一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别是一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛。
【背景技术】
[0002]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、转动惯量大、动态性能差、关节误差累积等问题，并且原有码垛的机械臂一般固定在不可移动的机架上，大大限制了其工作范围，难以满足高速重载搬运码垛的要求。
[0003]随着现代工程技术的发展，机电技术和控制技术大大的提高，可控机构为工程机构提供了广阔的发展空间，由控制电机驱动的可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂和可变的运动轨迹输出，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点。具有多自由度可控机构式移动机械臂的码垛不仅能解决传统码垛转动惯量大，动态性能差等缺点，还通过应用移动操作机械臂的技术，扩大了传统码垛的工作空间，提高了其工作速度，增加了其工作精度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于设计一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛，除了必须具备传统码垛机构紧凑，动作灵活等优点，克服传统码垛转动惯性大，动态性能差，关节误差累计等特点之外，还应将原安装于手臂上的电机安装于移动操作平台上来减轻手臂重量，并使原处于不可移动机架上的机械臂变为移动式机械臂，使其满足多种工作需求。
[0005]本发明通过以下技术方案达到上述目的:一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛，包括移动操作平台、直线驱动器、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、第一拉杆、第二拉杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、抓手以及三个伺服电动机，具体结构和连接方式为:
[0006]所述第一主动杆通过第二转动副与移动操作平台连接，直线驱动器通过第一转动副与移动操作平台连接，第一主动杆另一端通过第六转动副与第一支撑架连接，直线驱动器另一端通过第五转动副与第一支撑杆连接。
[0007]所述第一连杆一端通过第六转动副与第一支撑架连接，另一端通过第十三转动副与第二支撑架连接。
[0008]所述第一拉杆一端通过地九转动副与第一支撑架连接，另一端通过第十一转动副与第二支撑架连接。
[0009]所述第三连杆一端通过第十三转动副与第二支撑架连接，另一端通过第十六转动副与第三支撑架连接。
[0010]所述第二拉杆一端通过第十二转动副与第二支撑架连接，另一端通过第十五转动副与第三支撑架连接。
[0011]所述第三主动杆一端通过第三转动副与移动操作平台连接，另一端通过第七转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第十转动副与第一连杆连接。
[0012]所述第二主动杆一端通过第四转动副与移动操作平台连接，另一端通过第八转动副与第四连杆连接，第四连杆另一端通过第十四转动副与第三连杆连接。
[0013]所述抓手通过第十八转动副与第三支撑架连接。
[0014]所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆均分别由伺服电机驱动。
[0015]工作原理及过程:
[0016]所述具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛在各个工况中，抓手倾斜工况中，直线驱动器伸缩，使得第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆在直线驱动器、第一拉杆、第二拉杆带动下位置由水平变为有一定角度的倾斜。举降工况中，通过第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆的带动下与第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一拉杆、第二拉杆的共同作用下使抓手举降。移动工况中，通过移动操作平台使得抓手能够在一定平面一定空间内任意移动。
[0017]本发明的突出优点在于:
[0018]1.利用多自由度可控机构代替原有单一串联机构，使得原来安装于手臂上的电动机能够安装在机架上，减轻了手臂自身重量，降低了其转动惯量，提高了其动态性能，减少了原有手臂重量所带来的关节累计误差，提高了码垛的精度和速度。
[0019]2.通过使用直线驱动器，使得原来只能处于水平位置的抓手能够倾斜一定角度，使其能够完成更多原有码垛难以完成的任务。
[0020]3.通过使用可移动式操作平台，使得原来只能在固定位置工作的机械臂能够移动，大大增加了机械臂的活动范围，实现了一台机器能完成多个不同品种或者不同流水生产线的码垛任务，提高了生产效率，降低了成本。
【附图说明】
[0021]图1为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛整体立体图。
[0022]图2为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛控制机构图。
[0023]图3为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛举降机构图。
[0024]图4为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛下降工况图。
