CN103009378B - 一种配有视觉的高速并联机器人拾取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配有视觉的高速并联机器人拾取装置，主要包括机器人本体结构、安装架、视觉***和传输***。其中机器人本体结构包括固定平台、三组机械手臂、旋转轴和动平台。视觉***主要包括CCD摄像机、图像采集卡和工业控制计算机，其中CCD摄像机固定在安装架上。传输***固定在安装架上，包括电机、减速机构、滚筒和传送带。上述高速机器人拾取装置速度高、精度高、刚性好，可用于食品、药品、电子等行业物品的高速分拣或拾取。
Description
技术领域
本发明涉及一种配有视觉的高速并联机器人拾取装置，属于工业机器人及自动化技术领域，特别是一种在食品、药品及电子等行业的生产中可实现对产品的高速分拣和拾取的装置。
背景技术
在食品、医药以及电子产品行业，存在着大量的分拣、拾取及包装工作，目前这些工作主要靠人工完成，具有劳动强度大、生产效率低、易污染等缺点。随着科学技术的发展，机器人等自动化设备的引入成为行业的发展趋势。然而现有的产品主要是单独的机器人，需要用户自己配备安装架、视觉***和传输***等附属设备，安装调试复杂，搬运后需要重新调试，并且精度和稳定性受用户提供附属设备的影响。
发明内容
针对上述已有技术的不足，本发明提供了一种配有视觉***的高速并联机器人拾取装置。由于机器人本体、安装架、视觉***和传输***是一个整体，能够克服安装调试复杂的缺点，搬运后不需要重新调试即可使用，且能够保证精度和稳定性不变。该高速并联机器人拾取装置能够灵活应对工作环境的变化，实现运动目标物体的高速准确地分拣与拾取。
本发明的采用的技术方案如下：
该高速并联机器人拾取装置包括机器人本体结构、安装架、视觉***和传输***。
机器人本体结构包括固定平台、三组机械手臂、旋转轴和动平台。其中固定平台上设有多个安装孔，用于安装机械手臂和旋转轴的驱动机以及固定平台和安装架固定连接。所述机械手臂由主动臂和从动臂组成。主动臂的一端通过法兰盘与驱动机构连接，另一端通过球关节与从动臂连接。从动臂是一个平行四边形机构，由球关节、从动连杆、销、销端螺母和从动臂拉簧组成。其中从动连杆由从动杆连接件、碳纤维管组成。从动臂的一端与主动臂连接，另一端通过球关节与动平台连接。旋转轴由上端轴承组、上端万向联轴器、花键轴、花键螺母、套筒、旋转轴连接件、下端万向联轴器、下端轴承组组成。上端万向联轴器通过弹性圆柱销两端分别与上端轴承组和花键轴连接，花键螺母与套筒通过键和孔用挡圈实现径向和轴向的定位连接，旋转轴连接件的两端分别与套筒和下端万向联轴器通过弹性圆柱销连接，下端万向联轴器和下端轴承组通过弹性圆柱销连接。旋转轴的两端通过两个轴承组分别与固定平台和动平台连接。所述动平台设有螺纹孔，球关节的安装是可调的，并通过薄螺母锁紧。动平台的中心设有安装孔，用于下端轴承组的轴承座的安装。
安装架由型材焊接而成，设有安装孔，用于机器人本体结构、视觉***中的摄像机和传输***的固定安装。
视觉***包括CCD摄像机、图像采集卡和工业控制计算机。CCD摄像机通过支撑架固定在安装架上，图像采集卡通过PCI总线与工业控制计算机相连，工业控制计算机发出指令对图像进行采集与处理，将处理后的信息发给机器人的控制***。
传输***包括电机、减速机构、滚筒和传送带，通过四个支撑腿固定安装在安装架上。
本发明的效果和益处是：
（1）该高速并联机器人拾取装置是一个整体单元，安装调试简单，且整体移动后不需要再次调试，能够有效的保证较高的精度和稳定性。
（2）该高速并联机器人拾取装置的机器人具有三个平移和一个转动自由度，应用范围广泛，且机器人旋转轴采用滚珠花键结构，加工制造简单，耐磨损使用寿命长，克服了已有技术的不足。
（3）该并联机器人拾取装置整体结构紧凑，刚性好，能够实现较高的速度。
附图说明
图1是本发明的轴测视图；
图2是本发明的机器人本体结构轴测视图；
