一种搬运码垛机器人制造技术

一种搬运码垛机器人，属于机器人领域。为降低现有机器人对电机等驱动元件的力矩要求，去掉配重等来减小重量，本发明专利技术公开了一种搬运码垛机器人，包括底座，旋转机架，由下方大臂、下方小臂、上方大臂和上方小臂组成的第一平行四连杆机构，以及安装有末端执行器的末端执行器姿态保持器；下方大臂和下方小臂连接处为机器人肩关节；下方大臂和上方下臂连接处为机器人肘关节；机器人大臂和小臂的运动由曲柄摇块机构来驱动；所述搬运码垛机器人还包括一个姿态保持机构，通过所述姿态保持机构使得末端执行器姿态保持器的下表面在工作过程中始终保持水平。本发明专利技术降低了对驱动元件的要求，无需配重及弹簧减力平衡装置，降低了机器人的本体重量及成本。

【技术实现步骤摘要】
一种搬运码垛机器人
本专利技术涉及一种搬运码垛机器人，具体的说一种用于工业自动化生产线，能够完成装货、卸货、货物输运、码垛、解垛等多种工作的机器人，属于机器人领域。
技术介绍
自20世纪70年代末，日本将机器人技术用于码垛工艺以来，码垛机器人的研究获得了迅速的发展，柔性、处理速度以及抓取重量不断提高，同时，码垛机器人占地面积小，能够同时处理多种物料和码垛多个料垛，越来越受到广大用户的青睐并迅速占领市场。码垛机器人的使用大大降低了人工劳动强度，提高了生产效率，现代的码垛机器人可以完成袋类、箱类等多种包装的输运、码垛以及解垛等工作。瑞典的ABB Robotics、德国的KUKA Roboter、日本的Fuji Yusoki Kogyo、Okura Yusoki等公司都生产有码垛机器人，并且占领了全球市场。以ABB Robotics的码垛机器人IRB 660为例，它有五个旋转关节，从底座开始依次是可绕竖直方向转动的腰关节，旋转方向垂直于纸面的肩关节、肘关节、腕俯仰关节，以及可绕竖直方向旋转的末端执行器旋转关节，它是一种典型的传统工业机器人。图1为ABB IRB 660的整体结构示意图，图2为以ABBIRB 660为代表的传统码垛机器人旋转机架以上部分的结构简图。如图1和图2所示，旋转机架3通过旋转轴组件2安装在设置在地面上的底座1上并可绕竖直方向旋转，这便是机器人的腰关节Axis 1；下方大臂5、下方小臂7、上方大臂6和上方小臂8通过连接轴H、V、B、C相连组成第一平行四连杆机构，所述第一平行四连杆机构依靠连接轴H安装在所述旋转机架3上，所述连接轴H处即为机器人的肩关节Axis 2，下方大臂5的运动是依靠肩关节驱动电机16通过减速器来驱动；所述连接轴C处即为机器人的肘关节Axis 3，上方小臂8依靠设定在所述旋转机架3上的肘关节驱动电机4通过减速器及所述第一平行四连杆机构来控制其运动；肩关节驱动电机16与肘关节驱动电机4同轴布置。所述下方大臂5和上方小臂8的中心线交汇点的连接轴C处安装有一个“L”型连接件10，所述“L”型连接件10、第一连杆9、所述下方大臂5与所述旋转机架3通过连接轴G、O、H、C相连组成第二平行四连杆机构；所述“L”型连接件10、第二连杆11、所述上方小臂8与末端执行器姿态保持器12通过连接轴D、E、P、C相连组成第三平行四连杆机构，-->利用所述第二平行四连杆机构和所述第三平行四连杆机构能够保证所述末端执行器姿态保持器12的下表面在机器人工作过程中始终保持水平，这种设计在待处理或搬运的货物较重时有着明显的优势，其中所述连接轴P处即为机器人的腕俯仰关节Axis 4。机器人末端执行器13在安装在所述末端执行器姿态保持器12上的末端执行器旋转电机14的作用下可以绕竖直方向旋转，形成机器人的末端执行器旋转关节Axis 5。这种配置方式为现有大多数关节式码垛机器人所采用，但是这种配置方式存在如下问题，为了降低对于驱动电机的要求，常采用在码垛机器人上加配重，或者弹簧减力平衡装置或者液压气动减力平衡装置来降低机器人工作过程中所需的驱动力矩要求，例如：ABBRobotics的IRB 660采用了弹簧减力平衡装置15，图2中K为弹簧；ABB Robotics的IRB 6400同时采用了配重(Counter Weight)和弹簧减力平衡装置，不过，这种机械结构对于驱动元件的要求仍然较高，所用的驱动元件通常是电机，另外，加配重或者弹簧减力平衡装置加重了机器人的本体重量，加大了能源的消耗以及机器的磨损。因而，需要对这种配置方式的码垛机器人进行机械结构方面的改造和创新，既能够降低机器人对于驱动元件(通常是电机)的要求，又能够去掉配重等以降低机器人本体重量，降低对于能源的消耗以及工作过程中机器的磨损，保持较低成本的同时能够有较好的稳定性及耐用性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种搬运码垛机器人，它能够降低机器人对于电机等驱动元件的驱动力矩要求，从而能降低机器人的成本，并且能够去掉配重以及弹簧减力平衡装置，以减小机器人的本体重量和磨损，提高机器人的稳定性及耐用性。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种搬运码垛机器人，包括底座，安装在所述底座上并可绕竖直方向旋转的旋转机架，由下方大臂、下方小臂、上方大臂和上方小臂组成的第一四连杆机构，以及末端执行器姿态保持器；所述第一四连杆机构通过处于下方大臂和下方小臂中心线交汇处的连接轴安装在所述旋转机架上，形成机器人的肩关节；所述下方大臂通过连接轴与所述上方小臂相连接，形成机器人的肘关节；所述上方小臂向外伸出的一侧末端通过连接轴与所述末端执行器姿态保持器相连接，形成机器人的腕俯仰关节，所述末端执行器姿态保持器上还安装有可绕竖直方向旋转的末端执行器；其特征在于：所述第一四连杆机构为一个平行四连杆机构；-->所述搬运码垛机器人还包括肩关节驱动元件，所述肩关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第一曲柄摇块机构驱动所述下方大臂绕肩关节运动；所述搬运码垛机器人还包括肘关节驱动元件，所述肘关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第二曲柄摇块机构和第一四连杆机构驱动所述上方小臂绕肘关节运动；所述搬运码垛机器人还包括一个姿态保持机构，通过所述姿态保持机构使得所述末端执行器姿态保持器的下表面在工作过程中始终保持水平。作为本专利技术的一种实施方式，所述姿态保持机构由设置在所述腕俯仰关节处的电机组件组成，所述姿态保持机构根据所述第一四连杆机构的姿态实时调整所述末端执行器姿态保持器与所述上方小臂之间的夹角，使得所述末端执行器姿态保持器的下表面在工作过程中始终保持水平。作为本专利技术的另一种实施方式，还可以在所述第一四连杆机构上安装一个“L”型连接件，所述“L”型连接件的一端通过第一连杆与所述旋转机架相连，与所述下方大臂一起组成第二四连杆机构；所述“L”型连接件的另一端通过第二连杆与所述末端执行器姿态保持器相连，与所述上方小臂一起组成第三四连杆机构，所述第二四连杆机构和所述第三四连杆机构均为平行四连杆机构，两者组成所述姿态保持机构。此种设计方式在待处理或搬运的货物较重时有着明显的优势。本专利技术结构简单紧凑，通过电机——丝杠螺母组件等组成的曲柄摇块机构来驱动机器人的手臂进行运动，大大降低了码垛机器人工作过程中对于驱动电机的要求，因而无需配重及弹簧减力平衡装置，有效降低了机器人的本体重量，它成本及能源消耗低，重量轻而磨损小，稳定性及耐用性好。附图说明图1为ABB IRB 660的整体结构示意图。图2为以ABB IRB 660为代表的传统码垛机器人旋转机架以上部分的结构简图。图3为本专利技术中旋转机架以上部分的结构简图。图4为本专利技术典型实施例的整体结构的三维示意图。图5为本专利技术典型实施例的整体结构的正面示意图。图6为本专利技术典型实施例的曲柄摇块机构示意图。图7为本专利技术典型实施例在工业生产线中的一种布置方式的示意图。-->其中1：底座。2：旋转轴组件。3：旋转机架。4：肘关节驱动电机。5：下方大臂。6：上方大臂。7：下方小臂。8：上方小臂。9：第一连杆。10：“L”型连接件。11：第二连杆。12：末端执行器姿态保持器。13：末端执行器。14：末端执行器旋转电机。15：弹簧减力平衡装置。16：肩关节驱动电机。H：连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搬运码垛机器人，包括底座，安装在所述底座上并可绕竖直方向旋转的旋转机架，由下方大臂、下方小臂、上方大臂和上方小臂组成的第一四连杆机构，以及末端执行器姿态保持器；所述第一四连杆机构通过处于下方大臂和下方小臂中心线交汇处的连接轴安装 在所述旋转机架上，形成机器人的肩关节；所述下方大臂通过连接轴与所述上方小臂相连接，形成机器人的肘关节；所述上方小臂向外伸出的一侧末端通过连接轴与所述末端执行器姿态保持器相连接，形成机器人的腕俯仰关节，所述末端执行器姿态保持器上还安装有可绕竖直方向旋转的末端执行器；其特征在于：所述第一四连杆机构为一个平行四连杆机构；所述搬运码垛机器人还包括肩关节驱动元件，所述肩关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第一曲柄摇块机构驱动所述下方大臂绕肩关节运动；所述搬运码 垛机器人还包括肘关节驱动元件，所述肘关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第二曲柄摇块机构和第一四连杆机构驱动所述上方小臂绕肘关节运动；所述搬运码垛机器人还包括一个姿态保持机构，通过所述姿态保持机构使得所述末端执行器姿态保持器的下表 面在工作过程中始终保持水平。...

【技术特征摘要】
1.一种搬运码垛机器人，包括底座，安装在所述底座上并可绕竖直方向旋转的旋转机架，由下方大臂、下方小臂、上方大臂和上方小臂组成的第一四连杆机构，以及末端执行器姿态保持器；所述第一四连杆机构通过处于下方大臂和下方小臂中心线交汇处的连接轴安装在所述旋转机架上，形成机器人的肩关节；所述下方大臂通过连接轴与所述上方小臂相连接，形成机器人的肘关节；所述上方小臂向外伸出的一侧末端通过连接轴与所述末端执行器姿态保持器相连接，形成机器人的腕俯仰关节，所述末端执行器姿态保持器上还安装有可绕竖直方向旋转的末端执行器；其特征在于：所述第一四连杆机构为一个平行四连杆机构；所述搬运码垛机器人还包括肩关节驱动元件，所述肩关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第一曲柄摇块机构驱动所述下方大臂绕肩关节运动；所述搬运码垛机器人还包括肘关节驱动元件，所述肘关节驱动元件通过设置在所述旋转机架上的第二曲柄摇块机构和第一四连杆机构驱动所述上方小臂绕肘关节运动；所述搬运码垛机器人还包括一个姿态保持机构，通过所述姿态保持机构使得所述末端执行器姿态保持器的下表面在工作过程中始终保持水平。2.根据权利要求1所述的搬运码垛机器人，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恳，杨向东，李金泉，贾振中，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]