专利名称：大工作空间码垛机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器人领域，特别是大工作空间码垛机器人。
背景技术：
码垛机器人广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、搬运 码垛、集装箱等的自动搬运作业当中。现有的码垛机器人主要有直角坐标型、圆柱坐标型以 及关节型三种结构类型。其中关节型码垛机器人因其机构紧凑、动作灵活、占地面积小、工 作空间大等优点，已逐步成为码垛机器人最主要的结构形式。但这类传统开链式串联结构 的码垛机器人的驱动电机都需要安装在关节处，导致机器人手臂重量大、刚性差、惯量大、 关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，难以满足高速重载搬运码垛的要求。发明内容
本发明的目的在于提供大工作空间码垛机器人，所有驱动电机都安装在机架上， 能解决传统开链式串联码垛机器人的电机安装在其铰链处，导致的手臂笨重、刚性差、惯量 大、关节误差累积等问题，机器人具有较好动力学性能，能较好满足高速重载搬运码垛的要 求。
本发明通过以下技术方案达到上述目的大工作空间码垛机器人，包括大臂摆动 支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。所述机架安装在 回转平台上，实现整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。
所述大臂摆动支链由第一直线驱动器、大臂、中臂、小臂、末端执行器以及机架连 接而成，第一直线驱动器一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与大 臂连接，所述大臂一端通过第三转动副连接到机架上，另一端通过第四转动副与中臂连接， 所述中臂为折杆，中间弯折部分有第四转动副，中臂一端通过第四转动副与大臂连接，另一 端通过第五转动副与小臂连接，所述小臂为折杆，中间弯折部分有第五转动副，小臂一端通 过第五转动副与中臂连接，另一端通过第六转动副与末端执行器连接。
所述中臂摆动支链由第一主动杆、第一连杆、中臂以及机架组成，第一主动杆一端 通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第八转动副与第一连杆连接，第一连杆一端通 过第八转动副与第一主动杆连接，另一端通过第九转动副与中臂连接，所述第一主动杆由 第一伺服电机驱动。
所述小臂摆动支链由第二直线驱动器、中臂、小臂以及机架组成，第二直线驱动器 一端通过第十转动副与中臂连接，另一端通过第十一转动副与小臂连接，所述小臂一端通 过第十一转动副与第二直线驱动器连接，另一端通过第六转动副与末端执行器连接。
所述姿态保持支链由第二连杆、第一姿态保持架、第三连杆、第二姿态保持架、第 四连杆连接而成，所述第二连杆一端通过第十二转动副连接到机架上，另一端通过第十三 转动副与第一姿态保持架连接，所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十三转动副 与第二连杆连接，通过第四转动副与大臂摆动支链连接，通过第十四转动副与第三连杆连接，所述第三连杆一端通过第十四转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十五转动 副与第二姿态保持架连接，所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十五转动副与第 三连杆连接，通过第五转动副与大臂摆动支链连接，通过第十六转动副与第四连杆连接，所 述第四连杆一端通过第十六转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十七转动副与末 端执行器连接，所述第三转动副、第四转动副、第十二转动副、第十三转动副在机器人工作 过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第四转动副、第五转动副、第十四转动副、第 十五转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第五转动副、第六 转动副、第十六转动副、第十七转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结 构。
所述末端执行器上部通过第六转动副与大臂摆动支链连接，通过第十七转动副与 姿态保持支链的第四连杆连接，末端执行器下部通过轴线方向竖直的第十八转动副与电磁 夹紧装置连接。
所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。
本发明的突出优点在于
1、通过大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链的组合运动输出，能实现较大 工作空间的搬运码垛作业，且轨迹灵活多变，机器人具有较强柔性化输出的能力；
2、此码垛机构主动件驱动方式灵活多变，可选用伺服电机驱动，不仅环保，而且易 于实现远程控制，降低工人劳动强度；
3、所有伺服电机均安装在机架上，杆件做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能 好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。
图1为本发明所述大工作空间码垛机器人的整体结构示意图。
图2为本发明所述大工作空间码垛机器人的大臂摆动支链结构示意图。
图3为本发明所述大工作空间码垛机器人的中臂摆动支链结构示意图。
图4为本发明所述大工作空间码垛机器人的小臂摆动支链结构示意图。
图5为本发明所述大工作空间码垛机器人的姿态保持支链结构示意图。
图6为本发明所述大工作空间码垛机器人的末端执行器结构示意图。
图7为本发明所述大工作空间码垛机器人安装在回转平台上的第一种工作状态 示意图。
图8为本发明所述大工作空间码垛机器人安装在回转平台上的第二种工作状态 示意图。
图9为本发明所述大工作空间码垛机器人安装在回转平台上的第三种工作状态 示意图。
图10为本发明所述大工作空间码垛机器人安装在回转平台上的第四种工作状态 示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
对照图1、7、8、9和10，大工作空间码垛机器人，包括大臂摆动支链、中臂摆动支 链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现 整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。
对照图1、2，所述大臂摆动支链由第一直线驱动器4、大臂7、中臂9、小臂11、末端 执行器32以及机架2连接而成，第一直线驱动器4 一端通过第一转动副3连接到机架2上， 另一端通过第二转动副5与大臂7连接，所述大臂7 —端通过第三转动副6连接到机架2 上，另一端通过第四转动副8与中臂7连接，所述中臂7为折杆，中间弯折部分有第四转动 副8，中臂7 —端通过第四转动副8与大臂7连接，另一端通过第五转动副10与小臂11连 接，所述小臂11为折杆，中间弯折部分有第五转动副10，小臂一端通过第五转动副10与中 臂11连接，另一端通过第六转动副12与末端执行器32连接。
