本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種回轉式氣動吸附裝置及delta機器人。

背景技術：

Delta機器人是應用于食品、藥品等輕工行業，在產品生產線上代替人工實現物料的快速分揀、理料、包裝等工序。其實現方式為在DELTA機器人的末端執行器上安裝氣動夾具或者氣動吸盤，抓取或者吸取物料進行搬運并在指定位置特定角度進行擺放。特別的針對一些有角度調整的物料，在抓取后需要根據檢測所得的平面角度，手爪或者吸盤抓取物料進行旋轉一定角度才能正確的放入物料托盤或者指定工藝位置。此時會涉及氣動回路在多次旋轉過程中管路纏繞打結，同時delta機器人是一款輕載高速分揀機器人，故必須考慮末端執行器的輕量化，無法采用傳統的換向器等產品來實現高速緊湊可靠的抓取及回轉工作。

目前很多delta機器人只使用了3個平動自由度，并未添加手爪回轉的功能。少量具有手爪回轉功能的產品，其實現方式為采用小型的電機與減速器作為執行驅動元件安裝在機器人的末端執行器上或者采用商用的連接器，連接器內部作為一個閥塊，再在閥塊的外圍設計連接接口與氣動吸盤相連，該結構十分復雜成本高，且增大了機器人末端的額外負載質量和負載慣量，降低了機器人的使用性能(減小了額定速度、額定負載、定位和重復定位精度，大慣量導致過沖現象)，同時復雜的結構帶來了較大的外形尺寸，導致機器人在操作空間內的受限范圍增大。

技術實現要素：

有鑒于此，為了解決現有技術中的氣動回路在多次旋轉過程中管路纏繞打結、機器人在操作空間內受限范圍大的問題，本發明提出一種回轉式氣動吸附裝置及delta機器人。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一種回轉式氣動吸附裝置，包括氣動回路基座、回轉軸，所述回轉軸穿過氣動回路基座并通過回轉軸承相對于氣動回路基座旋轉，氣動吸盤通過固定壓塊固定于回轉軸上，回轉軸中間設置有氣路流道，回轉軸上設置有環槽，環槽的直徑小于回轉軸的直徑，環槽上設置有至少一個通氣孔，氣路流道一端與氣動吸盤內腔相連，氣路流道另一端與通氣孔相連，氣動回路基座正對環槽的位置上設置有通氣口，環槽的上下設置有密封圈，回轉軸承外周固定有回轉軸承座，氣動回路基座固定于回轉軸承座上。

進一步地，所述氣動回路基座通過固定螺母固定于回轉軸承座上。

進一步地，所述通氣孔為四個。

進一步地，所述回轉式氣動吸附裝置還包括內部為空腔的通氣快插，所述通氣快插插在氣動回路基座的通氣口中。

一種delta機器人，包括所述回轉式氣動吸附裝置，還包括控制系統、真空發生裝置、機器人本體，所述機器人本體包括本體基座、前驅動臂、后驅動臂、末端執行器，回轉軸承座固定于末端執行器上；

所述真空發生裝置用于使氣動吸盤內腔變成真空從而產生吸力；

所述控制系統用于控制真空發生裝置、機器人本體上的前驅動臂、后驅動臂、回轉軸做出相應的動作。

進一步地，所述回轉軸承座通過螺栓固定于末端執行器上。

進一步地，所述控制系統包括雙核處理器，雙核處理器分別與網絡通訊模塊、數據存儲模塊、監控模塊、網絡通訊伺服驅動器、脈沖發生模塊、DAC數模轉換模塊連接；網絡通訊模塊與上位機連接；脈沖發生模塊與脈沖指令伺服驅動器連接；DAC數模轉換模塊與模擬量指令伺服驅動器連接；網絡通訊伺服驅動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅動器、模擬量指令伺服驅動器、編碼器連接；

所述雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間進行數據通訊；

所述第一處理器用于負責機器人本體的運動規劃、軌跡規劃和外圍控制；

所述第二處理器用于負責機器人本體的動力學及運動學運算和閉環控制；

所述上位機用于用戶操作選擇控制系統的控制方式，控制方式包括網絡通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式；

所述網絡通訊模塊用于實現上位機與控制系統子節點的高效通訊；

所述數據存儲模塊用于存儲各種數據；

所述監控模塊用于檢測控制系統的溫度、電壓以及電流；

所述網絡通訊伺服驅動器用于根據接收的網絡信號驅動伺服電機；

所述脈沖發生模塊用于根據接收的脈沖發生指令發出相應的脈沖指令；

所述脈沖指令驅動器用于根據接收的脈沖指令驅動伺服電機；

所述DAC數模轉換模塊用于將接收的數字指令轉變模擬量指令；

所述模擬量指令伺服驅動器用于根據接收的模擬量指令驅動伺服電機；

所述伺服電機用于驅動機器人本體上的前驅動臂、后驅動臂、回轉軸做出相應的機械動作；

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數實時反饋到雙核處理器，實現閉環運算。

進一步地，所述第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器。

進一步地，所述網絡通訊模塊通過以太網實現上位機與控制系統子節點的高效通訊，所述網絡通訊伺服驅動器根據接收的以太網信號驅動伺服電機。

進一步地，所述控制系統還包括與雙核處理器連接的串口模塊、顯示模塊、擴展IO模塊；

所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現控制系統與外部設備相連接；

所述顯示模塊用于顯示反映控制系統的狀態數據；

所述擴展IO模塊用于控制系統與外部設備進行數據分析或交換。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1)、結構尺寸小，集成性強；

