一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种变驱动布局的五杆并联机构拾取机器人，由底座支撑装置、工作台面、初始位置确定装置、电机与五杆机构、抓取机构和控制系统组成。两伺服电机以轴心共线的布局方式固定在底座支撑装置上，通过凸缘联轴器与对心并联五杆机构相连接，形成卧式工作空间。抓取机构由气缸连接U架、双作用式气缸、电磁铁、钢球固定架构成，通过气缸连接U架与对心五杆机构两摇杆铰接处相连接。光电开关确定五杆机构的初始位置。控制系统由PC机、运动控制卡、伺服电机驱动器、I/O模块、电磁阀和控制程序组成，用来控制伺服电机驱动五杆机构，带动抓取机构到达特定工位，执行拾取、释放命令。

A pick-up robot with five parallel mechanisms with variable drive layout

The invention discloses a five bar parallel mechanism variable picking robot driven layout, supported by the base device, working table, the initial position determining device, motor and five bar mechanism, grasping mechanism and a control system. The two servo motor is fixed on the base support device by the collinear layout of the axis, and is connected with the five parallel rod mechanism through a flange coupling so as to form a horizontal working space. The gripping mechanism is composed of a cylinder connected with a U frame, a double acting cylinder, an electromagnet and a steel ball fixing frame, and the U frame is connected with the two rocker mechanism of the five bar linkage by a cylinder. The photoelectric switch determines the initial position of the five bar linkage. The control system consists of PC machine, motion control card, servo motor driver, I/O module, solenoid valve and control program, used to control the servo motor drive five bar mechanism, drives the grasping mechanism to the specific position, perform pickup, release command.

【技术实现步骤摘要】
一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人。
技术介绍
并联机构具备低运动惯量、高承载能力、不存在累积误差效应的高精度等优点。以紧凑的布局和有限手臂内部空间广泛应用于在食品、药品、电子等一些轻工业中，以代替人从事分拣、拾取、装箱等大量的重复性工作。加拿大MECADEMIC公司公开了一种双臂SCARA拾取机器人，中国专利201610085978.1公开了一种模块化五杆并联机器人实训台，两者其中的五杆机构驱动电机轴线平行布局，存在拾取机器人运动空间小、存在奇异位形、机构刚性差的不足。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述的拾取机器人运动空间小、存在奇异位形、机构刚性差的问题，提供一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人。本专利技术为解决上述问题而采取的技术方案为：一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置、工作台面、初始位置确定装置、电机与五杆机构、抓取机构和控制系统，所述底座支撑装置包括下部支撑装置和上部支撑装置，上部支撑装置设置在下部支撑装置的顶部，工作台面设置在下部支撑装置的顶部；所述工作台面的中间设置有若干个通孔，所有的通孔呈同心环形分布，通孔用于放置拾取对象钢球；所述的初始位置确定装置由I号光电开关、II号光电开关、I号光电开关支架和II号光电开关支架组成，I号光电开关支架和II号光电开关支架对称设置在上部支撑装置上，I号光电开关和II号光电开关分别设置在I号光电开关支架和II号光电开关支架上；所述电机与五杆机构由上伺服电机、电机支撑板、上凸缘联轴器、D曲柄、E摇杆、F摇杆、G曲柄、垫块、下凸缘联轴器和下伺服电机组成，电机支撑板设置在上部支撑装置上且位于I号光电开关支架和II号光电开关支架之间，上伺服电机设置在电机支撑板上也位于I号光电开关支架和II号光