一种重载搬运机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种重载搬运机器人。

背景技术：

随着我国制造行业的高速发展，在装货、卸货、转运等很多场合都需要将物品规则、整齐的码放或者转移，在现有的技术中，通常是采用人工搬运的方式或者人工使用一些搬运的工具进行搬运，劳动强度较大，搬运的效率较低，且易发生安全事故，重载搬运机器人所占空间体积小，动作更为灵活，可满足复杂的生产需求，应用范围广的智能技术于一体的高新机电产品。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种重载搬运机器人，提高码垛效率和精度，且动作灵活。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种重载搬运机器人，包括固定底座、回转机构、机械臂机构、连杆机构和末端执行器机构；

所述回转机构通过旋转副与固定底座连接，能够绕旋转副的回转轴进行旋转；

所述机械臂机构的底部通过铰链接部件与所述回转机构进行连接；所述铰链接部件的底部通过旋转副与回转机构连接，能够绕该旋转副的回转轴进行旋转，该回转轴与回转机构的回转轴平行；

所述机械臂机构的上端与所述连杆机构的中部连接；

所述连杆机构的一端与所述末端执行器机构连接。

所述连杆机构包括第一连杆机构和第二连杆机构；

所述第一连杆机构的一端与回转机构连接，并能够相对于回转机构进行旋转，第一连接机构的中部与机械臂机构的上端连接，另一端与末端执行器机构连接；

所述第二连杆机构的一端与回转机构连接，并能够相对于回转机构进行旋转，第二连杆机构的中部与机械臂机构的上端连接，另一端与末端执行器机构连接；

所述第一连杆机构、第二连杆机构带动末端执行器机构始终保持平动，不仅能够保持水平运动，还能够保持倾斜面运动。

所述第一连杆机构包括A连接杆和B连接杆，并且A连接杆的底部通过平衡器与回转机构进行连接，A连接杆的上部通过销部件与B连接杆的一端进行连接，B连接杆的中部通过销部件与机械臂机构的上端连接，B连接杆的另一端通过销部件与末端执行器进行连接；

所述第二连杆机构包括C连接杆，三角辅助架和E连接杆，并且C连接杆的底部通过销部件与回转机构连接，C连接杆的上部通过销部件与三角辅助架的一个端顶点连接，三角辅助架的中间顶点通过销部件与机械臂机构的上端连接， E连接杆的一端通过销部件与三角辅助架的另一个端顶点连接，E连接杆的另一端通过销部件与末端执行器进行连接。

所述平衡器安装在所述回转机构的回转轴径向的外侧，且比回转机构与底座之间的旋转副的回转轴更靠近所述固定底座后侧的位置；

在所述回转机构上设有第一安装部、第二安装部、第三安装部和第四安装部；所述第一安装部、第二安装部位于所述回转机构与底座之间的旋转副的回转轴的一侧，所述第三安装部和第四安装部位于所述回转机构与底座之间的旋转副的回转轴的另一侧；

