一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法技术

本发明专利技术公开了一种位姿误差自补偿的码垛机器人，属于自动化领域。包括底座机构、腰部回转机构、臂部机构、腕部机构、执行机构、视觉机构六部分。本发明专利技术一方面，通过在视觉机构确定执行末端的实际位姿信息，与理论位姿信息进行对比，对合成运动矢量进行修正并输出，提高机器人运动的精准性，另一方面，通过对执行末端的机械夹爪进行改进，具体为机械夹爪上安装两个真空吸盘，在夹指上设置防滑件，在保证机械夹爪的稳定性的前提下，尽可能减小货物之间的距离。解决了码垛存在偏差、不稳定，容易形成安全隐患的问题。

A stacking robot with self compensation of pose error and its stacking method

The invention discloses a stacking robot with self compensation of pose error, belonging to the field of automation. It includes six parts: base mechanism, waist rotation mechanism, arm mechanism, wrist mechanism, actuator and vision mechanism. On the one hand, through determining the actual position and attitude information of the execution end in the visual mechanism, and comparing with the theoretical position and attitude information, the composite motion vector is modified and output to improve the accuracy of the robot movement; on the other hand, through improving the mechanical gripper at the execution end, specifically, two vacuum suckers are installed on the mechanical gripper, and anti-skid parts are arranged on the gripper fingers, On the premise of ensuring the stability of the mechanical gripper, the distance between the goods shall be reduced as much as possible. It solves the problems of deviation, instability and potential safety hazard.

