專利名稱：一種平行桿碼垛機機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人，尤其是由于碼垛用平行桿機器人。
背景技術：
國內啤酒、飲料、日化等行業的新線已大量采用傳統碼垛機，也有部分小產能的生產線采用通用機器人碼垛，還有大量的舊線還是采用人工碼垛，其它行業如水飲料、調味品、白酒、化妝品、保健品等還有很多還停留在人工碼垛上。隨著社會的發展和科技的進步，各行各業都在向集團化、規?；l展，生產線的產能也在向高速大能力發展，國內新增的啤酒飲料生產線都是36000瓶/小時以上的產能，為滿足高速大產能生產線的碼垛需要，國外幾個大的機器人設備制造商均推出針對碼垛行業的機器人，比如日本的FANUC，日本的Fuji ACE,瑞士的ABB,瑞士的KUKA,這幾家制造商均為專業機器人制造廠商,其生產的機器人廣泛應用于汽車生產線，焊接，噴涂，電子，精密制造，物料搬運(碼垛)等行業，其中日本的FujiACE制造的EC系列碼垛機機器人以其靈活性和專為碼垛行業量身定制的機械結構和控制系統而廣泛應用于碼垛行業。隨著中國工業化進程的不斷加速，機器人的應用將越來越普及，傳統的碼垛機將會被機器人碼垛所取代。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種平行桿碼垛機機器人，具有高速、高精度、高自動化程度、高可靠性、易操作性、寬適用性的優點，能滿足高產能生產線的需求。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種平行桿碼垛機機器人，包括手臂、前臂、后臂、拉桿、第一平行拉桿、第二平行拉桿、三角板、前臂安裝板、驅動所述前臂安裝板前后運動的前臂驅動組件、后臂安裝板、驅動所述后臂安裝板上下運動的后臂驅動組件、旋轉底盤和驅動所述旋轉底盤的回轉驅動組件；所述手臂前端與電機安裝座鉸接，鉸接點為A，所述電機安裝座上設有抓手伺服電機，所述抓手伺服電機通過夾具法蘭與抓手連接；所述前臂位于后臂前方，所述手臂后端分別與所述前臂的前端和后臂的前端鉸接，與前臂的鉸接點為B，與后臂的鉸接點為C ;所述前臂的后端與所述前臂安裝座鉸接，鉸接點為D，所述后臂的后端與所述后臂安裝座鉸接，鉸接點為F ;所述拉桿一端鉸接在前臂安裝板上，鉸接點為D，拉桿另一端鉸接在所述后臂的后端，鉸接點為E，且所述鉸接點E位于鉸接點C和鉸接點F之間；所述前臂安裝板、前臂驅動組件、后臂安裝板和后臂驅動組件固定在所述旋轉底盤上；所述三角板鉸接在所述前臂的前端，鉸接點為B，所述第一平行拉桿一端鉸接在所述前臂安裝板上，另一端鉸接在所述三角板上，所述第二平行拉桿的一端鉸接在所述三角板上，另一端與所述電機安裝座鉸接；所述鉸接點B、C、D、E組成平行四邊形的四個頂點，所述鉸接點A與鉸接點B之間的長度LI為130(Tl310mm，所述鉸接點B與鉸接點C之間的長度L2為255 265mm，所述鉸接點C與鉸接點E之間的長度L3為112(Tll30mm，所述鉸接點E與鉸接點F之間的長度L4為22(T230mm。平行桿碼垛機器人不同于關節機器人的一個主要特征是其平行四邊形的機械結構。碼垛機器人主體固定在底部旋轉安裝板上，通過回轉驅動組件驅動旋轉安裝板，使機器人的主體旋轉，完成手臂在圓周范圍330°內的回轉運動。機器人的前臂、后臂和手臂完成碼垛作業，前臂是通過前臂驅動組件和前臂安裝板的配合，使前臂末端在水平前后方向內移動，這個過程是將前臂驅動組件的回轉運動轉換為前臂下部的水平直線運動。后臂是通過后臂驅動組件與后臂安裝板之間的配合，使后臂末端在垂直上下方向內移動，這個過程是將后臂驅動組件的回轉運動轉換為后臂下部的上下直線運動。前臂和后臂的共同移動通過由他們所構成的平行連桿機構傳遞到手臂后端，使手臂可以在一個平面區域內運動，完成碼垛作業的抓取和松開的過程。手臂前端還有一個夾具伺服電機控制抓手的旋轉運動，夾具伺服電機通過一個行星減速機，直接驅動末端夾具法蘭的轉動。所有動力驅動均采用伺服電機，整體可以實現主體的旋轉，后臂的上下移動，前臂的前后移動和抓手的旋轉運動。由于手臂、前臂、后臂和拉桿之間的鉸接位置設置合理，再加上平行拉桿的作用，不論機器人運動的任何位置，都能保證手臂末端的夾具法蘭保持水平。作為改進，所述前臂驅動組件包括固定在所述前臂安裝板上的兩塊水平支板、設于所述水平支板之間的前臂轉軸、水平滾珠絲桿和驅動所述水平滾珠絲桿的前臂伺服電機；所述前臂后端套在所述前臂轉軸上，通過所述前臂轉軸與前臂安裝板形成鉸接；所述前臂安裝板底部設有固定板，所述水平滾珠絲桿與所述固定板螺紋連接，所述前臂伺服電機通過所述水平滾珠絲桿驅動前臂安裝板前后運動。作為改進，所述前臂安裝板通過水平架安裝在所述旋轉底盤上，所述前臂安裝板底部兩側設有直線導軌滑塊，所述水平架上對應所述直線導軌滑塊處設有導軌，所述直線導軌滑塊與所述導軌配合。直線導軌滑塊與導軌的配合使前臂安裝板在前后直線移動的時候更平穩。作為改進，所述第一平行拉桿與前臂安裝板之間設有定向板，所述定向板鉸接在所述前臂轉軸上，所述第一平行拉桿一端鉸接在所述定向板上。作為改進，所述后臂驅動組件包括固定在所述后臂驅動板上的兩塊垂直支板、設于所述垂直支板之間的后臂轉軸、垂直滾珠絲桿和驅動所述垂直滾珠絲桿的后臂伺服電機；所述后臂后端套在所述后臂轉軸上，通過所述后臂轉軸與后臂安裝板形成鉸接；所述后臂安裝板上設有垂直滾珠絲桿螺母，所述垂直滾珠絲桿與垂直滾珠絲桿螺母螺紋連接，所述后臂伺服電機通過所述垂直滾珠絲桿驅動后臂安裝板上下運動。作為改進，所述后臂安裝板通過垂直架安裝在所述旋轉底盤上，所述后臂安裝板底一側設有直線導軌滑塊，所述垂直架上對應所述直線導軌滑塊處設有導軌，所述直線導軌滑塊與所述導軌配合。直線導軌滑塊與導軌的配合使后臂安裝板在上下直線移動的時候更平穩。作為改進，所述回轉驅動組件包括底座、設于所述底座上的回轉支承、與所述回轉支承配合的減速機和驅動所述減速機的旋轉伺服電機。作為改進，所述抓手伺服電機電機通過減速器與所述夾具法蘭接連。本發明與現有技術相比所帶來的有益效果是
(1)使用平行連桿原理，使前臂和后臂實現無耦合運動，可以獨立控制前臂或后臂的運動，實現碼垛作業，簡化控制程序算法；
(2)碼垛機機器人手臂末端和回轉部件分別采用行星減速機和擺線減速機，這兩種減速機都具有高剛性和低回程間隙的特點，特別適用于高精度，大負荷的工況下；
(3)碼垛機器人的前臂和后臂傳動方式均采用滾珠絲桿的方式，有效的將轉動轉換為直線運動，更適應于碼垛機的碼垛方式。


圖1為本發明結構示意圖。圖2為本發明內部結構示意圖。圖3為機械臂結構示意圖。圖4為本發明驅動部分結構示意圖。圖5為后臂安裝板結構示意圖。圖6為前臂安裝板結構示意圖。圖7為回轉驅動組件結構示意圖。圖8為手臂、前臂、后臂連接關系圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明作進一步說明。如圖1所示，一種平行桿碼垛機機器人，包括手臂2、前臂3、后臂4、拉桿20、第一平行拉桿19、第二平行拉桿7、三角板18、前臂安裝板8、驅動所述前臂安裝板8前后運動的前臂驅動組件、后臂安裝板15、驅動所述后臂安裝板15上下運動的后臂驅動組件、旋轉底盤35和驅動所述旋轉底盤35的回轉驅動組件。如圖2、3所示，所述手臂2前端與電機安裝座I鉸接，鉸接點為A，所述電機安裝座I上設有抓手伺服電機6，所述抓手伺服電機6通過減速機與夾具法蘭5連接，所述夾具法蘭5與抓手(未標示)連接；碼垛機機器人手臂2前端和回轉部件分別采用行星減速機和擺線減速機，這兩種減速機都具有高剛性和低回程間隙的特點，特別適用于高精度，大負荷的工況下。所述前臂3位于后臂4前方，所述手臂2后端分別與所述前臂3的前端和后臂4的前端鉸接，與前臂3的鉸接點為B，與后臂4的鉸接點為C。如圖2、4、6所示，所述前臂驅動組件包括固定在所述前臂安裝板8上的兩塊水平支板30、設于所述水平支板30之間的前臂轉軸31、水平滾珠絲桿10和驅動所述水平滾珠絲桿10的前臂伺服電機9 ;所述前臂3后端套在所述前臂轉軸31上，通過所述前臂轉軸31與前臂安裝板8形成鉸接，鉸接點為D ;所述前臂安裝板8底部設有固定板28，所述固定板28中設有水平滾珠絲桿螺母29，所述水平滾珠絲桿10與所述水平滾珠絲桿螺母29螺紋連接，所述前臂伺服電機9通過同步帶驅動所述水平滾珠絲桿10旋轉，水平滾珠絲桿10驅動前臂安裝板8前后直線運動；所述前臂安裝板8通過水平架13安裝在所述旋轉底盤35上，所述前臂安裝板8底部兩側設有直線導軌滑塊12，所述水平架13上對應所述直線導軌滑塊12處設有導軌11，所述直線導軌滑塊12與所述導軌11配合，使前臂安裝板8在前后直線移動的時候更平穩。如圖2、4、5所示，所述后臂驅動組件包括固定在所述后臂驅動板上的兩塊垂直支板25、設于所述垂直支板25之間的后臂轉軸26、垂直滾珠絲桿23和驅動所述垂直滾珠絲桿23的后臂伺服電機21 ;所述后臂4后端套在所述后臂轉軸26上，通過所述后臂轉軸26與后臂安裝板15形成鉸接，鉸接點為F ;所述后臂安裝板15上設有垂直滾珠絲桿螺母24，所述垂直滾珠絲桿23與垂直滾珠絲桿螺母24螺紋連接，所述后臂伺服電機21通過所述垂直滾珠絲桿23驅動后臂安裝板15上下運動；所述后臂安裝板15通過垂直架14安裝在所述旋轉底盤35上，所述后臂安裝板15底一側設有直線導軌滑塊27，所述垂直架14上對應所述直線導軌滑塊27處設有導軌36，所述直線導軌滑塊27與所述導軌36配合，使后臂安裝板15在上下直線移動的時候更平穩。如圖8所示，所述拉桿20 —端鉸接在前臂安裝板8的前臂轉軸31上，鉸接點為D，拉桿20另一端鉸接在所述后臂4的后端，鉸接點為E，且所述鉸接點E位于鉸接點C和鉸接點F之間；所述鉸接點B、C、D、E組成平行四邊形的四個頂點；所述鉸接點A與鉸接點B之間的長度LI為130(Tl310mm，本實施例為1305mm ;所述鉸接點B與鉸接點C之間的長度L2為255 265mm，本實施例為261mm ;所述鉸接點C與鉸接點E之間的長度L3為112(Tll30mm，本實施例為1125mm ;所述鉸接點E與鉸接點F之間的長度 L4為22(T230mm，本實施例為223mm。如圖7所示，所述回轉驅動組件包括底座32、設于所述底座32上的回轉支承33、與所述回轉支承33配合的減速機34和驅動所述減速機34的旋轉伺服電機22，回轉支承33與旋轉底盤35連接；所述前臂安裝板8、前臂驅動組件、后臂安裝板15和后臂驅動組件組成的主體固定在所述旋轉底盤35上。如圖3所示，所述三角板18鉸接在所述前臂3的前端，鉸接點為B ;所述第一平行拉桿19與前臂安裝板8之間設有定向板，所述定向板鉸接在所述前臂轉軸31上，所述第一平行拉桿19 一端鉸接在所述定向板上，另一端鉸接在所述三角板18上；所述第二平行拉桿7的一端鉸接在所述三角板18上，另一端與連接固定連接，所述連接件與所述電機安裝座I鉸接。