CN105690363A - 一种基于并联机构的码垛机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人领域，具体的说是一种基于并联机构的码垛机器人，包括微调台、微调气缸、机械臂、抓取装置和抓手；微调台位于外部固定板面上端，微调气缸位于外部固定板面与微调台之间，机械臂位于微调台上端，抓取装置位于机械臂端部；外部固定板面、微调气缸和各微调台之间构成Stewart并联平台；抓取装置安装在机械臂上。本发明的码垛效率高，可以根据不同类型产品随时自动更换抓手，减轻了工人的劳动强度，且本发明抓取物品和码放物品的精度精确，且极大减少了物品的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体的说是一种基于并联机构的码垛机器人。
背景技术
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。
有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。
码垛机器人是将已装入容器的纸箱，按一定排列码放在托盘、栈板(木质、塑胶)上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动力和降低劳动强度。码垛机器人是将输送机输送来的料袋、纸箱或是其它包装材料按照客户工艺要求的工作方式自动堆叠成垛。
对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择，在采用码垛机器人的时候，还要考虑一个重要的事情，就是机器人怎样抓住一个产品。真空抓手是最常见的机械臂臂端工具。相对来说，它们价格便宜，易于操作，而且能够有效装载大部分负载物。但是在一些特定的应用中，真空抓手也会遇到问题，例如表面多孔的基质，内容物为液体的软包装，或者表面不平整的包装等等。
其他的选择包括翻盖式抓手，它能将一个袋子或者其他包装形式的两边夹住；叉子式抓手，它***包装的底部来将包装提升起来；还有袋子式抓手，这是翻盖式和叉子式抓手的混合体，它的叉子部分能包裹住包装的底部和两边。
现有技术中，机器人装载也面临比较多的问题，当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时，或者需要抓取完全不同类型的产品是，往往需要更换不同类型的抓手，而现有抓手更换方式往往采用人工更换，并且，每次更换抓手也较为麻烦；
所以，现急需一种能够随时针对不同产品变换抓手的机器人。
Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台。Stewart平台具有诸多优良特性，它在许多领域得到了广泛应用。六自由度运动平台由于应用场合不同，采用不同的驱动方式。目前，这种并联机构驱动方式主要包括电机驱动滚珠丝杠驱动方式、阀控液压缸驱动方式、气动驱动方式、电动液压混合执行器驱动方式、压电陶瓷驱动方式、电机驱动滑轮钢索驱动方式等。其优点是刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快、***频带宽。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于并联机构的码垛机器人，其能够针对不同类型产品随时对抓手进行自动化替换，无需人工操作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于并联机构的码垛机器人，包括微调台、微调气缸、机械臂、抓取装置和抓手；所述的微调台位于外部固定板面上，所述的微调气缸位于外部固定板面与微调台之间，所述的机械臂位于微调台上端，所述的抓取装置位于机械臂端部。
所述的微调台台面为六边形，且微调台包括三个等长的长边和三个等长的短边。
所述的微调台下端有六根微调气缸，六根微调气缸上端与微调台下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿各微调台中心对称，在微调台各短边两侧顶点处的球铰副与微调台下端面形成倒立的“Λ”形，且与微调台对应的六根微调气缸下端与外部固定板面之间构成球铰副，外部固定板面与所述的微调气缸和微调台之间构成Stewart并联平台；工作时，微调台下端的六根微调气缸可进行上下伸缩，根据六根微调气缸的同步伸缩和不同步伸缩，可带动微调台做小幅度的多自由度运动，由于Stewart平台优良的特性，本发明的微调台具有刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快和精度高等优点。
所述的机械臂安装在三个微调台上端；从而机械臂可通过微调台的运动做小幅度位置调整，进而机械臂能够进行足够精密的操作工序。
所述的机械臂包括底座、一号转臂、二号转臂和三号转臂；所述的底座可转动的安装在微调台上，从而底座可绕微调台中心旋转，所述的一号转臂一端可转动的与底座相连接，从而一号转臂可绕底座转动，一号转臂另一端可转动的与二号转臂一端相连接，从而二号转臂可绕一号转臂转动，所述的二号转臂另一端与三号转臂一端转动连接，从而三号转臂可绕二号转臂转动，且二号转臂可自转，从而二号转臂可带动三号转臂做旋转运动。
所述的抓取装置安装在机械臂上，且抓取装置与三号转臂另一端可旋转的连接在一起；从而机械臂可以带动抓取装置多自由度运动。
所述的抓取装置均包括圆形转盘，位于转盘中部的支柱，沿转盘中心对称设置的三个一号座、与各一号座转动连接的二号座、以及分别转动连接在各支柱与各二号座之间的各抓取气缸，所述的各二号座端部均可与抓手转动连接在一起；工作时，可先将各抓手分别连接在各二号座上，同时，各抓取气缸伸缩可带动各二号座绕对应一号座转动，进而带动各抓手在转盘上转动，从而可使得抓手在各转盘上呈竖立或卧倒状态。
有益效果：
(1)本发明的抓取装置上可以安装至少三个不同类型的抓手，通过各抓取气缸的伸缩使得抓取装置上的三个不同类型抓手之间可以相互转换工作，无需通过机械臂之间的协调工作更换抓手，避免了长期使用机械臂更换抓手带来的麻烦；
(2)本发明的机械臂下端设置有Stewart并联微调平台，其对机械臂的更换抓手，抓取物品以及码放物品的整个过程起微调作用，使得更换抓手、抓取物品和码放物品的精度更加精确，提高了工作效率，且极大减少了物品的损伤，具有极为重要的意义。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体示意图；
图2是本发明Stewart并联微调平台的原理图；
图3是本发明机械臂的结构示意图；
图4是本发明抓取装置的结构示意图；
图5是本发明抓取装置工作使得在抓取装置上的其中一个抓手工作的示意图；
图中：微调台1、微调气缸2、机械臂3、抓取装置4、抓手5、长边11、短边12、底座31、一号转臂32、二号转臂33、三号转臂34、转盘41、支柱42、一号座43、二号座44、抓取气缸45。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明所述的一种基于并联机构的码垛机器人，包括微调台1、微调气缸2、机械臂3、抓取装置4和抓手5；所述的微调台1位于外部固定板面上端，所述的微调气缸2位于外部固定板面与微调台1之间，所述的机械臂3位于微调台1上端，所述的抓取装置4位于机械臂3端部。
所如图1和图2所示，本发明所述的一种基于并联机构的码垛机器人，所述的微调台1台面为六边形，且微调台1包括三个等长的长边11和三个等长的短边12。
所述的微调台1下端有六根微调气缸2，六根微调气缸2上端与微调台1下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台1上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿微调台1中心对称，在微调台1各短边12两侧顶点处的球铰副与微调台1下端面形成倒立的“Λ”形，且与微调台1对应的六根微调气缸2下端与外部固定板面之间构成球铰副，所述的外部固定板面、微调气缸2和微调台1之间构成Stewart并联平台；工作时，微调台1下端的六根微调气缸2可进行上下伸缩，根据六根微调气缸2的同步伸缩和不同步伸缩，可带动微调台1做小幅度的多自由度运动，由于Stewart平台优良的特性，本发明的微调台1具有刚度大、抗干扰能力强、功率-重量比和力矩-惯量比大、响应速度快和精度高等优点。
如图1和图3所示，本发明所述的一种基于并联机构的码垛机器人，所述的机械臂3安装在微调台1上端；从而机械臂3可通过微调台1的运动做小幅度位置调整，进而机械臂3均能够进行足够精密的操作工序。