所述平衡器包括第一平衡器和第二平衡器；

所述第一平衡器安装在第一安装部和第二安装部上,所述第二平衡器安装在回转机构的第三安装部和第四安装部上。

所述第一平衡器包括缸体、活塞杆、弹簧部件、顶部法兰、底部法兰和滑动轴承套；

所述缸体外壁的两侧设置有轴承安装孔，在轴承安装孔内安装有轴承，两个轴承的连线与机械臂机构的旋转轴平行，所述缸体通过这两个轴承进行旋转；

所述弹簧部件包括外盘弹簧，中盘弹簧和内盘弹簧，三者的直径依次减小；

在所述缸体的一端安装有法兰安装座，在法兰安装座内固定安装有顶部法兰，在缸体的另一端安装有底部法兰；

在所述顶部法兰和所述底部法兰的径向上从外向内均设有三个弹簧安装台阶，外盘弹簧、中盘弹簧、内盘弹簧的端部依次安装在三个弹簧安装台阶上；

所述滑动轴承套安装在所述内盘弹簧的内腔中，所述活塞杆与所述滑动轴承套连接；

所述活塞杆的一端与底部法兰的中部通过销钉固定连接，所述底部法兰随活塞杆一起移动；所述活塞杆的另一端伸出缸体后与机械臂机构连接。

在所述第一平衡器的缸体的下方的回转机构上设有呈半包围状的弧形支撑机构，当缸体通过该两个轴承进行旋转时，如果缸体的一端碰到该弧形支撑机构，则缸体停止旋转。

所述第二平衡器包配重连接杆和配重块，所述配重块与配重连接杆通过螺栓连接，配重连接杆的另一端与A连接杆连接。

在所述回转机构上设置有第一连接部和第二连接部；

在第一连接部内安装有第一伺服电机和与第一伺服电机连接的第一伺服马达，其以能够旋转的方式与机械臂机构连接；

在第二连接部内安装有第二伺服电机和与第二伺服电机连接的第二伺服马达，其以能够旋转的方式与机械臂机构连接；

所述第一连接部位于回转机构上方、机械臂机构左侧的位置；所述第二连接部位于回转机构上方、机械臂机构右侧的位置；所述第一安装部和第二安装部位于回转机构上方，位于第一连接部后面，所述第三安装部和第四安装部位于回转机构上方，位于第二连接部后面。

所述末端执行器机构的底部与法兰盘连接；

所述法兰盘通过旋转副连接在末端执行器机构的端部，能够绕该旋转副的回转轴进行旋转。

所述固定底座通过地脚螺栓直接固定在工位上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型具有承载能力强、精确控制、操作简单的优点，应用前景十分广阔。

附图说明

图1-1是实施方式涉及的机器人的立体图。

图1-2是图1-1中的部件12处的局部放大图。

图2A-1是示出实施方式涉及的机器人的结构的左侧视图。

图2A-2是图2A-1中的部件12处的局部放大图。

图2B是实施方式涉及的平衡器所起到的效果的示意图。

图3A是实施方式涉及的机器人的主视图。

图4A是图2A-1所示的P1部周围的透视图。

图4B是图4A所示的P1部周围的沿箭头A观察的透视图。

图4C是实施方式涉及的机器人的俯视图。

图5是第一平衡器的结构示意图。

图6是第二平衡器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1-1至图4C所示，本实用新型是一种重载搬运机器人10，包括固定底座11、回转机构12、机械臂机构13、平衡器14、第一连杆机构15、第二连杆机构16、末端执行器机构17、法兰盘18。所述回转机构12通过旋转副与固定底座11连接成能够绕规定的回转轴回转的部件；所述机械臂机构13通过与回转机构12连接成能够绕规定的旋转轴旋转；所述平衡器14分别与回转机构12和机械臂机构13连接；所述第一连杆机构14分别与回转机构12和末端执行器机构17连接；所述第二连杆机构15分别与回转机构12和末端执行器机构17连接；所述法兰盘18通过旋转副连接在末端执行器机构17 连接成能够绕规定的回转轴回转，可根据实际要求安装不同的执行装置。第一连杆机构15、第二连杆机构16、末端执行器机构17采用的是滚动部件进行连接，摩擦的系数较低，传递力的效率高；采用类似简支梁形状的结构，可以具有良好的力学性能，延长使用寿命；可以实现电机转角到大臂摆角大比数的减速传动，避免使用RV减速机，使得机器人关节结构简单，制造难度降低，制造成本减少。

所述固定底座11通过地脚螺栓31直接固定在工位上，便于固定与安装。

所述回转机构12通过旋转副连接在固定底座11上，且能够绕规定的回转轴回转，所述回转机构12底部安装有用于连接平衡器14的连接部，以便能够以可旋转的方式与所述机械臂机构13进行连接，在所述连接部中安装有伺服电机G1和G2，该伺服电机提供所述机械臂部13的旋转驱动力，所述伺服电机G1和G2以能够传递动力的方式与所述连接部的平衡器连接，即机械臂机构与伺服电机连接的同时，机械臂机构又与平衡器连接。

