一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛机，涉及机械手码垛机。本实用新型由抓手（10）、旋转机构（20）、前臂（30）、后臂上梁（40）、后臂下梁（50）、移动机构（60）和驱动回转机构（70）组成；所述的驱动回转机构（70）由第1驱动机构（71）、第2驱动机构（72）和回转机构（73）组成；第1驱动机构（71）和第2驱动机构（72）分别与回转机构（73）连接。本实用新型使用普通的齿轮减速机实现了高精度位置控制；此驱动装置结构简单，造价低廉；用于负荷较大，且位置控制精度要求高的应用场合。
【专利说明】一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机械手码垛机，尤其涉及一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛机。本实用新型涉及现代先进制造业领域，用它可以将零散物品汇集到跺盘上，也可以将跺盘上汇集的物品拆散开来。用它能够代替人工进行码垛和拆垛，是一种智能的转运机械。
【背景技术】
[0002]随着现代科技的迅猛发展，机器人技术已广泛应用于人类社会的各个领域。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人类体力和智力的新一代生产工具，机械手码垛机就是此类众多机器人的一种。
[0003]码垛机的功能，就是将袋装物品或箱装物品码放到跺盘上进行转运。这就要求码垛机除能够输出动力实现搬运以外，还必须能够精确控制运动位置，做到待码物品的精确抓起，并实现在跺盘上准确码放。这就要求在系统控制精度要高的同时，驱动及机械系统精度也必须相应提高。目前国内外普遍采用谐波齿轮减速机以及行星齿轮减速机和其他机构都比较复杂的低背隙减速机做为机械手码垛机的驱动机构。但是谐波减速机工艺结构复杂，制造成本高，目前基本上以进口为主。行星齿轮减速机传递功率有限，目前多以小功率为主。其他减速机也或多或少存在类似的问题。
[0004]齿轮减速机是机械行业应用最为广泛的驱动机构，它技术成熟，结构简单，传递效率高，工作可靠，成本相对低廉。但是由于齿轮间啮合存在间隙，驱动装置通过该减速机传动时，定位精度较差，无法直接用到机械手驱动系统中。
[0005]一般的码垛机器人都为4轴伺服控制系统，其中最重要的为机座的回转机构，此机构，所需功率最大，精度要求最高。机座的减速机目前国内生产都没有过关，全部通过进口，价格高，供货周期长。不利于国内机器人的发展。
[0006]由于国内机械加工的整体工艺水平比较落后，生产的减速机无法达到机器人的精度要求。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛机。
[0008]本实用新型的目的技术方案是:
[0009]通过采用双齿轮减速机共同驱动机械手运动的方法，利用双驱动装置的差动原理，运用现代控制技术，对两套驱动电机的位置分别进行闭环控制，就可以有效消除驱动机构的间隙，达到提高系统定位精度的目的。
[0010]使用双驱动机构，即采用双电机，在速度要求不太高时，可以使用两台普通异步变频电机和变频器；高速时则使用两台伺服电机和伺服驱动器。此两类电机，与齿轮减速机相连，组成驱动系统。该驱动装置驱动机械手的回转台。本机械手码垛机为4轴伺服控制系统，其中最重要的为机座的回转机构，此机构，所需功率最大，精度要求最高。
[0011]对于齿轮和大部分其他减速机而言，由于制造和装配精度的原因，主动轮正转和反转时，与被动轮的接触会存在一定的间隙，该间隙的存在，会直接影响系统定位精度。使用双驱动机构，就是利用两个主动轮可以分别进行控制的原理，在静止时，两轮相向运动，将从动轮夹紧，消除静态间隙。此时记录双主动轮的位置脉冲，此两个驱动装置的位置脉冲，指示系统的同一个位置点，同时，记录此两个驱动装置的脉冲差。其中，一套驱动装置为正转驱动装置，另一套为反转驱动装置。正转时，正转驱动装置出力，反转驱动装置根据位置脉冲，始终与正转驱动装置保持静止时记录的脉冲差，随正转驱动装置运动。同样，在反转时，反转驱动装置出力，正转驱动装置根据位置脉冲，始终与反转驱动装置保持静止时记录的脉冲差，随反转驱动装置运动。这样，无论在静止还是正转和反转，都可以消除齿轮的间隙，达到精确的位置控制。