图3是本发明的机器人主动臂和从动臂连接的局部放大图；
图4是本发明的机器人动平台和从动臂连接的局部放大图；
图5是本发明的机器人旋转轴的整体视图；
图6是本发明的机器人旋转轴上端轴承组的剖视图；
图7是本发明的机器人旋转轴下端轴承组的剖视图；
图8是本发明的机器人旋转轴的局部剖视图；
图中：Ⅰ机器人本体结构；Ⅱ安装架；Ⅲ视觉***；Ⅳ传输***；
1固定平台；2机械手臂；3旋转轴；4动平台；11主动臂；12从动臂；110驱动机构；111主动臂上端连接件；112碳纤维管；113主动臂末端连接件；117电机；118减速器；119减速器连接板；121球关节；122从动连杆；123碳纤维管；124销端螺母；125从动杆连接件；126薄螺母；127销；128从动臂拉簧；30旋转轴驱动机构；31上端轴承组；32上端万向联轴器；33花键轴；34套筒；35下端万向联轴器；36下端轴承组；37孔用挡圈；38花键螺母；39键；40旋转轴连接件；41轴承座；42角接触球轴承；43轴承端盖；44轴；50弹性圆柱销；301CCD摄像机；302支撑架；401支撑腿。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图对本发明提出的配有视觉的高速并联机器人拾取装置进行详细说明：
本发明提出的配有视觉的高速并联机器人拾取装置包括机器人本体结构Ⅰ、安装架Ⅱ、视觉***Ⅲ和传输***Ⅳ。其中机器人本体结构Ⅰ包括固定平台1、三组机械手臂2、旋转轴3和动平台4。
固定平台1呈三角形，三角形的每个顶点上设有两个安装孔101，固定平台1通过这些安装孔和与安装架Ⅱ固定连接。三角行的每条边的中部设有一个安装口，安装口的一侧设有螺纹孔102，用于每组机械手臂驱动部件110的安装。三角形中心的位置设有螺纹孔，用于旋转轴驱动部件30的安装。
机械手臂2由主动臂11和从动臂12组成。其中主动臂11包括主动臂上端连接件111、碳纤维管112和主动臂末端连接件113组成，从动臂12是由一对从动连杆122通过球关节121组成的平行四边形机构，包含球关节121、从动连杆122、销127、销端螺母124和从动臂拉簧128，其中从动连杆122由从动杆连接件125、碳纤维管123组成。
机械手臂的驱动机构110包括电机117和减速器118，减速器118通过减速器连接板119固定在固定平台1上。减速器118和主动臂上端连接件111通过法兰盘连接。主动臂11和从动臂12通过球关节121连接，球关节121在主动臂末端连接件113上的安装长度可调，通过薄螺母126锁紧。从动臂12的另一端通过球关节121和动平台4连接，球关节121的安装长度可调，通过薄螺母126锁紧。安装时，必须保证从动臂12两端球关节121的安装长度相同。
每个减速器连接板119上通过螺钉固定安装有制动块，用于限制主动臂的旋转角度。制动块上设有安装孔，装有限位传感器。制动块的两端粘贴有橡胶块，当主动臂和制动块碰撞时起缓冲作用。
旋转轴3包括上端轴承组31、上端万向联轴器32、花键轴33、花键螺母38、套筒34、旋转轴连接件40、下端万向联轴器35、下端轴承组36。上端轴承组31固定在固定平台1上，其转动轴一端通过联轴器与固定在固定平台1上旋转轴驱动机构30连接，另一端通过上端万向联轴器32与花键轴33连接，花键螺母38与套筒34连接，套筒34通过下端万向联轴器35与下端轴承组36的转动轴的顶端连接。下端轴承组36转动轴的末端设有螺纹孔，用于安装吸盘和手抓等执行机构。
动平台4大致呈三角行，对称设有三组螺纹孔，用于从动臂12下端球关节的安装。中心设有一个较大的沉头孔，用于下端轴承组36的轴承座的安装。
安装架Ⅱ是由型材焊接而成的立方体结构，拐角处有加强筋，从而能很好的提升整体的刚度。顶端设有螺纹孔用于机器人本体结构Ⅰ和摄像机支撑架302的悬挂固定，横梁上设有螺纹孔用于传输***Ⅳ的固定安装。
