一种大工作空间可控机构式码垛机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种大工作空间可控机构式码垛机，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。机器人通过大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链的组合运动完成大工作空间、灵活多变轨迹输出的搬运码垛工作。在工作过程中，姿态保持支链的三组平行四边形结构能保证末端执行器始终保持水平状态，且所有伺服电机均安装在机架上，杆件都能做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。本实用新型专利技术采用新的连杆机构，不仅使搬运码垛工作空间大，连杆传动机构简单，改善了各杆受力，更加适用于制造大型码垛机。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工业机器人领域，特别是一种大工作空间可控机构式码垛机。
技术介绍
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、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，难以满足高速重载搬运码垛的要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种大工作空间可控机构式码垛机，所有驱动电机都安装在机架上，能解决传统开链式串联码垛机器人的电机安装在其铰链处，导致的手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机器人具有较好动力学性能，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。本技术通过以下技术方案达到上述目的:一种大工作空间可控机构式码垛机，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间四活动度的搬运码垛工作。所述大臂摆动支链由大臂、中臂、小臂以及机架组成，大臂一端通过第一转动副连接到机架上，所述中臂为折杆，中间弯折部分有第二转动副，大臂另一端通过第二转动副与中臂连接，所述中臂一端通过第二转动副与大臂连接，所述小臂为折杆，中间弯折部分有第三转动副，中臂另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂一端通过第三转动副与中臂连接，另一端通过第四转动副与末端执行器连接，所述大臂为第一主动杆，由第一伺服电机驱动。所述中臂摆动支链由第二主动杆、第一连杆、中臂以及机架组成，第二主动杆一端通过第五转动副连接到机架上，另一端通过第六转动副与第一连杆连接，第一连杆一端通过第六转动副与第二主动杆连接，另一端通过第七转动副与中臂连接，所述第二主动杆由第二伺服电机驱动。所述小臂摆动支链由第三主动杆、第二连杆、支撑架、第三连杆、小臂以及机架组成，第三主动杆一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第九转动副与第二连杆连接，所述支撑架上面有三个铰孔，通过第十转动副与第二连杆连接，通过第十一转动副与第三连杆连接，通过第十二转动副与中臂连接，第三连杆一端通过十一转动副与支撑架连接，另一端通过第十三转动副与小臂连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱动。所述姿态保持支链由第四连杆、第一姿态保持架、第五连杆、第二姿态保持架、第六连杆组成，所述第四连杆一端通过第十四转动副连接到机架上，另一端通过第十五转动副与第一姿态保持架连接，所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十五转动副与第四连杆连接，通过第二转动副与大臂摆动支链连接，通过第十六转动副与第五连杆连接，所述第五连杆一端通过第十六转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十七转动副与第二姿态保持架连接，所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十七转动副与第五连杆连接，通过第三转动副与大臂摆动支链连接，通过第十八转动副与第六连杆连接，所述第六连杆一端通过第十八转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十九转动副与末端执行器连接，所述第一转动副、第二转动副、第十四转动副、第十五转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第二转动副、第三转动副、第十六转动副、第十七转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第三转动副、第四转动副、第十八转动副、第十九转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构。所述末端执行器上部通过第四转动副与大臂摆动支链连接，通过第十九转动副与姿态保持支链的第六连杆连接，末端执行器下部通过轴线方向竖直的第二十转动副与电磁夹紧装置连接。所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机。机架安装在回转平台上，实现整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。本技术的突出优点在于:1、通过大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链的组合运动输出，能实现较大工作空间的搬运码垛作业，且轨迹灵活多变，机器人具有较强柔性化输出的能力；2、此码垛机构主动件驱动方式灵活多变，可选用伺服电机驱动，不仅环保，而且易于实现远程控制，降低工人劳动强度；3、所有伺服电机均安装在机架上，杆件做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速重载搬运码垛的要求。附图说明图1为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的整体结构示意图。图2为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的大臂摆动支链结构示意图。图3为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的中臂摆动支链结构示意图。图4为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的小臂摆动支链结构示意图。图5为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的姿态保持支链结构示意图。图6为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机的末端执行器结构示意图。图7为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机安装在回转平台上的第一种工作状态示意图。