专利名称：单电机驱动式变胞码垛机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于搬运、码垛机领域，特别是一种单电机驱动式变胞码垛机。
背景技术：
码垛机广泛应用于大型仓库中货物的搬运及码放，对于货物，传统的码垛方式要先将货物搬放在木质或塑料质托盘上，再由叉车将托盘连同货物举起、转移、摆放在货架上，在大型仓库中，一般托盘尺寸固定，但货物尺寸不定，且不同货物尺寸相差较大，对于不同的货物，使用同一种托盘必然会造成空间的浪费，货物的托盘属于消耗品，使用过程中易损坏，加大了货物仓储的成本。现有码垛机有液压驱动式和电机驱动式。液压式码垛机有启动较差、液压油泄漏、工作无力等现象，随着码垛机功能的增加，其液压系统越来越复杂，造成其故障的出现更具有突出性、隐蔽性。传统电机驱动式码垛机的电机安装在机械臂上，这样会导致机械手臂刚性差、惯量大，且关节误差容易累积。本装置采用电机驱动，电机安装在车体上，能有效克服液压式码垛机维护保养困难、漏油以及传统电动式码垛机刚性差、惯量大、关节误差累积等的各自缺点。变胞机构是近二十年机构学领域一项新的发现。变胞机构具有多功能阶段变化特征，多拓扑结构变化特征，多自由度变化特征。此类机构能在不同的状态下改变机构自由度，从而适应不同阶段的功能要求。目前能应用于工程实际的变胞机构还很少。申请号为201110184520.9的专利中提出过一种变胞机构式码垛机器人机构，其原理是利用一个限位块来改变构件数进而实现变胞，但是这种变胞机构只能用于货物的升举阶段，对于货物的抓取，还需要额外的装置配合完成，且该机构需要两台电机配合完成输出所需要的轨迹，又会增加控制系统设计的困难程度。力变胞是指在待消失运动副的运动方向预先施加一定量的阻止运动的力，如弹簧等，在工作阻力小于该阻止作用力时，则该运动副不产生相对运动，使得被连接的两构件没有相对运动而被固结一个构件作用；当在工作过程中产生的力大于预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动时，该机构具有另一种特性，实现变胞机构的功能。这在欠驱动多自由度机构中得到应用。
发明内容本实用新型目的在于提供一种单电机驱动式变胞码垛机，利用力变胞的方式实现机构的变胞功能，只需要一台驱动电机就能完成货物的抓取、抬升、码放等工作，并且能有效克服液压式码垛机维护保养困难、漏油以及传统电动式码垛机刚性差、惯量大、关节误差累积等的各自缺点。本实用新型通过以下技术来达到上述目的:所述单电机驱动式变胞码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构。所述控制机构由车体、驱动电机、主动杆、第一连杆、活动抓手组成，主动杆一端通过第一转动副与车体连接，主动杆由驱动电机驱动，驱动电机固定在车体上，主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第三转动副与活动抓手连接。所述升举机构由车体、支撑臂、弹簧、第一前臂、第二前臂、固定抓手组成，支撑臂2与车体固联，第一前臂通过第四转动副与支撑臂连接，第一前臂另一端通过第五转动副与固定抓手连接，第二前臂通过第六转动副与支撑臂连接，第二前臂另一端通过第七转动副与固定抓手连接，弹簧一段通过第八转动副与支撑臂连接，弹簧另一端通过第九转动副与第一前臂连接。所述抓取机构由第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、固定抓手、活动抓手组成，第二连杆通过第十转动副与固定抓手连接，第二连杆另一端通过第十一转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第十二转动副与活动抓手连接，第四连杆通过第十三转动副与固定抓手连接，第四连杆另一端通过第十四转动副与第三连杆连接，第五连杆一端通过第十五转动副与固定抓手连接，第五连杆另一端通过第十六转动副与第六连杆连接，第六连杆另一端通过第十七转动副与活动抓手连接，第七连杆一端通过第十八转动副与固定抓手连接，第七连杆另一端通过第十九转动副与第六连杆连接，第八连杆一端通过第二十转动副与第二连杆连接，第八连杆另一端通过第二十一转动副与第五连杆连接。所述码垛机变胞功能实现方法由以下步骤构成:由弹簧阻止待消失的转动副的转动来实现。码垛机工作前，弹簧在待消失的第四转动副的转动方向上施加一定量的阻止转动的力，第四转动副不产生相对转动，第一前臂、第二前臂以及固定抓手保持在下极限位置，固结成一个变胞构件。码垛机工作时，主动杆转动，推动活动抓手沿水平直线向前运动，直到抓紧货物时活动抓手到达极限位置，此时活动抓手、固定抓手、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆以及第八连杆固结成一个构件。主动杆继续转动，产生的力将大于弹簧预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动，实现力变胞功能，举起货物。本实用新型的突出优点在于:1、利用力变胞的方法，使用一台电机完成货物的抓取、抬升、码放，控制简单，保养维护方便，节约能源；2、采用外副驱动闭链传动的方式，刚性高、承载能力强、误差累积小、控制精度闻;3、驱动电机安装在车体上，杆件能做成轻杆，运动惯量小，动力学性能好。