视觉***Ⅲ包括CCD摄像机301、图像采集卡和工业控制计算机。CCD摄像机301通过支撑架302固定在安装架上，图像采集卡直接安插在工业控制计算机的PCI插槽上。工业控制计算机通过图像采集卡控制CCD摄像机进行图像的采集，采集到的图像经处理后将目标物体的位姿信息反馈给工业控制计算机，进一步传送给机器人控制***。
传输***Ⅳ主要由电机、减速机构、滚筒和传送带组成，通过四个支撑腿402固定安装在安装架上。
具体动作过程：目标物体随传送带移动，工业控制计算机通过图像采集卡控制CCD摄像机采集目标物体图像，通过对采集到的图像进行处理得到目标物体的位姿信息，工业控制计算机中的上层程序将目标物体的位姿信息转化成控制信号，传送给机器人的控制***，进一步转化为驱动信号传递给各个伺服电机。三组机械手臂的在伺服电机的驱动下耦合出相应的运动，带动动平台末端执行机构完成相应的动作，同时旋转轴驱动电机的通过旋转轴使末端执行机构旋转相应的角度，从而实现目标物体的高速拾取。
Claims (1)
1.一种配有视觉的高速并联机器人拾取装置，包括机器人本体结构（Ⅰ）、安装架（Ⅱ）、视觉***（Ⅲ）和传输***（Ⅳ），其特征在于:
机器人本体结构（Ⅰ）包括固定平台（1）、三组机械手臂（2）、旋转轴（3）和动平台（4）；
固定平台（1）上设有安装孔（101），用于机器人本体结构的固定，螺纹孔（102）用于机器人的驱动机构（110）的固定安装；
机械手臂（2）由主动臂（11）和从动臂（12）组成，主动臂由主动臂上端连接件（111）、碳纤维管（112）、主动臂末端连接件（113）组成；从动臂（12）由一对从动连杆（122）通过球关节（121）组成平行四边形机构，包括球关节（121）、从动连杆（122）、销（127）、销端螺母（124）和从动臂拉簧（128）；其中从动连杆由从动杆连接件（125）、碳纤维管（123）组成，球关节（121）与主动臂末端连接件（113）和动平台（4）通过螺纹连接，通过锁紧螺母（126）锁紧；主动臂（11）直接和固定在固定平台上的驱动机构（110）连接，从动臂（12）一端与主动臂（11）连接，另一端与动平台（4）连接；
旋转轴（3）由上端轴承组（31）、上端万向联轴器（32）、花键轴（33）、花键螺母（38）、套筒（34）、旋转轴连接件（40）、下端万向联轴器（35）、下端轴承组（36）组成；上端万向联轴器（32）通过弹性圆柱销（50）两端分别与上端轴承组（31）和花键轴（33）连接，花键螺母（38）与套筒（34）通过键（39）和孔用挡圈（37）实现径向和轴向的定位，旋转轴连接件（40）的两端分别与套筒（34）和下端万向联轴器（35）通过弹性圆柱销（50）连接，下端万向联轴器（35）和下端轴承组（36）通过弹性圆柱销（50）连接；其中轴承组（31、36）由轴承座（41）、角接触球轴承（42）、轴（44）和轴承端盖（43）组成；上端轴承组（31）与固定平台（1）固定连接，通过联轴器与固定在固定平台（1）上的旋转轴驱动机构（30）相连，下端轴承组（36）与动平台（4）固定连接，下端轴承组（36）的末端设有螺纹孔，安装执行机构；
动平台（4）对称设有三组螺纹孔，用于从动臂（12）下端球关节的安装；中心设有一个沉头孔，用于下端轴承组（36）的安装；
安装架（Ⅱ）由型材焊接而成，设有螺纹孔，用于机器人本体结构（Ⅰ）、视觉***（Ⅲ）中CCD摄像机（301）和传输***（Ⅳ）的固定安装；
视觉***（Ⅲ）包括CCD摄像机（301）、图像采集卡和工业控制计算机；CCD摄像机通过支撑架（302）固定在安装架（Ⅱ）上，图像采集卡通过PCI总线与工业控制计算机相连；
传输***（Ⅳ）包括电机、减速机构、滚筒和传送带，通过四个支撑腿（401）固定安装在安装架（Ⅱ）上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150318 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |