轴承一和钢丝绳关节轴承二，所述钢丝绳关节轴承一通过关节轴承端盖固定在基座转矩输出转盘上，所述关节轴承端盖通过轴承端盖固定螺钉进行固定；所述钢丝绳关节轴承一内设有钢丝绳连接卡头，转矩传输钢丝绳通过钢丝绳连接卡头安装至钢丝绳端关节轴承上，钢丝绳连接卡头具有一定锥度，可利用变形将转矩传输钢丝绳自动卡死，所述钢丝绳关节轴承二在齿轮箱转矩输入盘上的安装方式以及内部设置同钢丝绳关节轴承一；六根转矩传输钢丝绳两端分别安装到钢丝绳关节轴承一和钢丝绳关节轴承二内，基座转矩输出转盘在驱动电机B驱动下转动时，所述转矩传输钢丝绳随基座转矩输出转盘转动，完成外转矩的向上传递。
[0008]所述的钢丝绳关节轴承一和钢丝绳关节轴承二的球心在同一平面上，保证转矩传输钢丝绳的竖直，且万向联轴节一和万向联轴节二的中心点分别和钢丝绳关节轴承一和钢丝绳关节轴承二的球心在同一平面，以满足机构运动的几何要求
所述齿轮箱下转矩输出机构包括齿轮箱下转矩输出轴，所述齿轮箱下转矩输出轴下部钻有两个通孔用于安装前臂与副前臂；
所述齿轮箱上转矩输出机构包括顶部齿轮箱上转矩输出轴，所述顶部齿轮箱上转矩输出轴上设有钢丝卷筒，
所述齿轮箱转矩输入轴上安装有锥齿轮C、所述齿轮箱上转矩输出轴上安装有锥齿轮B，锥齿轮C和齿轮B相啮合，齿轮箱转矩输入轴上的转矩通过锥齿轮C、锥齿轮B与顶部齿轮箱上转矩输出轴传至钢丝卷筒带动其旋转。
[0009]所述齿轮箱转矩输入盘上安装有锥齿轮D，所述顶部齿轮箱下转矩输出轴上安装有锥齿轮A，所述锥齿轮D和锥齿轮A相啮合，齿轮箱转矩输入盘上的转矩传通过锥齿轮D和锥齿轮A传输至顶部齿轮箱下转矩输出轴上，驱动其旋转。
[0010]所述齿轮箱体还安装有钢丝绳导向装置、钢丝绳定位装置以及三个均匀分布的钢丝绳拉环。
[0011]所述钢丝绳导向装置包括钢丝绳导向装置安装座、空心转轴、滑轮组固定座，所述空心转轴固定在钢丝绳导向装置安装座上，所述滑轮组固定座安装在空心转轴上并随其一起转动，所述滑轮组固定座上安装有均匀分布的四个相切的滑轮A与钢丝绳限位块，所述滑轮A与钢丝绳限位块通过滑轮固定螺栓与螺母与垫圈安装在滑轮组固定座上，所述四个相切的滑轮A的每个滑轮A的绳槽均为四分之一圆，钢丝绳限位块可对钢丝绳进行限位，当钢丝绳角度发生变化时，钢丝绳对钢丝绳限位块以作用力拨动钢丝绳限位块使空心转轴旋转，从而调整滑轮A的角度使其方向与钢丝绳保证一致。
[0012]所述吊臂包括前臂与副前臂，所述前臂与副前臂后端安装在顶部齿轮箱下转矩输出轴下部，前端安装有腕部驱动电机安装平台，所述腕部驱动电机安装平台上安装有腕部驱动电机，所述前臂、副前臂与腕部驱动电机安装平台构成平行四边形，从而保证了腕部的姿态；所述前臂前端还连接有钢丝绳，所述钢丝绳另一端先通过钢丝绳导向装置上的四个相切的滑轮A构成的圆孔并穿过空心转轴，再通过滑轮B的绳槽构成的圆孔，最终绕在钢丝卷筒上，通过该钢丝绳的伸缩驱动吊臂上下摆动；
所述转矩传输钢丝绳穿过从钢丝绳关节轴二出来后绳经过顶部齿轮箱上的钢丝绳拉环后连接安装在机架上的钢丝绳驱动器。
[0013]本发明突出优点在于:
I)、通过柔索驱动顶部齿轮箱与转矩传出机构做二自由度的空间运动，能实现较大工作空间的码垛作业。
[0014]2)、具有柔索并联机构、刚度大、承载能力强、安全性强、累积误差小、运动速度高，轨迹灵活多变的优点，
3)、利用转矩传输机构将动力装置转至基座，充分减少了机器运动部分的质量。机器运动惯量小、动力学性能好，更能满足高速重载搬运码垛的要求。
[0015]4)、设计的机器人具有较好的动力学性能，能较好的满足高速重载的搬运码垛要求。
【附图说明】
[0016]图1是索杆复合驱动的并联码垛机器人工作效果图；
图2是索杆复合驱动的并联码垛机器人工作效果图；
图3是基座驱动机构爆炸视图；
图4是基座驱动部分内转轴结构图；
图5是基座驱动部分外转轴结构图；
图6是转矩传输机构结构示意图；
图7是转矩传输钢丝绳端连接装置结构示意图；
图8是顶部齿轮箱结构示意图；
图9是顶部齿轮箱部分构件爆炸视图；
图10是顶部齿轮箱钢丝导向装置爆炸视图；
图11是顶部钢丝绳定位装置爆炸视图；
图12是吊臂结构示意图。
[0017]图中:1、钢丝绳驱动器；2、底部驱动机构；3、转矩传输机构；4、钢丝绳；
5、顶部齿轮箱；6、吊臂；7、机械臂末端工具；8、工作对象；
2.1驱动电机A ;2.2齿轮A ;2.3齿轮B ;2.4基座内转矩传输轴；2.5驱动电机B ;2.6齿轮C ；2.7关节轴承端盖；2.8轴承端盖固定螺钉；2.9基座转矩输出转盘固定螺钉；2.10基座转矩输出转盘；2.11基座外转矩传输轴；2.12基座；
2.13轴用挡圈A ；2.14轴承A ; 2.15轴