[0012]具体地说，本机械手码垛机由抓手、旋转机构、前臂、后臂上梁、后臂下梁、移动机构和驱动回转机构组成；
[0013]抓手、旋转机构和前臂的前端依次连接，前臂的后端分别与后臂上梁和后臂下梁的前端相连，后臂上梁和后臂下梁的后端分别与移动机构相连；移动机构和驱动回转机构相连；
[0014]所述的驱动回转机构由第I驱动机构、第2驱动机构和回转机构组成；
[0015]第I驱动机构和第2驱动机构分别与回转机构连接；
[0016]第I驱动机构包括依次连接的第I驱动机构编码器、第I驱动机构刹车器、第I驱动机构电机、第I驱动机构减速机和第I驱动机构驱动齿轮；
[0017]第2驱动机构包括依次连接的第2驱动机构编码器、第2驱动机构刹车器、第2驱动机构电机、第2驱动机构减速机和第2驱动机构驱动齿轮；
[0018]回转机构包括依次连接的回转机构从动轮、回转机构主轴、回转机构主轴轴承和回转机构平台。
[0019]本实用新型具有下列优点和积极效果:
[0020]①使用普通的齿轮减速机实现了高精度位置控制；
[0021]②此驱动装置结构简单，造价低廉；
[0022]③用于负荷较大，且位置控制精度要求高的应用场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的结构示意图；
[0024]图2是驱动回转机构的结构方框图；
[0025]图3是驱动回转机构的结构示意图；
[0026]图4是图3的A-A剖视图；
[0027]图5是图4的局部放大图(第1、2驱动机构驱动齿轮分别与回转机构从动轮啮合情景图)。
[0028]图中:
[0029]IO—抓手；
[0030]20—旋转机构；[0031]30—前臂；
[0032]40—后臂上梁；
[0033]50—后臂下梁；
[0034]60—移动机构；
[0035]70—驱动回转机构，
[0036]71—第I驱动机构， 72—第2驱动机构，
[0037]71.1一第I驱动机构编码器，72.1—第2驱动机构编码器，
[0038]71.2—第I驱动机构刹车器，72.2—第2驱动机构刹车器，
[0039]71.3—第I驱动机构电机，72.3—第2驱动机构电机，
[0040]71.4一第I驱动机构减速机，72.4—第2驱动机构减速机，
[0041]71.5—第I驱动机构驱动齿轮，72.5—第2驱动机构驱动齿轮，
[0042]73—回转机构，
[0043]73.1—回转机构从动轮，73.2—回转机构主轴，
[0044]73.3—回转机构平台，73.4 —回转机构主轴轴承。
【具体实施方式】
[0045]一、结构
[0046]1、总体
[0047]如图1，本实用新型由抓手10、旋转机构20、前臂30、后臂上梁40、后臂下梁50、移动机构60和驱动回转机构70组成；
[0048]其位直和连接关系是:
[0049]抓手10、旋转机构20和前臂20的前端依次连接，前臂20的后端分别与后臂上梁40和后臂下梁50的前端相连，后臂上梁40和后臂下梁50的后端分别与移动机构60相连；移动机构60和驱动回转机构70相连。
[0050]工作机理:
[0051]当控制系统驱动回转机构70时，可以使回转机构70进行330度旋转，位于回转机构70上方的移动机构60通过驱动后臂上梁40和后臂下梁50带动前臂20做上下和前后的二维运动，位于前臂20前端的旋转机构20带动抓手10旋转；这样，抓手10就可以实现包括回转机构70旋转、前臂20上下前后和旋转机构20旋转的四维运动，并抓起待码物品后，就完成码垛任务。
[0052]2、功能部件
[0053]I)抓手 10
