CN107717978A - 一种工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业机器人，该工业机器人包括控制器、主体部和若干个机器人手臂；所述机器人手臂包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体、腕部和手抓部；本发明技术方案可以提高工业机器人的抓取能力。

Description

一种工业机器人

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种工业机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

用于夹取物品的工业机器人是常见的一类工业机器人，现有的工业机器人的机械手功能单一，自由度较差，无法实现难度较大的抓取操作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种工业机器人，旨在提高工业机器人的抓取能力。

为实现上述目的，本发明提出的工业机器人，包括控制器、主体部和若干个机器人手臂；

所述机器人手臂包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体、腕部和手抓部；

所述第一臂体通过第一转轴可转动安装于所述主体部上，所述第一转轴的延伸方向与所述第一臂体的长度方向相同，所述第一驱动装置与所述第一转轴连接，用于驱动第一转轴带动所述第一臂体旋转；

所述第二臂体通过第二转轴与所述第一臂体枢接，所述第二转轴的延伸方向与所述第二臂体的宽度方向相同，所述第二驱动装置与所述第二转轴连接，用于驱动第二转轴带动所述第二臂体运动以改变所述第二臂体与所述第一臂体之间的夹角；

所述第三臂体通过第三转轴与所述第二臂体枢接，所述第三转轴的延伸方向与所述第三臂体的宽度方向相同，所述第三驱动装置与所述第三转轴连接，用于驱动第三转轴带动所述第三臂体运动以改变所述第三臂体与所述第二臂体之间的夹角；

所述第四臂体通过第四转轴可转动安装于所述第三臂体上，所述第四转轴的延伸方向与所述第四臂体的长度方向相同，所述第四驱动装置与所述第四转轴连接，用于驱动第四转轴带动所述第四臂体旋转；

所述腕部通过第五转轴与所述第四臂体枢接，所述第五转轴的延伸方向与所述第四臂体的宽度方向相同，所述第五驱动装置与所述第五转轴连接，用于驱动第五转轴带动所述腕部运动以改变所述腕部与所述第四臂体之间的夹角；

所述手抓部通过第六转轴可转动安装于所述腕部上，所述第六转轴的延伸方向与所述腕部的长度方向相同，所述第六驱动装置与所述第六转轴连接，用于驱动第六转轴带动所述手抓部旋转；

所述控制器与所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部电连接，用于控制所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部工作。

优选地，所述控制器包括轴运动控制卡和伺服放大器，所述伺服放大器包括比较单元、D/A转换单元、驱动单元和脉冲处理器；所述轴运动控制卡用于向所述比较单元发出指令脉冲信号；所述脉冲处理器用于接收光电编码器的反馈脉冲信号并将所述反馈脉冲信号发送给所述比较单元；所述比较单元用于比较所述指令脉冲信号和所述反馈脉冲信号以得到控制信号，并将所述控制信号发送给所述D/A转换单元；所述D/A转换单元用于将数字信号转换为模拟信号并发送给驱动单元，所述驱动单元用于根据所述模型信号得到驱动信号并根据驱动信号控制所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部工作。

优选地，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置均为电机。

优选地，所述手抓部包括固定基体、驱动电动机、拉杆以及两个夹持部；

所述驱动电动机与所述拉杆相连接，驱动所述拉杆前后移动；

所述夹持部包括一个运动连杆和一个弧状手指，所述运动连杆包括夹角为钝角的第一杆体和第二杆体，所述第一杆体和所述第二杆体的连接位置通过连接轴可转动安装于所述固定基体上，所述第一杆体与所述拉杆销接，所述第二杆体与所述弧状手指相连接。