[0025]图5为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛举升工况图。
[0026]图6为本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛抓手倾斜
工况图。【具体实施方式】
[0027]对照图1，本发明所述的具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛，包括移动操作平台31、直线驱动器1、第一主动杆2、第二主动杆3、第三主动杆4、第一支撑架5、第二支撑架10、第三支撑架13、第一拉杆9、第二拉杆11、第一连杆8、第二连杆6、第三连杆12、第四连杆7、抓手14以及三个伺服电动机。
[0028]对照图1和图2，所述第一主动杆2通过第二转动副16与移动操作平台31连接，直线驱动器I通过第一转动副15与移动操作平台31连接，第一主动杆2另一端通过第六转动副20与第一支撑架5连接，直线驱动器I另一端通过第五转动副19与第一支撑杆5连接。
[0029]对照图1和图2，所述第一连杆8 一端通过第六转动副20与第一支撑架5连接，另一端通过第十三转动副27与第二支撑架10连接。
[0030]对照图1和图2，所述第一拉杆9 一端通过第九转动副22与第一支撑架5连接，另一端通过第i^一转动副25与第二支撑架10连接。
[0031]对照图1和图2，所述第三连杆12 —端通过第十三转动副27与第二支撑架10连接，另一端通过第十六转动副30与第三支撑架13连接。
[0032]对照图1和图2，所述第二拉杆11 一端通过第十二转动副26与第二支撑架10连接，另一端通过第十五转动副29与第三支撑架13连接。
[0033]对照图1和图3，所述第三主动杆3 —端通过第三转动副17与移动操作平台31连接，另一端通过第七转动副21与第二连杆6连接，第二连杆6另一端通过第十转动副23与第一连杆8连接。
[0034]对照图1和图3，所述第二主动杆4 一端通过第四转动副18与移动操作平台31连接，另一端通过第八转动副24与第四连杆7连接，第四连杆7另一端通过第十四转动副28与第三连杆12连接。
[0035]对照图1和图2，所述抓手14通过第十八转动副32与第三支撑架13连接。
[0036]对照图1，所述第一主动杆2、第二主动杆3、第三主动杆4均分别由伺服电机驱动。
[0037]对照图1、5、6，在各个工况中，抓手倾斜工况中，直线驱动器I伸缩，使得第一支撑架5、第二支撑架10、第三支撑架13在直线驱动器1、第一拉杆9、第二拉杆11带动下抓手14位置由水平变为有一定角度的倾斜。举降工况中，通过第一主动杆2、第二主动杆4、第三主动杆3的带动下与第一连杆8、第二连杆6、第三连杆12、第四连杆7、第一拉杆9、第二拉杆11的共同作用下使抓手14举降。移动工况中，通过移动操作平台31，使得抓手14能够在一定平面一定空间内任意移动。
【主权项】
1.一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛，其特征在于包括移动操作平台、旋转机架、直线驱动器、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、第一拉杆、第二拉杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、抓手以及三个伺服电动机，具体结构和连接关系为: 所述第一主动杆通过第二转动副与移动操作平台连接，直线驱动器通过第一转动副与移动操作平台连接，第一主动杆另一端通过第六转动副与第一支撑架连接，直线驱动器另一端通过第五转动副与第一支撑杆连接； 所述第一连杆一端通过第六转动副与第一支撑架连接，另一端通过第十三转动副与第二支撑架连接； 所述第一拉杆一端通过地九转动副与第一支撑架连接，另一端通过第十一转动副与第二支撑架连接； 所述第三连杆一端通过第十三转动副与第二支撑架连接，另一端通过第十六转动副与第三支撑架连接； 所述第二拉杆一端通过第十二转动副与第二支撑架连接，另一端通过第十五转动副与第三支撑架连接； 所述第三主动杆一端通过第三转动副与移动操作平台连接，另一端通过第七转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第十转动副与第一连杆连接； 所述第二主动杆一端通过第四转动副与移动操作平台连接，另一端通过第八转动副与第四连杆连接，第四连杆另一端通过第十四转动副与第三连杆连接； 所述抓手通过第十八转动副与第三支撑架连接； 所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆均分别由伺服电机驱动。
【专利摘要】本发明公开了一种具有十杆四自由度可控机构式移动机械臂的码垛，包括移动操作平台、直线驱动器、主动杆、支撑架、连杆、电动机以及抓手。直线驱动器、第一、第二、第三主动杆安装在移动操作平台上，第一支撑杆一端与直线驱动器、第一主动杆相连，另一端与第一连杆、第一拉杆相连，第一连杆、第一拉杆另一端与第二支撑架相连，第二支撑架另一端与第二拉杆、第三连杆相连，第二拉杆、第三连杆另一端与第三支撑架相连。本发明采用电动机安装于移动操作平台上的多自由度可控机构代替原来电动机安装于机械臂上的串联机构，解决了原有机构手臂重量大，动态性能差等特点，并且将移动操作机械臂技术应用到本发明，适用于制造各类机械码垛及其他工程机械。
【IPC分类】B65G61-00, B25J5-00, B25J9-00
【公开号】CN104589301
【申请号】CN201410787423
【发明人】蔡敢为, 李智杰, 邓承祥, 王麾, 张永文, 李荣康, 朱凯君, 王龙, 王小纯, 李岩舟, 杨旭鹃
【申请人】广西大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月17日