2)、采用一體化氣動回路基座，使得氣路短，氣動吸盤達到所需真空度所需時間更短；

3)、避免了氣管在吸盤回轉過程中發生纏繞的可能；

4)、減少了機器人末端的額外負載質量和負載慣量，增加了機器人的使用性能，擴大了機器人的使用場所；

5)、控制系統采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統動力學運算，充分利用了各自的優勢，精簡了控制系統，同時性價比大幅度提高；

6)、控制系統采用EhtherNet可實現高速數據交換及組網；

7)、控制系統具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應多種控制方式的伺服驅動器及伺服電機。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明回轉式氣動吸附裝置的結構示意圖；

圖2是本發明delta機器人的結構示意圖；

圖3是本發明控制系統的結構示意圖。

附圖標記說明：

1、回轉軸承座 2、回轉軸承 3、密封圈 4、環槽 5、密封圈 6、回轉軸 7、固定壓塊 8、氣動吸盤 9、氣動回轉基座 10、通氣快插 11、固定螺母 12、螺栓 13、末端執行器 14、后驅動臂 15、本體基座 16、前驅動臂

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面將結合附圖和具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。需要指出的是，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，本發明提供一種回轉式氣動吸附裝置，包括氣動回路基座9、回轉軸6，所述回轉軸6穿過氣動回路基座9并通過回轉軸承2相對于氣動回路基座9旋轉，氣動吸盤8通過固定壓塊7固定于回轉軸6上，回轉軸6中間設置有氣路流道，回轉軸6上設置有環槽4，環槽4的直徑小于回轉軸6的直徑，環槽4上設置有四個通氣孔，氣路流道一端與氣動吸盤8內腔相連，氣路流道另一端與通氣孔相連，氣動回路基座9正對環槽4的位置上設置有通氣口，環槽4的上面設置有密封圈3，環槽4的下面設置有密封圈5，保證了通氣口與回轉軸之間的密封性，回轉軸承2外周固定有回轉軸承座1，氣動回路基座9通過固定螺母11固定于回轉軸承座1上。

所述回轉式氣動吸附裝置還包括內部為空腔的通氣快插10，所述通氣快插10插在氣動回路基座9的通氣口中。

實施例2

如圖2所示，本發明還提供一種delta機器人，包括所述回轉式氣動吸附裝置，還包括控制系統、真空發生裝置、機器人本體，所述機器人本體包括本體基座15、前驅動臂16、后驅動臂14、末端執行器13，回轉軸承座1通過螺栓12固定于末端執行器13上；

所述真空發生裝置用于使氣動吸盤8內腔變成真空從而產生吸力；外部的氣動管路沿著前驅動臂和后驅動臂與末端執行器相連，真空發生裝置中的真空發生泵安裝在末端執行器上，真空發生器的真空口連接到本發明的通氣口上，當分揀機器人抓取目標物后需要回轉角度操作時，通過電機驅動回轉軸回轉相應的角度，同時不影響外部進氣口氣管的絕對位置，避免了氣管在吸盤回轉過程中發生纏繞的可能。

所述控制系統用于控制真空發生裝置、機器人本體上的前驅動臂16、后驅動臂14、回轉軸6做出相應的動作。

如圖3所示，所述控制系統包括雙核處理器，雙核處理器分別與網絡通訊模塊、數據存儲模塊、監控模塊、網絡通訊伺服驅動器、脈沖發生模塊、DAC數模轉換模塊連接；網絡通訊模塊與上位機連接；脈沖發生模塊與脈沖指令伺服驅動器連接；DAC數模轉換模塊與模擬量指令伺服驅動器連接；網絡通訊伺服驅動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅動器、模擬量指令伺服驅動器、編碼器連接；

所述雙核處理器采用F28M36P63C2，雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間通過IPC進行數據通訊；第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器，ARM處理器用于負責機器人本體的運動規劃、軌跡規劃和外圍控制，DSP處理器用于負責機器人本體的動力學及運動學運算和閉環控制。

所述上位機用于用戶操作選擇控制系統的控制方式，控制方式包括網絡通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，方便用戶實時切換控制方式，控制方式比較靈活，可采用多種控制方式的伺服驅動器及伺服電機，通用性比較強。