【技术实现步骤摘要】
一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法
本专利技术属于自动化领域，尤其是一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法。
技术介绍
码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物。为现代生产提供了更高的生产效率。在物流运输行业有着广泛的应用，不仅节省了劳动力，节省空间，而且提高了运输效率、降低了运输成本。其中，现有的码垛机器人多大采用串联多关节机器人，具有很高的自由度，几乎适合于任何轨迹或角度的工作，可以自由编程，完成全自动化的码垛工作，提高生产效率。当货物垛堆存在偏差时，在运输和后期固定过程中，很容易造成垛堆坍塌，形成安全隐患。其中，申请人自行研究过现有技术后，发现造成码垛存在偏差、不稳定的主要有两方面的原因。一是机器人根据离线加工程序给定的理论位姿来完成码垛定位，但是由于串联多关节机器人安装姿态、关节运动误差、理论加工模型与实际加工模型等原因的存在。在多次累积运动、工作后，机器人在加工时通常无法保证机器人末端执行器的运动方向与目标执行位置表面的法向一致性，会存在一定的姿态角度偏差，即机器人的执行末端实际位姿与理论位姿不匹配。二是现有的有执行末端，保证夹持的稳定性，一般采用的机械夹爪为的“L”形，导致在抽出机械夹爪后，货物与货物之间存在较大间隙，进一步加大误差的累积。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法，以解决上述
技术介绍
中所涉及的问题。技术方案：一种位姿误差自补偿的码垛机器人，包括：底座机构，包括由若干钢板焊接而成圆台形框架，固定连接在所述框架下方、并与工作台面固定的下底板，固定连接在所述框架上方的上底板，在所述框架四周焊接有加强筋；其中，所述上底板中心位置设置有一个旋转螺纹孔；机械臂，包括腰部回转机构，设置在所述回转机构上方的臂部机构，以及与所述臂部机构相连接的腕部机构；执行机构，包括与所述腕部机构固定连接的固定板，固定安装在所述固定板底部的直线模组和滑动导轨，与设置所述直线模组和滑动导轨上的输出滑块固定连接的机械夹爪，以及设置在所述固定板两侧、且错位排开的两个真空吸盘；视觉机构，包括设置在所述码垛机器人一侧的激光追踪器，以及固定安装在所述执行机构上的至少六个球靶。在进一步实施过程中，所述腰部回转机构包括：设置在所述上底板上方的腰部支撑座，固定安装在所述腰部支撑座内腰部伺服电机，通过传动齿轮组或传动皮带与所述腰部伺服电机相连接的第一减速机；其中，所述第一减速机的上部的输出端设置在所述腰部支撑座内部，下部的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴穿过所述旋转螺纹孔、且内外螺纹啮合。在进一步实施过程中，所述臂部机构包括：固定安装在所述腰部支架上的第一伺服电机和第二伺服电机，设置在所述腰部支撑座上的大臂，与所述大臂通过回转销轴连接的小臂，与所述第一伺服电机输出轴相连接的第一连杆，两端与在所述小臂一端和第一连杆通过销轴相连接的第二连杆；其中，所述第一连杆、第二连杆、大臂和小臂组成一个平行四边形；在进一步实施过程中，所述腕部机构包括：与所述小臂的另一端通过销轴相连接的托架，安装在所述回转销轴上的“V”形连接件，连接在所述连接件一侧、并与所述托架相连接的第一拉杆，连接在所述连接件另一侧、并与所述第二伺服电机相连接的第二拉杆和第三拉杆，设置在所述托架上的腕部伺服电机，与所述腕部伺服电机相连接的第二减速机，以及与所述第二减速机输出轴连接的法兰连接盘；其中，所述第一拉杆、小臂、连接件、腕部机构组成一个平行四边形。在进一步实施过程中，所述下底板通过可拆卸螺栓固定于工作台上或移动车辆上。在进一步实施过程中，所述大臂采用钢板焊接而成，内置高密度的金属填充物作为平衡装置；小臂和腕部机构采用槽型铝材制成的空心结构。在进一步实施过程中，所述机械夹爪通过连接板连接垂直于所述固定板向下，且所述机械夹爪的指尖向内弯曲，在所述机械夹爪的指根设置有多个防滑件。在进一步实施过程中，所述第一伺服电机、第二伺服电机、腕部伺服电机、腰部伺服电机、直线模组、激光追踪器和球靶均与可编辑的工控机电连接。基于上装置，一种位姿误差自补偿的码垛方法，包括如下步骤：S1、将码垛机器人通过螺栓固定在指定的工作区域，优选为位于传送带的末端，同时，工控机在以所述基座固定位置原点建立虚拟基座坐标系；S2、工控机根据传送带的末端作为起始点和码垛托盘指定位置为结束点，结合运动矩阵关系，计算合运动矢量；S3、通过直线模组控制机械夹爪夹持待搬运货物，真空吸盘进一步固定，模拟手抓抓包的动作；S4、第一伺服电机带动小臂沿着大臂连接处的销轴旋转，抬起货物；同时，第二伺服电机带动腕部沿着小臂处连接处的销轴旋转，始终保持货物始终朝下；通过腰部伺服电机带动旋转轴沿着基座旋转，将货物运送至码垛托盘上方；S5、通过激光追踪器检测执行末端的实际坐标，与通过工控机计算的理论坐标做对比，对合成运动矢量做出修正；S6、以修正后的运动矢量作为运动指令，通过第一伺服电机带动小臂沿着大臂连接处的销轴旋转，放下手臂，至指定位置后，直线模组控制机械夹爪夹持、真空吸盘松开货物，完成一次码垛单元；S7、重复上述步骤S2~S6，完成全部码垛过程。有益效果：本专利技术涉及一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法，一方面，通过在执行末端安装多个靶球，测量出至少6个已知实际位置，根据执行末端坐标系与基座坐标系之间的关系，确定执行末端的实际位姿信息，与理论位姿信息进行对比，对合成运动矢量进行修正并输出，提高毛多机器人运动的精准性，另一方面，通过对执行末端的机械夹爪进行改进，具体为机械夹爪上安装两个真空吸盘，在夹指上设置防滑件，在保证机械夹爪的稳定性的前提下，尽可能减小货物之间的距离。解决了码垛存在偏差、不稳定，容易形成安全隐患的问题。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术中码垛机器人的结构示意图。图3是本专利技术中码垛机器人的原理示意图。图4是本专利技术中机械夹爪的结构示意图。图5是本专利技术中夹指的局部放大图。图6是本专利技术中防滑件的结构示意图。附图标记为：底座机构1、腰部回转机构2、臂部机构3、腕部机构4、执行机构5、传送带6、码垛托盘7、框架101、下底板102、上底板103、加强筋104、腰部支撑座201、腰部伺服电机202、第一减速机203、旋转轴204、第一伺服电机301、第二伺服电机302、大臂303、小臂304、第一连杆305、第二连杆306、托架401、连接件402、第一拉杆403、第二拉杆404、腕部伺服电机405、第二减速机406、法兰连接盘407、第三拉杆408、固定板501、直线模组502、滑动导轨503、机械夹爪504、夹指505、真空吸盘506、防滑件505a。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，包括：/n底座机构，包括由若干钢板焊接而成圆台形框架，固定连接在所述框架下方、并与工作台面固定的下底板，固定连接在所述框架上方的上底板，在所述框架四周焊接有加强筋；其中，所述上底板中心位置设置有一个旋转螺纹孔；/n机械臂，包括腰部回转机构，设置在所述回转机构上方的臂部机构，以及与所述臂部机构相连接的腕部机构；/n执行机构，包括与所述腕部机构固定连接的固定板，固定安装在所述固定板底部的直线模组和滑动导轨，与设置所述直线模组和滑动导轨上的输出滑块固定连接的机械夹爪，以及设置在所述固定板两侧、且错位排开的两个真空吸盘；/n视觉机构，包括设置在所述码垛机器人一侧的激光追踪器，以及固定安装在所述执行机构上的至少六个球靶。/n