优选地，所述第一臂体包括第一导套、第一液压活塞装置以及两个第一导杆；

所述第一导杆和所述第一液压活塞安装于所述第一导套内；

两个所述第一导杆平行设置且分别贯穿所述第一液压活塞，用以限制所述第一液压活塞转动。

优选地，所述第二臂体包括第二导套、第二液压活塞装置以及两个第二导杆；

所述第二导杆和所述第二液压活塞安装于所述第二导套内；

两个所述第二导杆平行设置且分别贯穿所述第二液压活塞，用以限制所述第二液压活塞转动。

优选地，所述第三臂体包括第三导套、第三液压活塞装置以及两个第三导杆；

所述第三导杆和所述第三液压活塞安装于所述第三导套内；

两个所述第三导杆平行设置且分别贯穿所述第三液压活塞，用以限制所述第三液压活塞转动。

优选地，所述第四臂体包括第四导套、第四液压活塞装置以及两个第四导杆；

所述第四导杆和所述第四液压活塞安装于所述第四导套内；

两个所述第四导杆平行设置且分别贯穿所述第四液压活塞，用以限制所述第四液压活塞转动。

优选地，所述腕部包括第五导套、第五液压活塞装置以及两个第五导杆；

所述第五导杆和所述第五液压活塞安装于所述第五导套内；

两个所述第五导杆平行设置且分别贯穿所述第五液压活塞，用以限制所述第五液压活塞转动。

本发明技术方案设置机器人手臂包括第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体、腕部和手抓部；利用第一臂体与主体部的连接方式，实现整个机器人手臂的转动，利用第二臂体与第一臂体的连接方式，实现机器人手臂在上下方向上的调节，利用第三臂体与第二臂体的连接方式，实现机器人手臂在上下方向上的细化调节，利用第四臂体与第三臂体的连接方式，实现机器人手靠近夹持位置处的转动，利用腕部与第四臂体的连接方式，实现机器人手臂的手抓部在上下方向上的细化调节；如此机器人手臂通过上述多个连接部件和连接方式，能够实现更多方向，更多自由度，更精确的抓取操作。同时，通过第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置进行驱动，利用控制器的精确控制，能够自动实现精确抓取操作，从而提高工业机器人的抓取能力。

附图说明

图1为本发明工业机器人一实施例的结构示意图；

图2为图1所示工业机器人中控制器的功能模块图；

图3为图1所示工业机器人中手抓部的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种工业机器人。

请参阅图1至图3，在本发明实施例中，该工业机器人包括控制器300、主体部100和若干个机器人手臂200；

所述机器人手臂200包括第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204、第五驱动装置205、第六驱动装置206、第一臂体210、第二臂体220、第三臂体230、第四臂体240、腕部250和手抓部260；

所述第一臂体210通过第一转轴可转动安装于所述主体部100上，所述第一转轴的延伸方向与所述第一臂体210的长度方向相同，所述第一驱动装置201与所述第一转轴连接，用于驱动第一转轴带动所述第一臂体210旋转；

所述第二臂体220通过第二转轴与所述第一臂体210枢接，所述第二转轴的延伸方向与所述第二臂体220的宽度方向相同，所述第二驱动装置202 与所述第二转轴连接，用于驱动第二转轴带动所述第二臂体220运动以改变所述第二臂体220与所述第一臂体210之间的夹角；

所述第三臂体230通过第三转轴与所述第二臂体220枢接，所述第三转轴的延伸方向与所述第三臂体230的宽度方向相同，所述第三驱动装置203 与所述第三转轴连接，用于驱动第三转轴带动所述第三臂体230运动以改变所述第三臂体230与所述第二臂体220之间的夹角；

所述第四臂体240通过第四转轴可转动安装于所述第三臂体230上，所述第四转轴的延伸方向与所述第四臂体240的长度方向相同，所述第四驱动装置204与所述第四转轴连接，用于驱动第四转轴带动所述第四臂体240旋转；

所述腕部250通过第五转轴与所述第四臂体240枢接，所述第五转轴的延伸方向与所述第四臂体240的宽度方向相同，所述第五驱动装置205与所述第五转轴连接，用于驱动第五转轴带动所述腕部250运动以改变所述腕部 250与所述第四臂体240之间的夹角；

所述手抓部260通过第六转轴可转动安装于所述腕部250上，所述第六转轴的延伸方向与所述腕部250的长度方向相同，所述第六驱动装置206与所述第六转轴连接，用于驱动第六转轴带动所述手抓部260旋转；

所述控制器300与所述第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204、第五驱动装置205、第六驱动装置206和手抓部260电连接，用于控制所述第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204、第五驱动装置205、第六驱动装置206和手抓部260工作。

请参阅图1，本发明技术方案设置机器人手臂200包括第一臂体210、第二臂体220、第三臂体230、第四臂体240、腕部250和手抓部260；利用第一臂体210与主体部100的连接方式，实现整个机器人手臂200的转动，利用第二臂体220与第一臂体210的连接方式，实现机器人手臂200在上下方向上的调节，利用第三臂体230与第二臂体220的连接方式，实现机器人手臂200在上下方向上的细化调节，利用第四臂体240与第三臂体230的连接方式，实现机器人手靠近夹持位置处的转动，利用腕部250与第四臂体240 的连接方式，实现机器人手臂200的手抓部260在上下方向上的细化调节；如此机器人手臂200通过上述多个连接部件和连接方式，能够实现更多方向，更多自由度，更精确的抓取操作。同时，通过第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204、第五驱动装置205、第六驱动装置206进行驱动，利用控制器300的精确控制，能够自动实现精确抓取操作，从而提高工业机器人的抓取能力。