电开关支架之间且上伺服电机的上部延伸到上部支撑装置的外部，上凸缘联轴器的上端与上伺服电机的电机轴相连，上凸缘联轴器的下端与D曲柄的左端上表面相连接，D曲柄的右端下表面通过平面轴承与E摇杆的左端上表面相连接，E摇杆的右端下表面通过平面轴承与F摇杆的右端上表面相连接，F摇杆的左端下表面通过平面轴承与G曲柄的右端上表面相连接，垫块的上表面设置在G曲柄左侧的下方，垫块的下表面与下凸缘联轴器的上端相连接，下凸缘联轴器的下端与下伺服电机的电机轴相连接；下伺服电机的安装孔设置在工作台面上且下伺服电机的机身延伸到下部支撑装置的空腔内；且下伺服电机与上伺服电机的轴线重合；所述抓取机构由气缸连接U架、气缸、电磁铁和钢球固定架组成，气缸连接U架上方的上表面与F摇杆下表面相连接；气缸的颈部固定在气缸连接U架下方的内表面且气缸的活塞杆延伸到气缸连接U架的下部，电磁铁与气缸的活塞杆相连接，电磁铁的铁芯与钢球固定架相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架内；所述控制系统由PC机、运动控制卡、上伺服电机驱动器、下伺服电机驱动器、I/O模块和电磁阀组成，运动控制卡插在PC机的卡槽内，上伺服电机驱动器设置在下部支撑装置的空腔内且与上伺服电机相连接以控制上伺服电机的转动，下伺服电机驱动器设置在下部支撑装置的空腔内且与下伺服电机相连接以控制下伺服电机的转动，I/O模块也设置在下部支撑装置的空腔内并与电磁阀和电磁铁相连接以控制电磁阀的动作和电磁铁的开和关，电磁阀设置在下部支撑装置的空腔内且与气缸电连接以控制气缸的上和下，控制程序由回零动作程序模块、定位动作程序模块、抓取动作程序模块、释放动作程序模块组成，当运行回零动作程序模块，运动控制卡控制上伺服电机驱动器、下伺服电机驱动器分别驱动上伺服电机、下伺服电机动作，上伺服电机和下伺服电机分别带动D曲柄、E摇杆转动，进而带动G曲柄、F摇杆摆动，运动控制卡控制I/O模块使I号光电开关和II号光电开关开始工作，当I号光电开关检测到D曲柄时，I/O模块向运动控制卡反馈信号，运动控制卡接收到反馈信号后控制上伺服电机驱动器使上伺服电机停止运动，I/O模块控制I号光电开关关闭，当II号光电开关检测到G曲柄时，I/O模块向运动控制卡反馈信号，运动控制卡接收到反馈信号后控制下伺服电机驱动器使上伺服电机停止运动，I/O模块控制II号光电开关关闭，回零动作完成；当运行定位动作模块时，运动控制卡控制上伺服电机驱动器驱动上伺服电机动作，运动控制卡控制下伺服电机驱动器驱动下伺服电机动作，通过两轴配合运动，使抓取机构到达指定工位；当运行抓取动作模块时，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向下运动，同时运动控制卡控制I/O模块使电磁铁动作产生磁力，将钢球吸附到电磁铁上，钢球固定架将钢球锁定到电磁铁正中心，吸附动作完成以后运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向上运动；当运行释放动作模块时，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向下运动，上一动作完成后运动控制卡控制I/O模块使电磁铁动作，电磁铁磁力消失将钢球放置到指定工位，放置动作完成以后，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向上运动。优选地，本专利技术所述D曲柄的两端直径不同，直径大的一端与上凸缘联轴器的另一端相连接，直径小的一端通过平面轴承与E摇杆的左端上表面相连接。优选地，本专利技术所述G曲柄的两端直径不同，直径大的一端与垫块相连接，直径小的一端与F摇杆的左端下表面相连接。优选地，本专利技术所述抓取机构的轴线与E摇杆、F摇杆铰接处同心。优选地，本专利技术在所述下部支撑装置的四个角上均设有地脚。与现有技术相比，本专利技术具有工作空间大，动作平稳等优点；采用电磁铁与气缸的组合，极大地发挥了他们各自的优势，提高了工作效率；本专利技术控制器采用运动控制卡，具有控制精度高的优点，驱动两伺服电机，带动两曲柄实现定量运动，从而使拾取机构达到指定工位执行相应命令。本专利技术为变驱动布局并联五杆机构的应用提供了理论和实践依据。附图说明图1为本专利技术变驱动布局五杆并联机构拾取机器人的等轴测三维结构示意图；图2为本专利技术变驱动布局五杆并联机构拾取机器人的侧视图；图3为底座支撑装置等轴测三维结构示意图；图4为工作面等轴测三维结构示意图；图5为初始位置确定装置示意图；图6为电机与五杆机构等轴测示意图；图7为电机与五杆机构正视图；图8为五杆机构与抓取机构位置关系示意图；图9为抓取机构正视图；图10为气动原理示意图；图11为控制元件分布示意图；图12为控制元件分布俯视示意图。