图8为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机安装在回转平台上的第二种工作状态示意图。图9为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机安装在回转平台上的第三种工作状态示意图。图10为本技术所述大工作空间可控机构式码垛机安装在回转平台上的第四种工作状态示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术的技术方案作进一步说明。对照图1、7、8、9和10，一种大工作空间可控机构式码垛机，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人大工作空间的搬运码垛工作。对照图1、2，所述大臂摆动支链由大臂2、中臂4、小臂6以及机架35组成，大臂2一端通过第一转动副I连接到机架35上，所述中臂4为折杆，中间弯折部分有第二转动副3，大臂2另一端通过第二转动副3与中臂4连接，所述中臂4 一端通过第二转动副3与大臂2连接，所述小臂6为折杆，中间弯折部分有第三转动副5，中臂4另一端通过第三转动副5与小臂6连接，所述小臂6 —端通过第三转动副5与中臂4连接，另一端通过第四转动副7与末端执行器8连接，所述大臂2为第一主动杆，由第一伺服电机37驱动。对照图1、3，所述中臂摆动支链由第二主动杆21、第一连杆23、中臂4以及机架35组成，第二主动杆21 —端通过第五转动副20连接到机架35上，另一端通过第六转动副22与第一连杆23连接，第一连杆23 —端通过第六转动副22与第二主动杆21连接，另一端通过第七转动副24与中臂4连接，所述第二主动杆21由第二伺服电机38驱动。对照图1、4，所述小臂摆动支链由第三主动杆26、第二连杆28、支撑架31、第三连杆33、小臂6以及机架35组成，第三主动杆26 —端通过第八转动副25连接到机架35上，另一端通过第九转动副27与第二连杆28连接，所述支撑架31上面有三个铰孔，通过第十转动副29与第二连杆28连接，通过第i^一转动副32与第三连杆33连接，通过第十二转动副30与中臂4连接，第三连杆33 —端通过i^一转动副32与支撑架31连接，另一端通过第十三转动副34与小臂6连接，所述第三主动杆26由第三伺服电机39驱动。对照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大工作空间可控机构式码垛机，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架，其特征在于，其结构和连接方式为：所述大臂摆动支链由大臂、中臂、小臂以及机架组成，大臂一端通过第一转动副连接到机架上，所述中臂为折杆，中间弯折部分有第二转动副，大臂另一端通过第二转动副与中臂连接，所述中臂一端通过第二转动副与大臂连接，所述小臂为折杆，中间弯折部分有第三转动副，中臂另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂一端通过第三转动副与中臂连接，另一端通过第四转动副与末端执行器连接，所述大臂为第一主动杆，由第一伺服电机驱动，所述中臂摆动支链由第二主动杆、第一连杆、中臂以及机架组成，第二主动杆一端通过第五转动副连接到机架上，另一端通过第六转动副与第一连杆连接，第一连杆一端通过第六转动副与第二主动杆连接，另一端通过第七转动副与中臂连接，所述第二主动杆由第二伺服电机驱动，所述小臂摆动支链由第三主动杆、第二连杆、支撑架、第三连杆、小臂以及机架组成，第三主动杆一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第九转动副与第二连杆连接，所述支撑架上面有三个铰孔，通过第十转动副与第二连杆连接，通过第十一转动副与第三连杆连接，通过第十二转动副与中臂连接，第三连杆一端通过十一转动副与支撑架连接，另一端通过第十三转动副与小臂连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱动，所述姿态保持支链由第四连杆、第一姿态保持架、第五连杆、第二姿态保持架、第六连杆组成，所述第四连杆一端通过第十四转动副连接到机架上，另一端通过第十五转动副与第一姿态保持架连接，所述第一姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十五转动副与第四连杆连接，通过第二转动副与大臂摆动支链连接，通过第十六转动副与第五连杆连接，所述第五连杆一端通过第十六转动副与第一姿态保持架连接，另一端通过第十七转动副与第二姿态保持架连接，所述第二姿态保持架上面有三个铰孔，通过第十七转动副与第五连杆连接，通过第三转动副与大臂摆动支链连接，通过第十八转动副与第六连杆连接，所述第六连杆一端通过第十八转动副与第二姿态保持架连接，另一端通过第十九转动副与末端执行器连接，所述第一转动副、第二转动副、第十四转动副、第十五转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第二转动副、第三转动副、第十六转动副、第十七转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述第三转动副、第四转动副、第十八转动副、第十九转动副在机器人工作过程中组成并始终保持平行四边形结构，所述末端执行器上部通过第四转动副与大臂摆动支链连接，通过第十九转动副与姿态保持支链的第六连杆连接，末端执行器下部通过轴线方向竖直的第二十转动副与电磁夹紧装置连接，所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机。...

【技术特征摘要】
1.一种大工作空间可控机构式码垛机，包括大臂摆动支链、中臂摆动支链、小臂摆动支链、姿态保持支链、末端执行器以及机架，其特征在于，其结构和连接方式为: 所述大臂摆动支链由大臂、中臂、小臂以及机架组成，大臂一端通过第一转动副连接到机架上，所述中臂为折杆，中间弯折部分有第二转动副，大臂另一端通过第二转动副与中臂连接，所述中臂一端通过第二转动副与大臂连接，所述小臂为折杆，中间弯折部分有第三转动副，中臂另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂一端通过第三转动副与中臂连接，另一端通过第四转动副与末端执行器连接，所述大臂为第一主动杆，由第一伺服电机驱动，所述中臂摆动支链由第二主动杆、第一连杆、中臂以及机架组成，第二主动杆一端通过第五转动副连接到机架上，另一端通过第六转动副与第一连杆连接，第一连杆一端通过第六转动副与第二主动杆连接，另一端通过第七转动副与中臂连接，所述第二主动杆由第二伺服电机驱动， 所述小臂摆动支链由第三主动杆、第二连杆、支撑架、第三连杆、小臂以及机架组成，第三主动杆一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第九转动副与第二连杆连接，所述支撑架上面有三个铰孔，通过第十转动副与第二连杆连接，通过第十一转动副与第三连杆连接，通过第十二转动副与中臂连接，第三连杆一端通过十一转动副与支撑架连接，另一端通过第十三转动副与小臂连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡敢为，张金玲，潘宇晨，高德中，王小纯，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：实用新型
国别省市：