一种关节型搬运机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种关节型搬运机器人。它包括驱动电机、编码器、底座、机架回转轴、手腕回转轴、夹持手爪等。机架由３－５个关节组成、每一关节包括关节臂、关节臂旋转轴、蜗轮蜗杆副、齿盘、手臂自重平衡弹簧、钢绳、驱动电机。驱动电机驱动蜗轮蜗杆副，通过齿轮传动机构驱动机架回转轴和各级关节臂、手腕回转轴及手爪。本机器人末端执行器位置控制算法简单、控制容易，对驱动电机的功率要求不高，码垛和拆垛速度快，且不会产生关节反向转动的情况，适用于自动化物流系统中码垛和拆垛。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人机械结构，特别涉及关节型搬运机器人，属于机器人领域。
技术介绍
搬运机器人经过多年的研究获得了很大发展，其灵活性、适应性、速度和抓取能力不断提高，搬运机器人的使用可以提高生产率和系统自动化程度，降低工人的劳动强度，提高仓储系统的准确性，在如金融等行业中应用还可以增加系统的安全性。现有的搬运机器人多为关节型机器人，其手臂多采用各种连杆机构，因手臂各段只能绕其关节运动副旋转，导致机器人末端执行器运动控制的非线性，使得其位置控制算法十分复杂。此外，现有关节机器人大臂、小臂的电机减速器同轴布置，对驱动电机要求较高，虽采用配重、弹簧等措施来降低对驱动电机的要求，但因采用连杆结构，其码垛拆垛速度不快。有时关节臂可能出现自由转动的情况，影响机器人的正常工作。
技术实现思路
本技术的目的，在于提供一种末端执行器位置控制算法线性、控制算法简单、控制容易的机器人。该机器人对驱动电机的功率要求不高，但码垛和拆垛速度快，且关节具有自锁能力，在关节驱动电机断电时可以保持关节位置。本技术通过以下技术方案实现：本搬运机器人包括驱动电机、编码器、底座、机架、机架回转轴、自重平衡弹簧、钢绳、手腕回转轴、夹持手爪，本搬运机器人还包括蜗轮蜗杆副、齿盘、齿轮传动机构；所述机架为具有3—5个关节的多关节机架，每一个关节有一个关节臂，一个关节臂旋转轴；所述驱动电机为驱动各关节臂的伺服电机及驱动手腕回转轴的步进电机；所述编码器、蜗轮蜗杆副、齿盘、-->齿轮传动机构，其数量均与关节的数量相同；所述自重平衡弹簧及钢索，其数量为每一关节臂两个；其连接关系为：机架回转轴与机架刚性连接并置于底座上；机架回转轴伺服电机经轴连接第一级蜗轮蜗杆副，通过齿轮传动机构与机架回转轴连接；机架由各级关节臂通过其底部的齿盘与前一级关节臂末端的关节旋转轴相连接；各级关节臂的伺服电机经轴与蜗轮蜗杆副连接，并通过与蜗轮同轴的驱动齿驱动齿盘，各齿盘与同级的编码器同轴相连；第一节关节臂的自重平衡弹簧一端固定于机架回转轴上，另一端与钢绳连接，钢绳绕在齿盘上的钢绳槽内，钢绳端头穿过钢绳槽上的小孔固定在齿盘上，其余每一级关节臂的自重平衡弹簧一端固定于前一级关节臂旋转轴上，另一端的连接方法与第一级关节臂的相同；末节关节臂经末级关节旋转轴、末级传动齿轮、末级蜗轮蜗杆副与步进电机一端相连，步进电机另一端经轴与手腕回转轴相连，手腕回转轴与装有手爪驱动伺服电机的电机架刚性连接，手爪驱动伺服电机经轴与手爪连接。本技术的有益效果是：由于各关节臂由单独的驱动电机驱动，克服了传统关节机器人的末端执行器的非线性问题，使其位置控制算法简单。由于各级关节臂均安装有编码器，其转过的角度即时被检测，因而控制容易。由于各关节臂旋转轴处装有具有自锁功能的蜗轮蜗杆副，因而本关节机器人不会产生关节由于自重和载荷作用而发生自由旋转的情况。由于各级关节均有平衡弹簧，因此对各驱动电机功率的要求均可降低，且关节臂的转动速度快，因而码垛拆垛速度快。附图说明图1为本技术关节型搬运机器人的结构示意图。图2为图1所示关节型搬运机器人部分放大图。其中第一关节臂去除一部分，以显示主要的平衡弹簧连接关系。图中各标记为：1、底座；3、机架回转轴；4、第一节关节臂；5、第二-->节关节旋转轴；6、第二节关节臂；7、第三节关节旋转轴；8、第三节关节臂；9、第四节关节旋转轴；11、第四节关节臂；12、步进电机；13、电机架；14、手爪电机；15、手爪；16、带槽齿轮；17、驱动齿；18、伺服电机；19、蜗轮蜗杆副；20、手臂自重平衡弹簧；21、手腕回转轴。具体实施方式下面结合附图1所示的实施例对本技术作进一步的说明。实施例：结构如附图1、2所示，由四个关节组成，从机架回转轴向上依次为第1至第4关节，第1节关节4与机架回转轴3刚性连接，伺服电机驱动蜗轮蜗杆副，通过齿轮传动机构驱动回转轴，实现由第1节关节所带动的整个机架的回转运动，第一个编码器与机架回转轴同轴安装，用于检测和控制回转轴回转角度；伺服电机18驱动蜗轮蜗杆副，通过齿盘19使固定在齿盘上的关节臂绕关节旋转轴旋转，利用蜗轮蜗杆副的自锁能力使关节臂静止时能保持其位置，通过与关节回转轴同轴安装的编码器可以检测和控制关节臂旋转角度，手臂自重平衡弹簧20一端固定于前一级手臂回转轴上，另一端与钢绳连接，钢绳绕在齿盘上的钢绳槽内，钢绳端头穿过钢绳槽上的小孔固定在齿盘上，手臂自重平衡弹簧的张力可以调节，用以平衡由于手臂自重而作用于手臂回转轴上的转矩。关节臂转动时，一个弹簧张紧，起到平衡作用，而另一个弹簧放松，这样保证关节臂两个方向转动时都有平衡作用，这样使得驱动关节臂旋转的伺服电机功率显著降低，并提高了关节臂的动作速度；各关节分别由各相关的驱动电机经相关的蜗轮蜗杆副和齿轮传动机构驱动，各级关节臂的编码器与其同级的齿盘同轴安装，用于检测和控制各级关节臂的回转角度，每个关节臂上设置两个手臂自重平衡弹簧。步进电机经减速箱驱动手腕回转轴21，使固定于手腕回转轴上的手腕回转，利用步进电机停止时具有保持转矩的特性使手腕的静止位置得以保持，与手腕回转轴同轴安装的编码器可以控制手腕旋转角度。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种关节型搬运机器人，包括驱动电机、编码器、底座、机架、机架回转轴、自重平衡弹簧、钢绳、手腕回转轴、夹持手爪，其特征在于：搬运机器人还有蜗轮蜗杆副、齿盘、齿轮传动机构；所述机架为具有３－５个关节的多关节机架，每一个关节有一个关节臂，一个关节臂旋转轴；所述驱动电机为驱动各关节臂的伺服电机及驱动手腕回转轴的步进电机；所述编码器、蜗轮蜗杆副、齿盘、齿轮传动机构，其数量均与关节的数量相同；所述自重平衡弹簧及钢索，其数量为每一关节臂两个；　其连接关系为：机架回转轴与机架刚性连接并置于底座上；机架回转轴伺服电机经轴连接第一级蜗轮蜗杆副，通过第一级齿轮传动机构与机架回转轴连接；机架由各级关节臂通过其底部的齿盘与前一级关节臂末端的关节旋转轴相连接；各级关节臂的伺服电机经轴与蜗轮蜗杆副连接，并通过与蜗轮同轴的驱动齿驱动齿盘，各齿盘与同级的编码器同轴相连；第一节关节臂的自重平衡弹簧一端固定于机架回转轴上，另一端与钢绳连接，钢绳绕在齿盘上的钢绳槽内，钢绳端头穿过钢绳槽上的小孔固定在齿盘上，其余每一级关节臂的自重平衡弹簧一端固定于前一级关节臂旋转轴上，另一端的连接方法与第一级关节臂的相同；末节关节臂经末级关节旋转轴、末级传动齿轮、末级蜗轮蜗杆副与步进电机一端相连，步进电机另一端经轴与手腕回转轴相连，手腕回转轴与装有手爪驱动伺服电机的电机架刚性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种关节型搬运机器人，包括驱动电机、编码器、底座、机架、机架回转轴、自重平衡弹簧、钢绳、手腕回转轴、夹持手爪，其特征在于：搬运机器人还有蜗轮蜗杆副、齿盘、齿轮传动机构；所述机架为具有3—5个关节的多关节机架，每一个关节有一个关节臂，一个关节臂旋转轴；所述驱动电机为驱动各关节臂的伺服电机及驱动手腕回转轴的步进电机；所述编码器、蜗轮蜗杆副、齿盘、齿轮传动机构，其数量均与关节的数量相同；所述自重平衡弹簧及钢索，其数量为每一关节臂两个；其连接关系为：机架回转轴与机架刚性连接并置于底座上；机架回转轴伺服电机经轴连接第一级蜗轮蜗杆副，通过第一级齿轮传动机构与机架回转轴连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋帆，鄢大鹏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：实用新型
国别省市：53[中国|云南]