如圖2所示，平行桿碼垛機器人不同于關節機器人的一個主要特征是其平行四邊形的機械結構。碼垛機器人主體固定在底部旋轉安裝板上，通過回轉驅動組件驅動旋轉安裝板，使機器人的主體旋轉，完成手臂2在圓周范圍330°內的回轉運動。機器人的前臂3、后臂4和手臂2完成碼垛作業，前臂3是通過前臂驅動組件和前臂安裝板8的配合，使前臂3末端在水平前后方向內移動，這個過程是將前臂驅動組件的回轉運動轉換為前臂3下部的水平直線運動。后臂4是通過后臂驅動組件與后臂安裝板15之間的配合，使后臂4末端在垂直上下方向內移動，這個過程是將后臂驅動組件的回轉運動轉換為后臂4下部的上下直線運動。前臂3和后臂4的共同移動通過由他們所構成的平行連桿機構傳遞到手臂2后端，使手臂2可以在一個平面區域內運動，完成碼垛作業的抓取和松開的過程。手臂2前端還有一個夾具伺服電機控制抓手的旋轉運動，夾具伺服電機通過一個行星減速機，直接驅動末端夾具法蘭5的轉動。所有動力驅動均采用伺服電機，整體可以實現主體的旋轉，后臂4的上下移動，前臂3的前后移動和抓手的旋轉運動。由于手臂2、前臂3、后臂4和拉桿20之間的鉸接位置設置合理，再加上平行拉桿的作用，不論機器人運動的任何位置，都能保證手臂2末端的夾具法蘭5保持水平。本發明伺服控制原理設置一個固定的坐標系Χ0Υ，其隨基座一起旋轉，當機器人本體處于虛線所示位置時，平行四連桿機構的H)點為坐標系XOY的原點，X軸與AOCO平行；當水平電機驅動滑塊正方向移動X，垂直電機驅動滑塊移動I時，平行桿碼垛機器人的末端執行器的運動規律為對應的X和y的一次函數，從運動學分析可以看出，該機器人的結構使得機器人省略和復雜的合成計算，末端執行執行器的運動可以直接實現無耦合的單軸運動，單獨驅動各軸。通過伺服電機驅動，可以直接形成直角或角度的旋轉。本發明中，使用平行連桿原理，使前臂3和后臂4實現無耦合運動，可以獨立控制前臂3或后臂4的運動，實現碼垛作業，簡化控制程序算法；碼垛機機器人手臂2末端和回轉部件分別采用行星減速機和擺線減速機，這兩種減速機都具有高剛性和低回程間隙的特點，特別適用于高精度，大負荷的工況下；碼垛機器人的前臂3和后臂4傳動方式均采用滾珠絲桿的方式，有效的將轉動轉換為直線運動，更適應于碼垛機的碼垛方式。
權利要求
1.一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于包括手臂、前臂、后臂、拉桿、第一平行拉桿、第二平行拉桿、三角板、前臂安裝板、驅動所述前臂安裝板前后運動的前臂驅動組件、后臂安裝板、驅動所述后臂安裝板上下運動的后臂驅動組件、旋轉底盤和驅動所述旋轉底盤的回轉驅動組件；所述手臂前端與電機安裝座鉸接，鉸接點為A，所述電機安裝座上設有抓手伺服電機，所述抓手伺服電機通過夾具法蘭與抓手連接；所述前臂位于后臂前方，所述手臂后端分別與所述前臂的前端和后臂的前端鉸接，與前臂的鉸接點為B，與后臂的鉸接點為 C ;所述前臂的后端與所述前臂安裝座鉸接，鉸接點為D，所述后臂的后端與所述后臂安裝座鉸接，鉸接點為F ;所述拉桿一端鉸接在前臂安裝板上，鉸接點為D，拉桿另一端鉸接在所述后臂的后端，鉸接點為E，且所述鉸接點E位于鉸接點C和鉸接點F之間；所述前臂安裝板、前臂驅動組件、后臂安裝板和后臂驅動組件固定在所述旋轉底盤上；所述三角板鉸接在所述前臂的前端，鉸接點為B，所述第一平行拉桿一端鉸接在所述前臂安裝板上，另一端鉸接在所述三角板上，所述第二平行拉桿的一端鉸接在所述三角板上，另一端與所述電機安裝座鉸接；所述鉸接點B、C、D、E組成平行四邊形的四個頂點，所述鉸接點A與鉸接點B之間的長度LI為130(Tl310mm，所述鉸接點B與鉸接點C之間的長度L2為255 265mm，所述鉸接點C與鉸接點E之間的長度L3為112(Tll30mm，所述鉸接點E與鉸接點F之間的長度 L4 為 220 230mm。