所述網絡通訊伺服驅動器用于根據接收的網絡信號驅動伺服電機；所述脈沖發生模塊用于根據接收的脈沖發生指令發出相應的脈沖指令；所述脈沖指令驅動器用于根據接收的脈沖指令驅動伺服電機；所述DAC數模轉換模塊用于將接收的數字指令轉變模擬量指令；電路采用DAC8871芯片實現±10V模擬量電壓的產生；所述模擬量指令伺服驅動器用于根據接收的模擬量指令驅動伺服電機；根據控制方式選擇可適用于多種控制方式的伺服驅動器及伺服電機，當采用網絡通訊方式時，網絡通訊電路單元有效，當采用脈沖指令控制方式時，脈沖發生電路單元有效，當采用模擬量控制方式時，DAC電路使能有效。

所述伺服電機用于驅動機器人本體上的前驅動臂、后驅動臂、回轉軸做出相應的機械動作。

所述網絡通訊模塊用于實現上位機與控制系統子節點的高效通訊，采用EtherNET總線方式，實現上位機與控制系統子節點高效通訊或者控制系統與伺服系統的通訊，EtherNet通訊端口電路采用LAN8710和H1102網口變壓器實現。

所述監控模塊用于檢測控制系統的溫度、電壓以及電流。

所述數據存儲模塊用于存儲各種數據，包括監控模塊檢測的各種參數。

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數實時反饋到雙核處理器，實現閉環運算。安裝在機器人伺服電機上的正交編碼器實時將伺服電機上的運行參數反饋到控制系統，實現閉環運算。

本發明控制系統采用ARM+DSP控制策略，取代傳統方式中工業計算機PC+運動控制卡+伺服驅動器+伺服電機控制方式，ARM負責機器人本體的運動規劃以及軌跡規劃，DSP處理器則負責機器人本體的動力學以及運動學運算，充分利用了DSP強大的運算能力以及ARM的外圍控制能力。這樣的功能分配能有效的降低主控芯片的開銷，將更多的資源用于控制系統安全性和精確的控制，性價比可大幅度提高。

本發明控制系統具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式可供用戶選擇，可適應多種控制方式的伺服驅動器及伺服電機，方便用戶實時切換控制方法，通用性比較強。

本發明控制系統的工作流程如下：

用戶首先通過上位機選擇控制系統的控制方式，控制方式可選擇網絡通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，網絡通訊模塊實現上位機與控制系統子節點的高效通訊，雙核處理器F28M36P63C2包括ARM處理器、DSP處理器，ARM處理器與DSP處理器之間通過IPC可進行數據通訊，ARM處理器用于負責機器人本體的運動規劃、軌跡規劃和外圍控制，DSP處理器用于負責機器人本體的動力學及運動學運算和閉環控制，當選擇網絡通訊控制方式時，網絡通訊電路單元有效，雙核處理器通過EtherNET總線方式將信號發送至網絡通訊伺服驅動器，網絡通訊伺服驅動器根據接收的網絡信號驅動伺服電機帶動機器人本體做出相應的機械動作；當選擇脈沖指令控制方式時，脈沖發生電路單元有效，雙核處理器發出脈沖發生指令到脈沖發生模塊，脈沖發生模塊根據接收的脈沖發生指令發出相應的脈沖指令，脈沖指令伺服驅動器根據接收的脈沖指令驅動伺服電機帶動機器人本體做出相應的機械動作；當選擇模擬量指令控制方式時，DAC電路使能有效，雙核處理器發出數字指令到DAC數模轉換模塊，DAC數模轉換模塊將接收的數字指令轉變模擬量指令，模擬量指令伺服驅動器根據接收的模擬量指令驅動伺服電機帶動機器人本體做出相應的機械動作，監控模塊用于檢測控制系統的溫度、電壓以及電流，數據存儲模塊用于存儲各種數據，包括監控模塊檢測的各種參數，編碼器用于采集伺服電機上的運行參數實時反饋到雙核處理器，實現閉環運算。

所述控制系統還包括與雙核處理器連接的串口模塊、顯示模塊、擴展IO模塊；

所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現控制系統與外部設備相連接；

所述顯示模塊用于顯示反映控制系統的狀態數據；

所述擴展IO模塊用于控制系統與外部設備進行數據分析或交換。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1)、結構尺寸小，集成性強；

2)、采用一體化氣動回路基座，使得氣路短，氣動吸盤達到所需真空度所需時間更短；

3)、避免了氣管在吸盤回轉過程中發生纏繞的可能；

4)、減少了機器人末端的額外負載質量和負載慣量，增加了機器人的使用性能，擴大了機器人的使用場所；

5)、控制系統采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統動力學運算，充分利用了各自的優勢，精簡了控制系統，同時性價比大幅度提高；

6)、控制系統采用EhtherNet可實現高速數據交換及組網；

7)、控制系統具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應多種控制方式的伺服驅動器及伺服電機。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。