所述机械臂机构13底部与所述回转机构12进行铰链接，所述机械臂机构 13与第一连杆机构15连接成用于保持末端执行器17运动的平行四边形装置，所述机械臂机构13与第二连杆机构16连接成用于保持末端执行器17 运动的平行四边形装置。

所述平衡器14安装于所述回转机构12，并且配置于比所述回转机构12 靠回转径向外侧、且比回转机构与底座之间的旋转轴S靠所述固定底座11后侧的位置。

所述平衡器14与机械臂机构13连接，机械臂机构13能够拉动平衡器轴作运动以压缩或释放弹簧部件由此将能量储存到弹簧部件中或从弹簧部件中释放，以用于平衡因机械臂的重力负载而引起的旋转力矩。

所述第一连杆机构15包括A连接杆15a和B连接杆15b，并且A连接杆15a通过平衡器与回转机构进行连接，A连接杆与B连接杆通过销部件37进行连接，B连接杆与机械臂机构13进行铰链接，并且端部通过销部件与末端执行器进行连接。

所述第二连杆机构包括C连接杆16c，三角辅助架D(16d)和E连接杆16e，并且C连接杆16c与回转机构12进行铰链接，三角辅助架D与机械臂机构13 进行铰链接，而且还是C连接杆和E连接杆进行连接的重要部件，E连接杆通过销部件与末端执行器17进行连接。

所述末端执行器机构17通过与第一连杆机构15和第二连杆机构16的连接，使末端执行器机构17能够始终保持平动，不仅可以保持水平运动，还可以保持倾斜面运动。

所述法兰盘18通过旋转副连接在末端执行器17平动保持器上，根据实际需要安装不同的末端执行器，由伺服电机控制，通过编程实现在竖直方向的转动。

图1-1和图1-2是实施方式涉及的机器人10的三维立体图。为了便于说明，机器人10的动态旋转位置和姿势处于图1-1所示的状态，便于对机器人 10的各部分的位置关系进行说明。

所述，在图1-1中，为了帮助理解和说明，将沿竖直向上作为正方向的Z 轴在内的三维直角坐标系。同时该直角坐标系有时也在用于以下说明的其他附图中示出。并且，在本实施方式中，X轴的正方向是指机器人10的前方。

所述，如图1-1和图1-2所示，机器人10是重载搬运型。具体来说，机器人10具备固定底座11、回转机构12、机械臂机构13、平衡器14、第一连杆机构15、第二连杆机构16、末端执行器机构17、法兰盘18。

另外，第一连杆机构15具备A连接杆15a和B连接杆15b。A连接杆15a 是第一连杆机构15的一个例子，B连接杆15b是第一连杆机构15的一个例子。

另外，第二连杆机构16具备C连接杆16c，三角辅助架16d和E连接杆16e。C连接杆16c是第二连杆机构16一个例子，三角辅助架16d是第二连杆机构16一个例子，E连接杆16e是第二连杆机构16一个例子。

另外，平衡器14具备第一平衡器14a和第二平衡器14b。第一平衡器14a 是平衡器14的一个例子，第二平衡器14b是平衡器14的一个例子。

所述固定底座11是固定在地面等的支承基座。回转机构12以能够回转的方式置于固定底座11上。

另外，机械臂机构13能够相对于回转机构12进行旋转，具体如下：在机械臂底部设有旋转机构，回转机构12带动机械臂机构13旋转，同时机械臂机构13还利用旋转机构相对回转机构进行旋转。

另外，第一连杆机构15能够相对于回转机构12进行旋转。

另外，第二连杆机构16能够相对于回转机构12进行旋转。

所述B连接杆15b能够相对于A连接杆15a旋转，该旋转是通过销部件连接实现的。

另外，三角辅助架16d能够相对于C连接杆16c旋转，E连接杆16e能够相对于三角辅助架16d旋转，该旋转是通过销部件连接实现的。

另外，末端执行器机构17以能够旋转的方式设置于第一连杆机构15和第二连杆机构16的末端部。

另外，法兰盘18能够相对于该末端执行器机构17旋转。

对于该机器人10的结构，图2A-1和图2A-2是示出实施方式涉及的机器人 10的结构的左侧视图。

所述如图2A-1和图2A-2所示，回转机构12相对于固定底座11以能够绕回转轴S回转的方式连接，如图2A-1中的箭头201所示。

另外，第一连杆机构15相对于固定底座11以能够绕回转轴S回转的方式连接(即随回转机构一同旋转)，如图2A-1中的箭头201所示。

另外，第二连杆机构16相对于固定底座11以能够绕回转轴S回转的方式连接，如图2A-1中的箭头201所示。

另外，如图2A-1所示，机械臂机构13相对于回转机构12连接成基端部能够绕与回转轴S大致垂直的轴L旋转，如图2A-1中的箭头202所示。

另外，B连接杆15b相对于机械臂机构13的末端部连接成基端部能够绕与轴L平行的轴U旋转，如图2A-1中的箭头203所示。并且，B连接杆15b 在成为原点的旋转位置(参照轴U的旋转中心)进行使机械臂机构13向前方侧伸展的动作。

另外，三角辅助架16d和E连接杆16e相对于机械臂机构13的末端部连接成基端部能够绕与轴L大致平行的轴U旋转、，如图2A-1中的箭头203 所示。并且，三角辅助架16d和E连接杆16e在成为原点的旋转位置(参照轴U的旋转中心)进行机械臂机构13向前方侧伸展的动作。

另外，法兰盘18相对于末端执行器机构17的末端部连接成能够绕与轴 R旋转的，如图2A-1中的箭头205所示。

所述如图2A-2所示，对于平衡器14，第一平衡器14a的基端部被安装于回转机构12的第一安装部12a和第二安装部12b,第二平衡器14b的基端部被安装于回转机构12的第三安装部12c和第四安装部12d。

该平衡器包括第一平衡器14a和第二平衡器14b，如图5所示，第一平衡器14a包括缸体、活塞杆、弹簧部件、法兰和滑动轴承套，所述弹簧部件包括外盘弹簧，中盘弹簧和内盘弹簧，在第一平衡器14a缸体两侧设置有轴承安装孔；法兰安装在第一平衡器14a缸体内的法兰安装座内，法兰上设置有三个弹簧安装台阶，外盘弹簧、中盘弹簧、内盘弹簧一端以未受力的状态依次安装在第一平衡器14a缸体内法兰的三个弹簧安装台阶上，滑动轴承套装插在内盘弹簧圈内，活塞杆与滑动轴承套连接，活塞杆的一端与底部法兰连接，带动底部法兰一起运动。活塞杆伸出缸体的一端与机械臂机构13连接。如图6所示，所述第二平衡器14b由配重连接杆和配重块组成，并且配重块与配重连接杆通过螺栓连接，配重连接杆的另一端与连接杆15a连接。

另外，第一平衡器14a在第一安装部12a被安装成能够绕与轴L平行的轴AX1旋转的，如图2A-2中的箭头207所示。

另外，第一平衡器14a在第2安装部12b被安装在能使机械臂机构13 绕轴L旋转的连接轴AX2处，连接轴AX2是一个专门的销钉连接轴，而且第一平衡器14a的活塞杆的自由端与机械臂机构13通过销钉连接轴进行连接的，如图2A-2中的箭头208所示。

另外，第二平衡器14b在第三安装部12c被安装成能够绕与轴L平行的轴BX1旋转，如图2A-2中的箭头209所示，第二平衡器14b通过销钉与机械臂机构13进行连接。

另外，第二平衡器14b在第四安装部12d被安装在能使连接杆15a绕轴 L旋转的连接轴BX2，连接轴BX2是一个专门的连接轴,而且第二平衡器14b通过连接轴与连接杆15a进行连接，如图2A-2中的箭头210所示。