对照图1、3，所述中臂摆动支链由第一主动杆25、第一连杆27、中臂9以及机架2 组成，第一主动杆25 —端通过第七转动副24连接到机架2上，另一端通过第八转动副26 与第一连杆27连接,第一连杆27 —端通过第八转动副26与第一主动杆25连接,另一端通 过第九转动副28与中臂9连接，所述第一主动杆25由第一伺服电机35驱动。
对照图1、4，所述小臂摆动支链由第二直线驱动器30、中臂9、小臂11以及机架2 组成，第二直线驱动器30 —端通过第十转动副29与中臂9连接，另一端通过第十一转动副 31与小臂11连接，所述小臂11 一端通过第十一转动副26与第二直线驱动器30连接，另一 端通过第六转动副12与末端执行器32连接。
对照图1、2和5，所述姿态保持支链由第二连杆22、第一姿态保持架20、第三连杆 18、第二姿态保持架16、第四连杆14连接而成，所述第二连杆14 一端通过第十二转动副23 连接到机架2上，另一端通过第十三转动副21与第一姿态保持架20连接，所述第一姿态保 持架20上面有三个铰孔，通过第十三转动副21与第二连杆22连接，通过第四转动副8与大 臂摆动支链连接，通过第十四转动副19与第三连杆18连接，所述第三连杆18 —端通过第 十四转动副19与第一姿态保持架20连接，另一端通过第十五转动副17与第二姿态保持架 16连接，所述第二姿态保持架16上面有三个铰孔，通过第十五转动副17与第三连杆18连 接，通过第五转动副10与大臂摆动支链连接，通过第十六转动副15与第四连杆14连接，所 述第四连杆14 一端通过第十六转动副15与第二姿态保持架15连接，另一端通过第十七转 动副13与末端执行器32连接，所述第三转动副6、第四转动副8、第十二转动副23、第十三 转动副21在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第四转动副8、第五 转动副10、第十四转动副19、第十五转动副17在机器人工作过程中组成并始终保持平行四 边形结构，所述第五转动副10、第六转动副12、第十六转动副15、第十七转动副13在机器人 工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。
对照图1、2、4、5和6，所述末端执行器32上部通过第六转动副12与大臂摆动支链 连接，通过第十七转动副13与姿态保持支链的第四连杆14连接，末端执行器32下部通过 轴线方向竖直的第十八转动副34与电磁夹紧装置连接。
对照图2、3和4，所述机架安装在回转平台I上，实现整个机器人大工作空间的搬 运码垛工作。
对照图7、8、9和10，机器人工作时，通过可控连杆机构、直线驱动器和四杆机构的 组合运动输出，能实现轨迹灵活多变、工作空间较大的搬运码垛作业。当末端执行器32运动到物件处时，通过大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链的组合运动，同时配合回转平台I的回转运动，实现机器人抓取、搬运、卸料的搬运码垛作业。在工作过程中，姿态保持支链的三组平行四边形结构能保证末端执行器32始终保持水平状态。·
权利要求
1.大工作空间码垛机器人，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架，其特征在于，其结构和连接方式为 所述大臂摆动支链由第一直线驱动器、大臂、中臂、小臂、末端执行器以及机架连接而成，第一直线驱动器一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与大臂连接，所述大臂一端通过第三转动副连接到机架上，另一端通过第四转动副与中臂连接，所述中臂为折杆，中间弯折部分有第四转动副，中臂一端通过第四转动副与大臂连接，另一端通过第五转动副与小臂连接，所述小臂为折杆，中间弯折部分有第五转动副，小臂一端通过第五转动副与中臂连接，另一端通过第六转动副与末端执行器连接， 所述中臂摆动支链由第一主动杆、第一连杆、中臂以及机架组成，第一主动杆一端通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第八转动副与第一连杆连接，第一连杆一端通过第八转动副与第一主动杆连接，另一端通过第九转动副与中臂连接，所述第一主动杆由第一伺服电机驱动， 所述小臂摆动支链由第二直线驱动器、中臂、小臂以及机架组成，第二直线驱动器一端通过第十转动副与中臂连接，另一端通过第十一转动副与小臂连接，所述小臂一端通过第十一转动副与第二直线驱动器连接，另一端通过第六转动副与末端执行器连接， 所述姿态保持支链由第二连杆、第一姿态保持架、第三连杆、第二姿态保持架、第四连杆连接而成，所述第二连杆一端通过第十二转动副连接到机架上，另一端通过第十三转动副与第一姿态保持架连接，所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十三转动副与第二连杆连接，通过第四转动副与大臂摆动支链连接，通过第十四转动副与第三连杆连接，所述第三连杆一端通过第十四转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十五转动副与第二姿态保持架连接，所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十五转动副与第三连杆连接，通过第五转动副与大臂摆动支链连接，通过第十六转动副与第四连杆连接，所述第四连杆一端通过第十六转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十七转动副与末端执行器连接，所述第三转动副、第四转动副、第十二转动副、第十三转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第四转动副、第五转动副、第十四转动副、第十五转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第五转动副、第六转动副、第十六转动副、第十七转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构， 所述末端执行器上部通过第六转动副与大臂摆动支链连接，通过第十七转动副与姿态保持支链的第四连杆连接，末端执行器下部通过轴线方向竖直的第十八转动副与电磁夹紧装置连接， 所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。
全文摘要
本发明涉及一种大工作空间码垛机器人，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。机器人通过大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链的组合运动完成大工作空间、灵活多变轨迹输出的搬运码垛工作。在工作过程中，姿态保持支链的三组平行四边形结构能保证末端执行器始终保持水平状态。所有伺服电机均安装在机架上，杆件都能做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。
文档编号B65G61/00GK103029995SQ20121057657
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者蔡敢为, 张金玲, 潘宇晨, 高德中, 王小纯 申请人:广西大学