图1为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的整体结构示意图。图2为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的主视图。图3为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第一局部示意图。图4为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第二局部示意图。图5为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第一种变胞结构的机构简图。图6为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第二种变胞结构的机构简图。图7为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第一种变胞结构的拓扑图。图8为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第二种变胞结构的拓扑图。[0025]图9为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第一种工作状态正视图。图10为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第一种工作状态侧视图。图11为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第二种工作状态正视图。图12为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第二种工作状态侧视图。图13为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第三种工作状态正视图。图14为本实用新型所述单电机驱动式变胞码垛机的第三种工作状态侧视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。对照图1和图2，所述控制机构由车体1、驱动电机8、主动杆9、第一连杆10、活动抓手7组成，主动杆9 一端通过第一转动副24与车体I连接，主动杆9由驱动电机8驱动，驱动电机8固定在车体I上，主动杆9另一端通过第二转动副25与第一连杆10连接，第一连杆10另一端通过第三转动副38与活动抓手7连接。对照图1和图2，所述升举机构由车体1、支撑臂2、弹簧3、第一前臂4、第二前臂
5、固定抓手6组成，支撑臂2与车体I固联，第一前臂4通过第四转动副18与支撑臂2连接，第一前臂4另一端通过第五转动副20与固定抓手6连接，第二前臂5通过第六转动副19与支撑臂2连接，第二前臂5另一端通过第七转动副21与固定抓手6连接，弹簧3 —段通过第八转动副22与支撑臂2连接，弹簧3另一端通过第九转动副23与第一前臂4连接。对照图3和图4，所述抓取机构由第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13、第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16、第八连杆17、固定抓手6、活动抓手7组成，第二连杆11通过第十转动副26与固定抓手6连接，第二连杆11另一端通过第十一转动副27与第三连杆12连接，第三连杆12另一端通过第十二转动副28与活动抓手7连接，第四连杆13通过第十三转动副29与固定抓手6连接，第四连杆13另一端通过第十四转动副30与第三连杆12连接，第五连杆14 一端通过第十五转动副31与固定抓手6连接，第五连杆14另一端通过第十六转动副32与第六连杆15连接,第六连杆15另一端通过第十七转动副33与活动抓手7连接，第七连杆16 —端通过第十八转动副34与固定抓手6连接，第七连杆16另一端通过第十九转动副35与第六连杆15连接,第八连杆17 —端通过第二十转动副36与第二连杆11连接，第八连杆17另一端通过第二i^一转动副37与第五连杆14连接。对照图2，第一前臂4与第二前臂5等长平行，构成平行四边形机构，使固定抓手6与活动抓手7在运动过程中始终保持垂直。