三自由度混联式全向移动搬运机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动化装备领域中的机器人，尤其涉及一种本体具有三个独立运动自由度的三自由度混联式全向移动搬运机器人。
【背景技术】
[0002]随着劳动力价格的上涨，中国制造业的“人口红利”正在不断消失。国际经济形势复杂多变，世界经济深度调整，发达国家推进“再工业化”和“制造业回归”，全球制造业高端化竞争趋势日益明显。中国制造业的机器人密度远低于全球平均水平，机器人产业具有较大的发展空间。工业机器人的技术水平决定了制造业生产的精度、准度与效率，其应用的深度与广度已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。然而细究制造业现状，中国的制造业自动化之路并非畅途，在材料及关键部件等领域都存在很大不足受制于国外技术。以现代化、自动化的装备提升传统产业，推动技术红利替代人口红利，成为中国制造产业优化升级和经济持续增长的必然之选。机器换人已成为推动传统制造业实现产业转型升级的一项重要举措。是以现代化、自动化的装备提升传统产业，推动技术红利替代人口红利，成为新的产业优化升级和经济持续增长的动力之源。对于技术进步、提升劳动力素质、提高企业生产效率、促进产业结构调整、推进工业转变发展方式等具有重要意义。
[0003]搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，被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、码垛搬运、集装箱等的自动搬运;高速搬运机器人可以代替人类劳动，并广泛应用于轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业，但以往的高速搬运机器人的在搬运速度提高的条件下精度就会有所下降，而且自由度通常只有三个或以下，操作空间小，运动灵活性也不高。随着工业水平的发展，各行各业的用户对搬运机器人的需求越来越广泛、性能要求越来越高。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。搬运机器人已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。
[0004]—般来讲，搬运机器人根据结构形式不同可分为串联式、并联式和既含有串联又含有并联的混联式三类。串联式发展历史悠久，应用广泛，是主流的工业机器人机械结构，但是运动速度受到一定的制约。目前，公知的码垛机器人大多是双耦合输入，非线性输出的复杂运动轨迹，工作空间由多段弧形构成，其工作原理为费力杠杆，因而需要的驱动力大，消耗功率大，尤其是杠杆支点处受力很大，一般都需要添加平衡重减轻电机负担，其零部件数量多，结构复杂，调整困难，机器人本体刚度差，无法实现高速运动，且容易发生故障。同时，一般的码垛机器人的腰部结构往往存在走线困难问题，在机器人整体绕腰部旋转的时候，腰部电线的旋转幅度不可以很大。且码垛作业导致串联式机器人手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累计等问题，机构动力学性能较差，难以满足高速搬运码垛的要求。并联式由于具有动作频率快、定位精度高、刚度高等优点，也越来越受到人们的关注。由于串联式搬运机器人刚度低，并联式搬运机器人工作空间小且控制难度大，而混联式则兼具有串联和并联的特点，在工业机器人领域具有巨大的应用前景。
[0005]关于搬运机器人的发展，国内现有专利文献中也提出了很多技术实施方案。如申请号为201510175254.1的中国专利公开了“一种四自由度高速搬运机器人”，抓头可实现旋转与升降抓取，但控制端较之初始旋转轴较为笨重，保证控制精确度较为困难；申请号为201510128794.4的中国专利公开了“一种动支架三自由度搬运机器人”，其较难抓取低位置的货物，并且上下方位移动方式单一，可靠性较低；申请号为201110283347.8的中国专利公开了“一种九活动度机器人机构”，采用九个直线驱动器控制串联装置的活动，其与串联结构原理相似，并未很好的解决串联机器人的缺点，运用范围有限；申请号为201420386357.3的中国专利公开了一种全向搬运机器人，采用麦克纳姆轮实现机器人的全向移动，但不具有抓取功能，故只能够进行货物的运载；申请号为201310405360.5的中国专利公开了 “一种五自由度混联工业机器人”，其工作空间大，具有高度灵活性和柔性结构紧凑，可实现搬运，喷涂，装配等多种工程作业，但不可移动，只适用于固定生产线，不能随意改变工作状态，申请号为201410348473.0等中国专利也具有相似的缺点；申请号为201410826350.3的中国专利公开了 “一种多自由度可控机构式混联搬运机器人”，该搬运机器人将多连杆机构安装在可移动平台上进行作业，但多连杆机构较为复杂，较难实现，且不易组装与控制，搬运速度慢，移动平台只能实现单方向运动，不适用于工况较为复杂的作业。综上，现有的工业搬运机器人的结构尚有可改进的空间，且不能够实现全方位的移动，对工作环境的适应性需进行提高。现有的麦克纳姆轮全向移动巡检机器人是一种用来承载电力巡检设备的搬运输送装置，应用于各种电力设备装置的巡检任务中，可搭载巡检设备前进后退和转弯，但横向平移及原地转动困难，且需要四个单独控制的行走电机协调完成，存在动力浪费和成本高的问题。
[0006]本发明涉及的三自由度混联式全向移动搬运机器人，可实现全方位的货物抓取，结构简单紧凑，并能够在小范围内进行挪移与旋转，抓取迅速，控制简单，能克服现有工业搬运机器人的技术缺陷，更适用于推广。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种三自由度混联式搬运机器人，大部分驱动电机都安装在机架上，能解决传统开链式串联机器人的电机安装在铰链处，导致手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累计等问题，使搬运机器人具有较好的动力学性能，能较好的满足高速重载搬运作业的要求，可克服现有技术的缺陷。
[0008]本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
[0009]—种三自由度混联式全向移动搬运机器人，包括全向移动底盘、主回转装置、升降装置、并联工作臂、末端回转装置和夹持器。其中，所述的升降装置位于全向移动底盘的正上方，且通过主回转装置与全向移动底盘相连接;所述的并联工作臂位于升降装置的一侧，且其上端固定在升降装置的顶部，所述的并联工作臂的下端通过末端回转装置与夹持器相连接。
[0010]用于承载及移动行走的全向移动底盘包括车架、行走装置、前换向装置和后换向装置。其中，所述的车架呈椭圆形结构，用于安装主回转装置、行走装置、前换向装置和后换向装置;所述的行走装置用于驱动全向移动底盘行走，所述的行走装置布置在车架的椭圆短轴线上，且位于车架的下方;所述的前换向装置、后换向装置布置在车架的椭圆长轴线上，且位于车架的下方，用于实现全向移动底盘向左或向右转向。
[0011 ]所述的行走装置包括左行走轮、右行走轮、行走减速电机和驱动轴。其中，所述的左行走轮、右行走轮分别位于车架的左右两侧，且与驱动轴均通过花键相连接;所述的行走减速电机通过螺栓固定安装在车架的底部，用于为左行走轮、右行走轮提供驱动动力，且行走减速电机的输出端为花键孔输出结构;所述的驱动轴与行走减速电机的输出端通过花键相连接，所述的驱动轴位于车架的椭圆短轴线上，且通过轴承座固定安装在车架上。
[0012]所述的前换向装置包括前换向电机和前换向轮。所述的前换向轮通过轴承座与车架相连接，且前换向轮的驱动轴与前换向电机的输出端通过花键相连接;所述的前换向电机通过螺钉固定安装在车架的底部，为前换向轮提供换向的动力。所述的后换向装置包括后换向电机和后换向轮。所述的后换向轮通过轴承座与车架相连接，且后换向轮的驱动轴与后换向电机的输出端通过花键相连接;所述的后换向电机通过螺钉固定安装在车架的底部，为后换向轮提供换向的动力。所述的前换向电机、后换向电机均为同轴式减速电机。
[0013]所述的左行走轮、右行走轮、前换向轮和后换向