一种轻载物料搬运机器人制造技术

本发明专利技术涉及物料自动化搬运技术领域，提供了一种轻载物料搬运机器人。所述的搬运机器人包括底部回转机构、Z轴直线移动机构、水平直线移动机构、手部回转机构、机械爪和配重系统。Z轴直线移动机构固定在底部回转机构上；Z轴直线移动机构与水平直线移动机构连接；水平直线移动机构通过手部回转机构连接机械爪，手部回转机构在水平直线移动机构上沿水平方向移动；手部回转机构控制连接机械爪旋转；机械爪实现物料的抓取和释放；配重系统通过钢丝绳连接水平直线移动机构的悬臂。本发明专利技术有效克服现有的四自由度平行连杆式关节型搬运机器人工作空间到达不充分、制造成本高、自重较重等缺点。

A Lightweight Material Handling Robot

The invention relates to the technical field of automatic material handling, and provides a light-duty material handling robot. The handling robot comprises a bottom rotary mechanism, a Z-axis linear moving mechanism, a horizontal linear moving mechanism, a hand rotary mechanism, a mechanical claw and a counterweight system. The Z-axis linear moving mechanism is fixed on the bottom rotary mechanism; the Z-axis linear moving mechanism is connected with the horizontal linear moving mechanism; the horizontal linear moving mechanism is connected with the mechanical claw through the hand rotary mechanism, and the hand rotary mechanism moves along the horizontal direction on the horizontal linear moving mechanism; the hand rotary mechanism controls the rotation of the connecting mechanical claw; The mechanical claw realizes the grasping and releasing of materials, and the weighing system connects the cantilever of the horizontal linear moving mechanism through the wire rope. The invention effectively overcomes the shortcomings of the existing Four-Degree-of-Freedom parallel link type articulated handling robot, such as inadequate workspace arrival, high manufacturing cost and heavy self-weight.

【技术实现步骤摘要】
一种轻载物料搬运机器人
本专利技术涉及物料自动化搬运
，尤其涉及四自由度的轻载物料搬运机器人。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代工业越来越向着高效、自动化、智能化的方向发展，传统工业现场许多重复、繁重的劳动必将越来越多地由机器代替。工业机器人便是一类主要应用于工业生产中的机器人，如点焊、弧焊、加工、搬运、装配及喷漆机器人等，它们主要工作在柔性生产线上，极大地减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。搬运机器人是一类很重要的工业机器人，它能够自动化地将物料从一个加工位置搬运到另一个加工位置，代替人类完成搬运这类单调、重复、精确度要求高的工作，同时由于机械臂本身具有的自动化机械装置的特点，能够准确、不间断、有条不紊地进行物料搬运，能够很好地适应工厂流水线生产的要求，极大地解放了人类的生产力，提高了生产效率。目前市面上常见的码垛搬运机器人，其构型常采用平行连杆式的关节型机器人。由于其平行连杆的结构特点，能够保证其机械臂末端姿态始终为水平，对于码垛搬运这类只需要在空间中一个位置平移到另一个位置的任务来说，这种结构是灵巧且适宜的。但同样是由于这一特性，使得平行连杆式关节型机器人的末端不能够完全到达其臂展范围内的每一点，它的工作空间为一个中空的椭球体，对于斜上部分和斜下部分的圆周空间内的物料无法实现抓取。注：工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心在三维空间中所能到达的所有点的集合。因此，为了充分发挥搬运机器人的臂展优势、拓宽工作空间，本专利技术的搬运机器人整体运动结构采用圆柱坐标式构型，由一个底部回转关节、两个直线移动关节和一个末端回转关节构成，其工作空间为一中空的圆柱体，对于臂展范围空间内的每一点都可以达到。同时，本专利技术所设计结构具有灵活、易控制、加工成本低的特点，对于生产线旁的物料搬运等工作场合来说是一种经济有效的方案选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于有效克服现有的四自由度搬运机器人工作空间到达不充分、制造成本高、自重较重等缺点，提出一种轻载物料搬运机器人。为了实现上述目标，本专利技术采用以下方案：一种轻载物料搬运机器人，包括底部回转机构、Z轴直线移动机构、水平直线移动机构、手部回转机构、机械爪和配重系统。所述的Z轴直线移动机构固定在底部回转机构上，底部回转机构为其提供绕Z轴回转的动力；Z轴直线移动机构与水平直线移动机构连接，为其提供Z轴方向的往复直线运动的动力；水平直线移动机构通过手部回转机构连接机械爪，手部回转机构在水平直线移动机构上沿水平方向移动；手部回转机构控制连接机械爪旋转；机械爪实现物料的抓取和释放；配重系统通过钢丝绳连接水平直线移动机构的悬臂，用以抵消重物搬运时产生的大扭矩，维持工作机构的稳定运转。所述的底部回转机构包括底座、底部电机支撑板、底部下轴承座、Z轴旋转平台支撑板、推力调心滚子轴承、底部上轴承座、底部电机轴连接法兰和伺服电机A；底部电机支撑板与底座顶端连接，构成框架结构，伺服电机A置于框架结构内，通过螺栓固定在底部电机支撑板下方；底部下轴承座置于底部电机支撑板上；底部下轴承座与推力调心滚子轴承外圈连接，推力调心滚子轴承内圈与底部上轴承座配合；伺服电机A的输出轴穿过底部电机支撑板与底部电机轴连接法兰、底部上轴承座和Z轴旋转平台支撑板依次连接，实现将电机轴的回转动力传递到其他装置。Z轴旋转平台支撑板之上的重力加载在了推力调心滚子轴承上，推力调心滚子轴承维持了回转运动的流畅和稳定。为了防止电机轴与连接件间的轴向窜动，通过紧定螺钉将伺服电机A的轴与底部电机轴连接法兰固定。所述的Z轴直线移动机构包括直线光轴A、伺服电机B、梅花联轴器A、丝杠固定侧支撑座、滚珠丝杠、直线轴承A、丝杠支撑侧支撑座、滚珠丝杠螺母、丝杠支撑座固定板、Z轴电机支撑板和光轴支座。四根直线光轴A分别通过光轴支座固定在Z轴旋转平台支撑板上，形成支撑结构；直线轴承A套装在直线光轴A上，沿直线光轴A上下滑动，Z轴电机支撑板四周分别与直线光轴A固定；伺服电机B固定在Z轴电机支撑板下表面，其输出轴通过梅花联轴器A与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母啮合，带动滚珠丝杠螺母直线移动。滚珠丝杠螺母与丝杠螺母固定板固定；丝杠螺母固定板与水平直线移动机构连接，滚珠丝杠螺母的直线运动传到水平直线移动机构中。滚珠丝杠下端通过丝杠固定侧支撑座与丝杠支撑座固定板固定连接，丝杠支撑座固定板固定在Z轴电机支撑板上表面。滚珠丝杠顶端通过丝杠支撑侧支撑座固定在配重系统的Z轴旋转平台上盖板上，盖板四周分别固定在直线光轴A顶端，从而避免了丝杠自身在轴向上的窜动。所述的水平直线移动机构包括悬臂铝方管、同步带主动轮、同步带、直线导轨、直线导轨滑块、同步带固连块、滑块固定板、同步带从动轮、减速电机A、梅花联轴器B、近端同步带轮轴和末端同步带轮支撑板。同步带主动轮和同步带从动轮分别通过丝杠螺母固定板和末端同步带轮支撑板固定于悬臂铝方管的两端，且通过同步带连接；减速电机A的输出轴通过梅花联轴器B与近端同步带轮轴、同步带主动轮依次连接，同步带主动轮旋转带动与其啮合的同步带转动。直线导轨通过悬臂铝方管固定在丝杠螺母固定板上，直线导轨滑块置于直线导轨上，为直线移动提供导向。同步带固连块与滑块固定板固定，且整体固定在直线导轨滑块上，同步带固连块与同步带啮合，滑块固定板与手部回转机构连接，手部回转机构随着同步带的转动而往复直线移动。所述的手部回转机构包括圆形支柱、机械爪上盖板、连轴件下端轴套、机械爪旋转轴轴承座、圆锥滚子轴承、减速电机B、机械爪电机连接板、连轴件上端轴套和机械爪电机连轴件；圆形支柱上端与滑块固定板相连，其下端与机械爪电机连接板和械爪旋转轴轴承座依次相连，为机械爪提供垂直方向上的悬吊。减速电机B输出轴穿过机械爪电机连接板与电机连轴件和机械爪上盖板依次连接，从而将电机的回转运动传递给了下端的机械爪。机械爪旋转轴轴承座与机械爪电机连轴件之间设有圆锥滚子轴承，保持回转运动的顺畅。连轴件下端轴套和连轴件上端轴套分别固定在圆锥滚子轴承的上下两侧，防止圆锥滚子轴承和电机连轴件在轴向上相对位置窜动。所述的机械爪包括机械爪橡胶垫、机械爪组件、机械爪条形板、不完全齿轮臂从动端、不完全齿轮臂主动端和伺服电机、梅花联轴器C和机械爪主动轴；伺服电机固定在机械爪上盖板上，伺服电机的输出轴通过梅花联轴器C与机械爪主动轴和不完全齿轮臂主动端依次连接；被动端一侧由机械爪组件、机械爪条形板和不完全齿轮臂从动端三者构成平行连杆结构，主动端一侧与之相同，两个平行连杆结构关于中心线对称安装，不完全齿轮臂主动端与不完全齿轮臂从动端啮合，伺服电机驱动两组平行连杆结构对称旋转。在旋转过程中，两组平行连杆结构的机械爪组件始终保持竖直，伺服电机输出轴的回转运动转化为机械爪组件两侧的对称开合，实现了抓取物料的功能。机械爪橡胶垫通过齿形结构与机械爪组件啮合连接，在抓取时增加了摩擦力，提升了抓取效率。所述的配重系统包括直线光轴B、配重块、直线轴承B、Z轴旋转平台上盖板、定滑轮用铝方管、定滑轮、钢丝绳、U型钢丝绳夹头、配重吊板和铝套；两根直线光轴B垂直固定在底面上，顶端与Z轴旋转平台上盖板连接；直线轴承B套装在直线光轴B上，沿着直线光轴B上下滑动；配重块与直线轴承B固定安装，实现配重块在上下移动时不发生旋转和晃动。定滑轮用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，包括底部回转机构(4)、Z轴直线移动机构(6)、水平直线移动机构(7)、手部回转机构(8)、机械爪(9)和配重系统(5)；所述的Z轴直线移动机构(6)固定在底部回转机构(4)上，底部回转机构(4)为其提供绕Z轴回转的动力；Z轴直线移动机构(6)与水平直线移动机构(7)连接，为其提供Z轴方向的往复直线运动的动力；水平直线移动机构(7)通过手部回转机构(8)连接机械爪(9)，手部回转机构(8)在水平直线移动机构(7)上沿水平方向移动；手部回转机构(8)控制连接机械爪(9)旋转；机械爪(9)实现物料的抓取和释放；配重系统(5)通过钢丝绳(65)连接水平直线移动机构(7)的悬臂，用以抵消重物搬运时产生的大扭矩，维持工作机构的稳定运转；所述的配重系统(5)包括直线光轴B(59)、配重块(60)、直线轴承B(61)、Z轴旋转平台上盖板(62)、定滑轮用铝方管(63)、定滑轮(64)、钢丝绳(65)、U型钢丝绳夹头(66)、配重吊板(67)和铝套(68)；两根直线光轴B(59)垂直固定在底面上，顶端与Z轴旋转平台上盖板(62)连接；直线轴承B(61)套装在直线光轴B(59)上，沿着直线光轴B(59)上下滑动；配重块(60)与直线轴承B(61)固定安装，实现配重块(60)在上下移动时不发生旋转和晃动；定滑轮用铝方管(63)安装在Z轴旋转平台上盖板(62)上，为两端的定滑轮(64)提供了支撑平台；钢丝绳(65)绕过两个定滑轮(64)且一端连接水平直线移动机构(7)的悬臂，另一端连接配重块(60)；钢丝绳(65)的端部采用铝套(68)夹紧，使钢丝绳端部形成一个小圈，方便固连，钢丝绳(65)与水平直线移动机构(7)的悬臂采用U型钢丝绳夹头(66)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，包括底部回转机构(4)、Z轴直线移动机构(6)、水平直线移动机构(7)、手部回转机构(8)、机械爪(9)和配重系统(5)；所述的Z轴直线移动机构(6)固定在底部回转机构(4)上，底部回转机构(4)为其提供绕Z轴回转的动力；Z轴直线移动机构(6)与水平直线移动机构(7)连接，为其提供Z轴方向的往复直线运动的动力；水平直线移动机构(7)通过手部回转机构(8)连接机械爪(9)，手部回转机构(8)在水平直线移动机构(7)上沿水平方向移动；手部回转机构(8)控制连接机械爪(9)旋转；机械爪(9)实现物料的抓取和释放；配重系统(5)通过钢丝绳(65)连接水平直线移动机构(7)的悬臂，用以抵消重物搬运时产生的大扭矩，维持工作机构的稳定运转；所述的配重系统(5)包括直线光轴B(59)、配重块(60)、直线轴承B(61)、Z轴旋转平台上盖板