对照图3和图4，第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13、第十转动副26、第十一转动副27、第十三转动副29以及第十四转动副30有特定的尺寸及位置关系，使第二连杆11和第三连杆12转动时，第十二转动副28的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。对照图3和图4，第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16、第十五转动副31、第十六转动副32、第十八转动副34以及第十九转动副35有特定的尺寸及位置关系，使第五连杆14和第六连杆15转动时，第十七转动副33的轴线的运动轨迹为一条水平的直线。对照图3和图4，第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13与第五连杆14、第六连杆
15、第七连杆16为重复结构， 第七连杆16实为一根虚约束杆，其功能在于增加构件的刚度，使构件受力均匀。[0039]对照图3和图4，第十转动副26、第十五转动副31的轴线距离，与第二十转动副36、第二i^一转动副37的轴线距离相等；第十转动副26、第二十转动副36的轴线距离，与第十五转动副31、第二十一转动副37的轴线距离相等，使第二连杆11、第五连杆14、第八连杆17构成平行四边形机构，从而使第二连杆11与第五连杆14同步转动，第四连杆13与第七连杆16同步转动，第三连杆12与第六连杆15同步转动，进而使活动抓手7的运动轨迹为一条水平的直线。对照图5、图9、图10、图11和图12，码垛装置工作前，弹簧3在待消失的第四转动副18的转动方向上施加一定量的阻止转动的力,第四转动副18不产生相对转动,第一前臂
4、第二前臂5以及固定抓手6保持在下极限位置，固结成一个变胞构件。对照图6、图11、图12、图13和图14，码垛装置工作时，主动杆9转动，推动活动抓手7沿水平直线向前运动，直到抓紧货物时活动抓手7到达极限位置，此时活动抓手7、固定抓手6、第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13、第五连杆14、第六连杆15、第七连杆16以及第八连杆17固结成一个构件。对照图6、图11、图12、图13和图14，主动杆9继续转动，产生的力将大于弹簧3预先设置的阻止力而使变胞构件产生运动， 实现力变胞功能，举起货物。
权利要求1.单电机驱动式变胞码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构，其特征在于，其结构和连接方式为: 所述控制机构由车体、驱动电机、主动杆、第一连杆、活动抓手组成，主动杆一端通过第一转动副与车体连接，主动杆由驱动电机驱动，驱动电机固定在车体上，主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第三转动副与活动抓手连接， 所述升举机构由车体、支撑臂、弹簧、第一前臂、第二前臂、固定抓手组成，支撑臂与车体固联，第一前臂通过第四转动副与支撑臂连接，第一前臂另一端通过第五转动副与固定抓手连接，第二前臂通过第六转动副与支撑臂连接，第二前臂另一端通过第七转动副与固定抓手连接，弹簧一段通过第八转动副与支撑臂连接，弹簧另一端通过第九转动副与第一前臂连接， 所述抓取机构由第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、固定抓手、活动抓手组成，第二连杆通过第十转动副与固定抓手连接，第二连杆另一端通过第十一转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第十二转动副与活动抓手连接，第四连杆通过第十三转动副与固定抓手连接，第四连杆另一端通过第十四转动副与第三连杆连接，第五连杆一端通过第十五转动副与固定抓手连接，第五连杆另一端通过第十六转动副与第六连杆连接，第六连杆另一端通过第十七转动副与活动抓手连接，第七连杆一端通过第十八转动副与固定抓手连接，第七连杆另一端通过第十九转动副与第六连杆连接，第八连杆一端通过第二十转动副与第二连杆连接，第八连杆另一端通过第二十一转动副与第五连杆连接。
专利摘要本实用新型涉及一种单电机驱动式变胞码垛机，包括控制机构、升举机构和抓取机构。所述变胞码垛机采用力变胞法，在工作过程中其自身的拓扑结构能根据需要自动改变。所述变胞码垛机在进行抓取阶段任务时，其拓扑结构为抓取机构，在进行抬升阶段任务时，其拓扑结构为升举机构。本码垛机只需要一台电机驱动，连杆传动，能够根据货物的不同尺寸实现变胞功能，进行码垛。本实用新型能够克服已有产品液压元件加工精度要求高、统码垛方式需要托盘的缺点，并且制造成本低，保养维护方便。
文档编号B25J9/06GK203003895SQ201220731089
公开日2013年6月19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, 高德中, 潘宇晨, 胥刚, 于腾, 丁侃, 吕姗姗, 王小纯 申请人:广西大学