[0054]抓手10为通用机构，通过气缸控制开合，当抓手闭合时，可以抓起待码物品(袋子或箱子)，当抓手10打开时，则可以放下被抓起的物品。
[0055]2)旋转机构20
[0056]旋转机构20为通用机构，通过伺服电机及减速机驱动，完成360度的旋转。
[0057]3)前臂 30
[0058]前臂30为通用机构，前臂30与旋转机构20和后臂相连，实现机械手的手臂前部运动。通过后臂上下臂的差动，实现机械手手臂的上下和前后的运动。[0059]4)后臂上梁40和后臂下梁50
[0060]后臂上梁40和后臂下梁50为通用机构，与移动机构60相连，将移动机构60驱动上下梁的运动传递给前臂30，实现机械手手臂上下和前后的2维运动。
[0061]5)移动机构60
[0062]移动机构60为通用机构，移动机构内安装有两台伺服电机，通过滚珠丝杆，分别与后臂上梁40和后臂下梁50相连；机械手控制系统分别驱动后臂上梁40和后臂下梁50，实现对机械手手臂的驱动。
[0063]6 )驱动回转机构70
[0064]驱动回转机构70由第I驱动机构71、第2驱动机构72和回转机构73组成；
[0065]第I驱动机构71和第2驱动机构72分别与回转机构73连接；
[0066]第I驱动机构71包括依次连接的第I驱动机构编码器71.1、第I驱动机构刹车器
71.2、第I驱动机构电机71.3、第I驱动机构减速机71.4和第I驱动机构驱动齿轮71.5 ；
[0067]第2驱动机构72包括依次连接的第2驱动机构编码器72.1、第2驱动机构刹车器
72.2、第2驱动机构电机72.3、第2驱动机构减速机72.4和第2驱动机构驱动齿轮72.5 ；
[0068]回转机构73包括依次连接的回转机构从动轮73.1、回转机构主轴73.2、回转机构主轴轴承73.4和回转机构平台73.3。
[0069]第I驱动机构71和第2驱动机构72的结构相同。
[0070]下述的各功能部件均为通用部件。
[0071]*第I驱动机构编码器71.1
[0072]采用高分辨率旋转编码器，通过减速机后可以分辨到0.5弧分，确保系统精度。若采用伺服电机，则可以直接使用伺服电机自带编码器。由此编码器指示第I驱动机构71的驱动坐标。
[0073]*第I驱动机构刹车器71.2
[0074]该刹车器为第I驱动机构71的安全保护装置，为第I驱动机构电机71.3所属装置，无论选型变频电机还是伺服电机，都必须选择带有提到的刹车器。
[0075]当回转机构平台73.3需要较长时间静止时，为节省电力和防止电机发热，该刹车器动作，然后第I驱动机构电机71.3便可以断电，回转平台73.3就会被该刹车器锁死，不能自行转动。在系统意外断电时，该刹车器断电动作锁死，防止系统失控。
[0076]*第I驱动机构电机71.3:
[0077]该电机是回转机构平台73.3的驱动和定位动力来源。通常情况下采用伺服电机，在定位精度要求较低时，也可以采用变频电机，用以降低成本。
[0078]*第I驱动机构减速机71.4:
[0079]该减速机与第I驱动机构电机71.3相连，用以提高第一驱动机构71的输出转矩，达到驱动回转机构平台73.3的作用。由于本实用新型的消除驱动机构间隙的原理，该减速机的齿间间隙，不会对回转机构平台73.3的定位精度产生明显影响，因此该减速机的选型，可以选用最简单而成熟的齿轮啮合减速机；这种减速机工作可靠，成本低廉。
[0080]*第I驱动机构驱动齿轮71.5:
[0081]由第一驱动机构71输出的动力,通过该驱动齿轮与回转机构从动轮73.1哨合传递给回转机构平台73.3 ;该驱动齿轮正向驱动和反向驱动时，分别扮演驱动和阻力两个角色；正因为此，实现了齿轮间无间隙的驱动。
[0082]*回转机构从动轮73.1
[0083]回转机构从动轮73.1与第I驱动机构驱动齿轮71.5和第2驱动机构驱动齿轮
72.5同时啮合，同时受到两个驱动机构的驱动啮合和阻力啮合。这样，回转机构从动轮
73.1与两个驱动机构将实现无间隙啮合。