具体实施方式实施例1如图1和图2所示，一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置1、工作台面2、初始位置确定装置3、电机与五杆机构4、抓取机构5和控制系统6；如图3所示，所述底座支撑装置1包括下部支撑装置101和上部支撑装置102，上部支撑装置102设置在下部支撑装置101的顶部，工作台面2设置在下部支撑装置101的顶部，具体为下部支撑装置101由10根A类米字型材与四根B类米字型材构成，2根A类米字型材、4根B类米字型材与2根C类米字型材构成底座支撑装置的上半部分，其中，A、B、C类米字型材长度分别相等，型材与型材之间通过角架相连；8根米字型材分成两组，分别首尾相连构成两个正方形框，4根B类米字型材竖直放置，两正方形框水平放置分别固定到B类米字型材的上部和下部，组成上下两侧正方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置(1)、工作台面(2)、其特征在于还包括初始位置确定装置(3)、电机与五杆机构(4)、抓取机构(5)和控制系统(6)，所述底座支撑装置(1)包括下部支撑装置(101)和上部支撑装置(102)，上部支撑装置(102)设置在下部支撑装置(101)的顶部，工作台面(2)设置在下部支撑装置(101)的顶部；所述工作台面(2)的中间设置有若干个通孔(201)，所有的通孔(201)呈同心环形分布，通孔(201)用于放置拾取对象钢球；所述的初始位置确定装置(3)由I号光电开关(301)、II号光电开关(302)、I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)组成，I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)对称设置在上部支撑装置(102)上，I号光电开关(301)和II号光电开关(302)分别设置在I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)上；所述电机与五杆机构(4)由上伺服电机(401)、电机支撑板(402)、上凸缘联轴器(403)、D曲柄(404)、E摇杆(405)、F摇杆(406)、G曲柄(407)、垫块(408)、下凸缘联轴器(409)和下伺服电机(410)组成，电机支撑板(402)设置在上部支撑装置(102)上且位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间，上伺服电机(401)设置在电机支撑板(402)上也位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间且上伺服电机(401)的上部延伸到上部支撑装置(102)的外部，上凸缘联轴器(403)的上端与上伺服电机(401)的电机轴相连，上凸缘联轴器(403)的下端与D曲柄(404)的左端上表面相连接，D曲柄(404)的右端下表面通过平面轴承与E摇杆(405)的左端上表面相连接，E摇杆(405)的右端下表面通过平面轴承与F摇杆(406)的右端上表面相连接，F摇杆(406)的左端下表面通过平面轴承与G曲柄(407)的右端上表面相连接，垫块(408)的上表面设置在G曲柄(407)左侧的下方，垫块(408)的下表面与下凸缘联轴器(409)的上端相连接，下凸缘联轴器(409)的下端与下伺服电机(410)的电机轴相连接；下伺服电机(410)的安装孔设置在工作台面(2)上且下伺服电机(410)的机身延伸到下部支撑装置(101)的空腔内；且下伺服电机(410)与上伺服电机(401)的轴线重合。所述抓取机构(5)由气缸连接U架(501)、气缸(502)、电磁铁(503)和钢球固定架(504)组成，气缸连接U架(501)上方的上表面与F摇杆(406)下表面相连接；气缸(502)的颈部固定在气缸连接U架(501)下方的内表面且气缸(502)的活塞杆延伸到气缸连接U架(501)的下部，电磁铁(503)与气缸(502)的活塞杆相连接，电磁铁(503)的铁芯与钢球固定架(504)相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架(504)内；所述控制系统(6)由PC机(601)、运动控制卡(602)、上伺服电机驱动器(603)、下伺服电机驱动器(604)、I/O模块(605)和电磁阀(606)组成，运动控制卡(602)插在PC机(601)的卡槽内，上伺服电机驱动器(603)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与上伺服电机(401)相连接以控制上伺服电机(401)的转动，下伺服电机驱动器(604)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与下伺服电机(410)相连接以控制下伺服电机(410)的转动，I/O模块(605)也设置在下部支撑装置(101)的空腔内并与电磁阀(606)和电磁铁(503)相连接以控制电磁阀的动作和电磁铁(503)的开和关，电磁阀(606)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与气缸(502)电连接以控制气缸(502)的上和下，控制程序由回零动作程序模块、定位动作程序模块、抓取动作程序模块、释放动作程序模块组成，当运行回零动作程序模块，运动控制卡(602)控制上伺服电机驱动器(603)、下伺服电机驱动器(604)分别驱动上伺服电机(401)、下伺服电机(410)动作，上伺服电机(401)和下伺服电机(410)分别带动D曲柄(404)、G曲柄(407)转动，进而带动E摇杆(405)、F摇杆(406)摆动，运动控制卡(602)控制I/O模块(605)使I号光电开关(301)和II号光电开关(302)开始工作，当I号光电开关(301)检测到D曲柄(404)时，I/O模块(605)向运动控制卡(602)反馈信号，运动控制卡(602)接收到反馈信号后控制上伺服电机驱动器(603)使上伺服电机(401)停止运动，I/O模块(605)控制I号光电开关(301)关闭，当II号光电开关(302)检测到G...

【技术特征摘要】
1.一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置(1)、工作台面(2)、其特征在于还包括初始位置确定装置(3)、电机与五杆机构(4)、抓取机构(5)和控制系统(6)，所述底座支撑装置(1)包括下部支撑装置(101)和上部支撑装置(102)，上部支撑装置(102)设置在下部支撑装置(101)的顶部，工作台面(2)设置在下部支撑装置(101)的顶部；所述工作台面(2)的中间设置有若干个通孔(201)，所有的通孔(201)呈同心环形分布，通孔(201)用于放置拾取对象钢球；所述的初始位置确定装置(3)由I号光电开关(301)、II号光电开关(302)、I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)组成，I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)对称设置在上部支撑装置(102)上，I号光电开关(301)和II号光电开关(302)分别设置在I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)上；所述电机与五杆机构(4)由上伺服电机(401)、电机支撑板(402)、上凸缘联轴器(403)、D曲柄(404)、E摇杆(405)、F摇杆(406)、G曲柄(407)、垫块(408)、下凸缘联轴器(409)和下伺服电机(410)组成，电机支撑板(402)设置在上部支撑装置(102)上且位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间，上伺服电机(401)设置在电机支撑板(402)上也位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间且上伺服电机(401)的上部延伸到上部支撑装置(102)的外部，上凸缘联轴器(403)的上端与上伺服电机(401)的电机轴相连，上凸缘联轴器(403)的下端与D曲柄(404)的左端上表面相连接，D曲柄(404)的右端下表面通过平面轴承与E摇杆(405)的左端上表面相连接，E摇杆(405)的右端下表面通过平面轴承与F摇杆(406)的右端上表面相连接，F摇杆(406)的左端下表面通过平面轴承与G曲柄(407)的右端上表面相连接，垫块(408)的上表面设置在G曲柄(407)左侧的下方，垫块(408)的下表面与下凸缘联轴器(409)的上端相连接，下凸缘联轴器(409)的下端与下伺服电机(410)的电机轴相连接；下伺服电机(410)的安装孔设置在工作台面(2)上且下伺服电机(410)的机身延伸到下部支撑装置(101)的空腔内；且下伺服电机(410)与上伺服电机(401)的轴线重合。所述抓取机构(5)由气缸连接U架(501)、气缸(502)、电磁铁(503)和钢球固定架(504)组成，气缸连接U架(501)上方的上表面与F摇杆(406)下表面相连接；气缸(502)的颈部固定在气缸连接U架(501)下方的内表面且气缸(502)的活塞杆延伸到气缸连接U架(501)的下部，电磁铁(503)与气缸(502)的活塞杆相连接，电磁铁(503)的铁芯与钢球固定架(504)相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架(504)内；所述控制系统(6)由PC机(601)、运动控制卡(602)、上伺服电机驱动器(603)、下伺服电机驱动器(604)、I/O模块(605)和电磁阀(606)组成，运动控制卡(602)插在PC机(601)的卡槽内，上伺服电机驱动器(603)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与上伺服电机(401)相连接以控制上伺服电机(401)的转动，下伺服电机驱动器(604)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与下伺服电机(410)相连接以控制下伺服电机(410)的转动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑智贞，侯志利，张涛，杜雨婷，郭同心，冯吉宇，张佳豪，张梦平，秦慧斌，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14