所述的机械臂3均包括底座31、一号转臂32、二号转臂33和三号转臂34；所述的底座31可转动的安装在微调台1上，从而底座31可绕微调台1中心旋转，所述的一号转臂32一端可转动的与底座31相连接，从而一号转臂32可绕底座31转动，一号转臂32另一端可转动的与二号转臂33一端相连接，从而二号转臂33可绕一号转臂32转动，所述的二号转臂33另一端与三号转臂34一端转动连接，从而三号转臂34可绕二号转臂33转动，且二号转臂33可自转，从而二号转臂33可带动三号转臂34做旋转运动。
所述的抓取装置4安装在机械臂3上，且抓取装置4与三号转臂34另一端可旋转的连接在一起；从而机械臂3可以带动抓取装置4多自由度运动。
如图1、图4和图5所示，本发明所述的一种基于并联机构的码垛机器人，所述的抓取装置4包括圆形转盘41，位于转盘41中部的支柱42，沿转盘41中心对称设置的三个一号座43、与各一号座43转动连接的二号座44、以及分别转动连接在各支柱42与各二号座44之间的各抓取气缸45，所述的各二号座44端部均可与抓手5转动连接在一起；工作时，可先将各抓手5分别连接在各二号座44上，同时，各抓取气缸45伸缩可带动各二号座44绕对应一号座43转动，进而带动各抓手5在转盘41上转动，从而可使得抓手5在各转盘41上呈竖立或卧倒状态。
所述的抓斗8有真空式抓手、翻盖式抓手、叉子式抓斗、袋子式抓手和其他多种类型抓手，真空抓手能够装载大部分负载物，但不适用于表面多孔的基质，内容物为液体的软包装，或者表面不平整的包装，翻盖式抓手能将一个袋子或者其他包装形式的两边夹住，叉子式抓手能***包装的底部来将包装提升起来；还有袋子式抓手，这是翻盖式和叉子式抓手的混合体，它的叉子部分能包裹住包装的底部和两边。
工作时，当需要进行码垛作业，则首先通过人工在抓取装置4上安装三个不同类型的抓手；当需要使用某种抓手时，则通过抓取气缸45的伸缩使得需要工作的抓手相对于转盘41处于竖立状态，而其他工作的抓手以及多手指抓持器则相对于转盘41处于卧倒状态，使得其他抓手及多手指抓持器不会影响另一个抓手的工作，从而每次抓取不同类型物品，只需调整同一抓取装置4上的抓取气缸45的伸缩情况即可，极大的减少了麻烦。
在上述步骤进行时，微调台1的作用是对抓取物品以及码放物品的整个过程起微调作用，使得抓取物品和码放物品的精度更加精确，提高了工作效率，且极大减少了物品的损伤，具有极为重要的意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于并联机构的码垛机器人，其特征在于：包括微调台(1)、微调气缸(2)、机械臂(3)、抓取装置(4)和抓手(5)；所述的微调台(1)位于外部固定板面上，所述的微调气缸(2)位于外部固定板面与微调台(1)之间，所述的机械臂(3)位于微调台(1)上端，所述的抓取装置(4)位于机械臂(3)端部；其中：
所述的微调台(1)台面为六边形，且微调台(1)包括三个等长的长边(11)和三个等长的短边(12)；
所述的微调台(1)下端有六根微调气缸(2)，六根微调气缸(2)上端与微调台(1)下端面各顶点处共构成六个球铰副，且微调台(1)上的每相邻两个球铰副为一组，每组球铰副沿微调台(1)中心对称，在微调台(1)各短边(12)两侧顶点处的球铰副与微调台(1)下端面形成倒立的“Λ”形，且与微调台(1)对应的六根微调气缸(2)下端与外部固定板面之间构成球铰副，外部固定板面与所述的微调气缸(2)和微调台(1)之间构成Stewart并联平台；
所述的机械臂(3)包括底座(31)、一号转臂(32)、二号转臂(33)和三号转臂(34)；所述的底座(31)可转动的安装在微调台(1)上，所述的一号转臂(32)一端可转动的与底座(31)相连接，一号转臂(32)另一端可转动的与二号转臂(33)一端相连接，所述的二号转臂(33)另一端与三号转臂(34)一端转动连接，且二号转臂(33)可自转。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的码垛机器人，其特征在于：所述的抓取装置(4)安装在机械臂(3)上，且抓取装置(4)与三号转臂(34)另一端可旋转的连接在一起；
所述的抓取装置(4)包括圆形转盘(41)，位于转盘(41)中部的支柱(42)，沿转盘(41)中心对称设置的三个一号座(43)、与各一号座(43)转动连接的二号座(44)、以及分别转动连接在各支柱(42)与各二号座(44)之间的各抓取气缸(45)；所述的各二号座(44)端部均可与抓手(5)转动连接在一起。
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