【技术特征摘要】
1.一种位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，包括：
底座机构，包括由若干钢板焊接而成圆台形框架，固定连接在所述框架下方、并与工作台面固定的下底板，固定连接在所述框架上方的上底板，在所述框架四周焊接有加强筋；其中，所述上底板中心位置设置有一个旋转螺纹孔；
机械臂，包括腰部回转机构，设置在所述回转机构上方的臂部机构，以及与所述臂部机构相连接的腕部机构；
执行机构，包括与所述腕部机构固定连接的固定板，固定安装在所述固定板底部的直线模组和滑动导轨，与设置所述直线模组和滑动导轨上的输出滑块固定连接的机械夹爪，以及设置在所述固定板两侧、且错位排开的两个真空吸盘；
视觉机构，包括设置在所述码垛机器人一侧的激光追踪器，以及固定安装在所述执行机构上的至少六个球靶。


2.根据权利要求1所述的位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，所述腰部回转机构包括：设置在所述上底板上方的腰部支撑座，固定安装在所述腰部支撑座内腰部伺服电机，通过传动齿轮组或传动皮带与所述腰部伺服电机相连接的第一减速机；其中，所述第一减速机的上部的输出端设置在所述腰部支撑座内部，下部的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴穿过所述旋转螺纹孔、且内外螺纹啮合。


3.根据权利要求2所述的位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，所述臂部机构包括：固定安装在所述腰部支架上的第一伺服电机和第二伺服电机，设置在所述腰部支撑座上的大臂，与所述大臂通过回转销轴连接的小臂，与所述第一伺服电机输出轴相连接的第一连杆，两端与在所述小臂一端和第一连杆通过销轴相连接的第二连杆；其中，所述第一连杆、第二连杆、大臂和小臂组成一个平行四边形。


4.根据权利要求3所述的位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，所述腕部机构包括：与所述小臂的另一端通过销轴相连接的托架，安装在所述回转销轴上的“V”形连接件，连接在所述连接件一侧、并与所述托架相连接的第一拉杆，连接在所述连接件另一侧、并与所述第二伺服电机相连接的第二拉杆和第三拉杆，设置在所述托架上的腕部伺服电机，与所述腕部伺服电机相连接的第二减速机，以及与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，陈玉振，张洁，
申请(专利权)人：南京博约智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32