(62)、定滑轮用铝方管(63)、定滑轮(64)、钢丝绳(65)、U型钢丝绳夹头(66)、配重吊板(67)和铝套(68)；两根直线光轴B(59)垂直固定在底面上，顶端与Z轴旋转平台上盖板(62)连接；直线轴承B(61)套装在直线光轴B(59)上，沿着直线光轴B(59)上下滑动；配重块(60)与直线轴承B(61)固定安装，实现配重块(60)在上下移动时不发生旋转和晃动；定滑轮用铝方管(63)安装在Z轴旋转平台上盖板(62)上，为两端的定滑轮(64)提供了支撑平台；钢丝绳(65)绕过两个定滑轮(64)且一端连接水平直线移动机构(7)的悬臂，另一端连接配重块(60)；钢丝绳(65)的端部采用铝套(68)夹紧，使钢丝绳端部形成一个小圈，方便固连，钢丝绳(65)与水平直线移动机构(7)的悬臂采用U型钢丝绳夹头(66)连接。2.如权利要求1所述的一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，所述的钢丝绳(65)为两根，定滑轮(64)为两组，两根钢丝绳(65)分别通过两组定滑轮(64)与配重吊板(67)的两端连接；配重吊板(67)与配重块(60)通过轴连接，且能绕轴旋转；当两根钢丝绳(67)长度不一致时，在重力作用下，配重吊板(67)自动旋转将两根钢丝绳(65)都拉紧至相同受力。3.如权利要求1或2所述的一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，底部回转机构(4)包括底座(10)、底部电机支撑板(11)、底部下轴承座(12)、Z轴旋转平台支撑板(13)、推力调心滚子轴承(14)、底部上轴承座(15)、底部电机轴连接法兰(16)和伺服电机A(18)；底部电机支撑板(11)与底座(10)顶端连接，构成框架结构，伺服电机A(18)置于框架结构内，通过螺栓固定在底部电机支撑板(11)下方；底部下轴承座(12)置于底部电机支撑板(11)上；底部下轴承座(12)与推力调心滚子轴承(14)外圈连接，推力调心滚子轴承(14)内圈与底部上轴承座(15)配合；伺服电机A(18)的输出轴穿过底部电机支撑板(11)与底部电机轴连接法兰(16)、底部上轴承座(15)和Z轴旋转平台支撑板(13)依次连接，实现将电机轴的回转动力传递到其他装置；Z轴旋转平台支撑板(13)之上的重力加载在了推力调心滚子轴承(14)上，推力调心滚子轴承(14)维持了回转运动的流畅和稳定。4.如权利要求1或2所述的一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，所述的Z轴直线移动机构(6)包括直线光轴A(19)、伺服电机B(20)、梅花联轴器A(21)、丝杠固定侧支撑座(22)、滚珠丝杠(23)、直线轴承A(24)、丝杠支撑侧支撑座(25)、滚珠丝杠螺母(28)、丝杠支撑座固定板(29)、Z轴电机支撑板(30)和光轴支座(31)；四根直线光轴A(19)分别通过光轴支座(31)固定在Z轴旋转平台支撑板(13)上，形成支撑结构；直线轴承A(24)套装在直线光轴A(19)上，沿直线光轴A(19)上下滑动，Z轴电机支撑板(30)四周分别与直线光轴A(19)固定；伺服电机B(20)固定在Z轴电机支撑板(30)下表面，其输出轴通过梅花联轴器A(21)与滚珠丝杠(23)连接；滚珠丝杠(23)与滚珠丝杠螺母(28)啮合，带动滚珠丝杠螺母(28)直线移动；滚珠丝杠螺母(28)与丝杠螺母固定板(27)固定；丝杠螺母固定板(27)与水平直线移动机构(7)连接，滚珠丝杠螺母(28)的直线运动传到水平直线移动机构(7)中。5.如权利要求1或2所述的一种轻载物料搬运机器人，其特征在于，所述的水平直线移动机构(7)包括悬臂铝方管(26)、同步带主动轮(32)、同步带(33)、直线导轨(34)、直线导轨滑块(35)、同步带固连块(36)、滑块固定板(37)、同步带从动轮(39)、减速电机A(40)、梅花联轴器B(41)、近端同步带轮轴(42)和末端同步带轮支撑板(69)；同步带主动轮(32)和同步带从动轮(39)分别通过丝杠螺母固定板(27)和末端同步带轮支撑板(69)固定于悬臂铝方管(26)的两端，且通过同步带(33)连接；减速电机A(40)的输出轴通过梅花联轴器B(41)与近端同步带轮轴(42)、同步带主动轮(32)依次连接，同步带主动轮(32)旋转带动与其啮合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周永翔，罗忠，葛晓彪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21