2.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述前臂驅動組件包括固定在所述前臂安裝板上的兩塊水平支板、設于所述水平支板之間的前臂轉軸、水平滾珠絲桿和驅動所述水平滾珠絲桿的前臂伺服電機；所述前臂后端套在所述前臂轉軸上， 通過所述前臂轉軸與前臂安裝板形成鉸接；所述前臂安裝板底部設有固定板，所述水平滾珠絲桿與所述固定板螺紋連接，所述前臂伺服電機通過所述水平滾珠絲桿驅動前臂安裝板前后運動。
3.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述前臂安裝板通過水平架安裝在所述旋轉底盤上，所述前臂安裝板底部兩側設有直線導軌滑塊，所述水平架上對應所述直線導軌滑塊處設有導軌，所述直線導軌滑塊與所述導軌配合。
4.根據權利要求2所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述第一平行拉桿與前臂安裝板之間設有定向板，所述定向板鉸接在所述前臂轉軸上，所述第一平行拉桿一端鉸接在所述定向板上。
5.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述后臂驅動組件包括固定在所述后臂驅動板上的兩塊垂直支板、設于所述垂直支板之間的后臂轉軸、垂直滾珠絲桿和驅動所述垂直滾珠絲桿的后臂伺服電機；所述后臂后端套在所述后臂轉軸上， 通過所述后臂轉軸與后臂安裝板形成鉸接；所述后臂安裝板上設有垂直滾珠絲桿螺母，所述垂直滾珠絲桿與垂直滾珠絲桿螺母螺紋連接，所述后臂伺服電機通過所述垂直滾珠絲桿驅動后臂安裝板上下運動。
6.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述后臂安裝板通過垂直架安裝在所述旋轉底盤上，所述后臂安裝板底一側設有直線導軌滑塊，所述垂直架上對應所述直線導軌滑塊處設有導軌，所述直線導軌滑塊與所述導軌配合。
7.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述回轉驅動組件包括底座、設于所述底座上的回轉支承、與所述回轉支承配合的減速機和驅動所述減速機的旋轉伺服電機。
8.根據權利要求1所述的一種平行桿碼垛機機器人，其特征在于所述抓手伺服電機電機通過減速器與所述夾具法蘭接連。
全文摘要
一種平行桿碼垛機機器人，包括手臂、前臂、后臂、拉桿、第一平行拉桿、第二平行拉桿、三角板、前臂安裝板、驅動所述前臂安裝板前后運動的前臂驅動組件、后臂安裝板、驅動所述后臂安裝板上下運動的后臂驅動組件、旋轉底盤和驅動所述旋轉底盤的回轉驅動組件；手臂后端分別與前臂和后臂前端鉸接，前臂后端與前臂安裝板鉸接，后臂后端與后臂安裝板鉸接，拉桿分別與前臂的后端和后臂的后端鉸接；手臂、前臂、后臂、拉桿組成平行四邊形，使用平行連桿原理，使前臂和后臂實現無耦合運動，可以獨立控制前臂或后臂的運動，實現碼垛作業，具有高速、高精度、高自動化程度、高可靠性、易操作性、寬適用性的優點。
文檔編號B25J9/00GK103010764SQ201210552519
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者劉遠強, 徐偉, 姚志強 申請人:廣州市萬世德包裝機械有限公司