[0084]*回转机构主轴73.2
[0085]该回转机构主轴73.2与回转机构从动轮73.1紧密相连，双方不能有相对转动。因为该转动间隙，已经不能通过双驱动机构加以克服，必须用过盈配合，消除此两者的间隙。将驱动机构的转动精确的传递给回转机构平台73.3。
[0086]*回转机构主轴轴承73.4
[0087]回转机构主轴轴承73.4支撑着回转机构主轴73.2以及回转机构平台73.3，整个机械手运动部分和被抓起物体的重量全部加载在此轴承上，其所受轴向力较大，需采用轴向推力轴承。
[0088]*回转机构平台73.3
[0089]回转机构平台73.3与回转机构主轴73.2和移动机构60紧密相连，将第I驱动机构71和第2驱动机构72的转动驱动力传递给移动机构60。
[0090]工作机理:
[0091]控制系统分别对第I驱动机构71和第2驱动机构72进行驱动控制，使其同时作用在回转机构73上，即第I驱动机构驱动齿轮71.5和第2驱动机构驱动齿轮72.5同时作用在回转机构从动轮73.1上(如图2、3、4、5)；
[0092]在静止时，第I驱动机构驱动齿轮71.5和第2驱动机构驱动齿轮72.5相向运动，将回转机构从动轮73.1夹紧，其中第I驱动机构驱动齿轮71.5逆时针旋转，第2驱动机构驱动齿轮72.5顺时针旋转，它们的接触点正好相反，这样就消除了第I驱动机构驱动齿轮71.5和第2驱动机构驱动齿轮72.5和与回转机构从动轮73.1的静态间隙。
[0093]此时记录第I驱动机构编码器71.1和第2驱动机构编码器72.1的位置脉冲，此两个驱动机构编码器的位置脉冲，指示系统的同一个位置点；同时，记录此两个驱动机构编码器的脉冲差；当回转机构主轴73.2顺时针旋转时，第I驱动机构驱动齿轮71.5出力逆时针旋转，第2驱动机构驱动齿轮72.5根据位置脉冲，始终与第I驱动机构驱动齿轮71.5保持静止时记录的脉冲差，随回转机构主轴73.2做逆时针旋转；同样，在回转机构主轴73.2逆时针旋转时，第2驱动机构驱动齿轮72.5出力做顺时针旋转，第I驱动机构驱动齿轮72.5根据位置脉冲，始终保持静止时记录的脉冲差，随回转机构主轴73.2做顺时针旋转；这样，无论是在静止还是正转或反转，都可以消除第I驱动机构驱动齿轮71.5和第2驱动机构驱动齿轮72.5和与回转机构从动轮73.1的齿轮啮合间隙，达到精确的位置控制。
【权利要求】
1.一种由双齿轮减速机驱动的机械手码垛机，由抓手(10)、旋转机构(20)、前臂(30)、后臂上梁(40)、后臂下梁(50)、移动机构(60)和驱动回转机构(70)组成； 抓手(10)、旋转机构(20)和前臂(30)的前端依次连接，前臂(30)的后端分别与后臂上梁(40)和后臂下梁(50)的前端相连，后臂上梁(40)和后臂下梁(50)的后端分别与移动机构(60)相连；移动机构(60)和驱动回转机构(70)相连； 其特征在于: 所述的驱动回转机构(70)由第I驱动机构(71)、第2驱动机构(72)和回转机构(73)组成； 第I驱动机构(71)和第2驱动机构(72)分别与回转机构(73)连接； 第I驱动机构(71)包括依次连接的第I驱动机构编码器(71.1)、第I驱动机构刹车器(71.2)、第I驱动机构电机(71.3)、第I驱动机构减速机(71.4)和第I驱动机构驱动齿轮(71.5)； 第2驱动机构(72)包括依次连接的第2驱动机构编码器(72.1)、第2驱动机构刹车器(72.2)、第2驱动机构电机(72.3)、第2驱动机构减速机(72.4)和第2驱动机构驱动齿轮(72.5)； 回转机构(73)包括依次连接的回转机构从动轮(73.1)、回转机构主轴(73.2)、回转机构主轴轴承(73.4)和回转机构平台(73.3)。
【文档编号】B25J9/12GK203390933SQ201320493013
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】张天昌 申请人:武汉科恒工控工程有限责任公司