并且，轴AX1是第一支承轴(用于支承14a)的一个例子，轴AX2是第2支承轴的一个例子。

另外，轴BX1是第三支承轴(用于支承14b)的一个例子，轴BX2是第四支承轴的一个例子。

在此，如图2A-2所示，第一安装部12a配置在比回转机构12的重要部位靠回转径向内侧的位置，并且配置在比轴L靠固定底座11上侧的位置。即，第一安装部12a形成为在比回转机构12靠机器人10的后方侧的位置安装平衡器14的基端部。

下面对于这样安装的平衡器14所起到的效果进行说明。图2B是实施方式涉及的平衡器14所起到的效果的示意图。并且，在图2B中，使用表示关节的附图标号，在上一级示意性地示出了使机械臂机构13立起的状态的机器人10，在下一级示意性地示出了使机械臂机构13向后方倒伏的状态的机器人10。

如图2B所示，平衡器14的基端部借助于回转机构12靠机器人10的后方侧的位置，由此，能够使机械臂机构13向后方在更大的范围内倒伏(参照图2B中的箭头211)。这是因为，利用平衡器14，对向后方倒伏的机械臂机构13作用有从下方支承的力。此处平衡器下方有呈半包围状的弧形支撑机构，该机构位于第一平衡器14a的下方，呈半包围状的弧形支撑机构，能够有效的限制平衡器的活动范围，并为其提供足够的支撑力。

由此，在进行搬运作业时，能够提高机器人10所能够采取的姿势的自由度。另外，在搬运机器人10时，能够使机器人10采取更紧凑的姿势、即能够紧凑地折叠，因此能够减小搬运容积。

另外，通过像这样安装平衡器14，与安装以往形态的弹簧式的平衡器的情况相比，不容易导致占地面积增大的问题。即，能够减小占地面积而节省空间。

接下来，对回转基座12周围的结构详细地进行说明。图3A是实施方式涉及的机器人10的主视图。另外，图4A是回转机构12周围的沿箭头A观察的图。

如图3A所示，机器人10还具备：伺服马达M1，其提供使机械臂机构13 绕轴L旋转的旋转驱动力；和伺服电机G1，其以能够进行动力传递的方式与该伺服马达M1连接。

并且，回转机构12具备收纳伺服电机G1的连接部12A，以便以能够旋转的方式与机械臂机构13连接。因此，在连接部12A中还支承有与伺服电机 G1连接的伺服马达M1。

另外，回转机构12具备收纳伺服电机G2的连接部12B,以便以能够旋转的方式与机械臂机构13连接。因此，在连接部12B中还支承有与伺服电机 G2连接的伺服马达M2。

并且，回转机构12是铸件，连接部12A与该回转机构12形成为一体。

另外，前述的第一安装部、第二安装部、第三安装部和第四安装部也从连接部12A和连接部12B的一侧开始在机械臂机构13的下方与轴L大致平行地延伸，且以在比机械臂机构13靠延伸方向侧(参照图中的Y轴的负方向侧)的位置与平衡器14的基端部连接的方式一体地形成于回转机构12。

所述图4A是图2A-1所示的P1部周围的透视图。

另外，图4B是图4A所示的P1部周围的沿箭头A观察的透视图。

另外，图4C是实施方式涉及的机器人10的俯视图。

本实用新型重载搬运机器人的工作过程如下：

本机器人的基本运行过程，由固定底座对机器人整体进行固定，能够保正机器人在运行过程中的正常工作，回转机构可以带动机器人整体沿S轴进行回转运动，旋转至需要的工作位置，伺服马达M1和伺服马达M2可以带动机械臂机构绕L轴进行回转运动，同时平衡器14a带动第一连杆机构，平衡器14b带动第二连杆机构，与伺服马达M1和伺服马达M2进行配合运动，以此来保证机械臂机构，第一连杆机构，第二连杆机构，即能准确无误到达指定的工作位置，又能提供工作过程中所需要的机械强度，到达指定工作位置后，由末端执行器机构对所需要连接的机构装置进行角度调节，调节到所需要的工作角度。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。