请参阅图2，所述控制器300包括轴运动控制卡310和伺服放大器320，所述伺服放大器320包括比较单元321、D/A转换单元322、驱动单元323和脉冲处理器324；所述轴运动控制卡310用于向所述比较单元321发出指令脉冲信号；所述脉冲处理器324用于接收光电编码器的反馈脉冲信号并将所述反馈脉冲信号发送给所述比较单元321；所述比较单元321用于比较所述指令脉冲信号和所述反馈脉冲信号以得到控制信号，并将所述控制信号发送给所述D/A转换单元322；所述D/A转换单元322用于将数字信号转换为模拟信号并发送给驱动单元323，所述驱动单元323用于根据所述模型信号得到驱动信号并根据驱动信号控制所述第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204、第五驱动装置205、第六驱动装置206和手抓部260工作。由嵌入式***向轴运动控制卡310发岀信号经过比较单元321 处理再通过D/A转换，由驱动单元323向驱动装置(如交流伺服电机)发岀旋转信号，同时由驱动装置通过光电旋转编码器发反馈脉冲经脉冲处理送回伺服放大器320比较单元321处理。

在本实施例中，所述第一驱动装置201、第二驱动装置202、第三驱动装置203、第四驱动装置204和第五驱动装置205均为电机。

请参阅图3，所述手抓部260包括固定基体261、驱动电动机(未图示)、拉杆262以及两个夹持部263；所述驱动电动机与所述拉杆262相连接，驱动所述拉杆262前后移动；所述夹持部263包括一个运动连杆265和一个弧状手指266，所述运动连杆265包括夹角为钝角的第一杆体和第二杆体，所述第一杆体和所述第二杆体的连接位置通过连接轴可转动安装于所述固定基体 261上，所述第一杆体与所述拉杆262销连接，所述第二杆体与所述弧状手指266相连接。

其中，在拉杆263作用下销轴向上的拉力为P，并通过销轴中心O点，两运动连杆265的滑槽对销轴的反作用力为P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和OO2并指向O点，P1和P2的延长线交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均为直角三角形，故∠AOC＝∠BOC＝α。根据销轴的力平衡条件，即

∑Fx＝0,P1＝P2；∑Fy＝0

P＝2P1cosαP1＝P/2cosα

销轴对运动连杆265的作用力为p1′。手指握紧工件时所需的力称为握力(即夹紧力)，假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡条件，即∑m01(F)＝0 得

P1′h＝Nb因h＝a/cosα所以

P＝2b(cosα)2N/a

式中

a为运动连杆265的回转支点到对称中心线的距离(毫米)。

α为工件被夹紧时弧状手指266的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。

为了使得机器人手臂200具有伸缩功能，可以设置各个部件为可伸缩结构，臂体或腕部的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现臂体或腕部往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油(气)缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。

在本实施例中，所述第一臂体210可以包括第一导套、第一液压活塞装置以及两个第一导杆；所述第一导杆和所述第一液压活塞安装于所述第一导套内；两个所述第一导杆平行设置且分别贯穿所述第一液压活塞，用以限制所述第一液压活塞转动。如此第一臂体210可以稳定的伸缩。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。当第一液压活塞装置的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆作往复直线运动。第一臂体 210在进行伸缩(或升降)运动时，为了防止第一臂体210绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加第一臂体210的刚性，在设计第一臂体210的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据第一臂体210第一臂体210的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆和其他的导向装置。在本实施例中，具体通过第一导杆在第一导套内移动，以防止第一臂体210伸缩时的转动。由于第一臂体210的第一液压活塞装安装在两第一导杆之间，由第一导杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。

同理，所述第二臂体220也可以包括第二导套、第二液压活塞装置以及两个第二导杆；所述第二导杆和所述第二液压活塞安装于所述第二导套内；两个所述第二导杆平行设置且分别贯穿所述第二液压活塞，用以限制所述第二液压活塞转动。

所述第三臂体230也可以包括第三导套、第三液压活塞装置以及两个第三导杆；所述第三导杆和所述第三液压活塞安装于所述第三导套内；两个所述第三导杆平行设置且分别贯穿所述第三液压活塞，用以限制所述第三液压活塞转动。

所述第四臂体240也可以包括第四导套、第四液压活塞装置以及两个第四导杆；所述第四导杆和所述第四液压活塞安装于所述第四导套内；两个所述第四导杆平行设置且分别贯穿所述第四液压活塞，用以限制所述第四液压活塞转动。

所述腕部250也可以包括第五导套、第五液压活塞装置以及两个第五导杆；所述第五导杆和所述第五液压活塞安装于所述第五导套内；两个所述第五导杆平行设置且分别贯穿所述第五液压活塞，用以限制所述第五液压活塞转动。

第二臂体220、第三臂体230、第四臂体240和腕部250的设计原理与第一臂体210类似，功能和优点也基本一致，在此不再赘述。

应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种工业机器人，其特征在于，包括控制器、主体部和若干个机器人手臂；

所述机器人手臂包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第一臂体、第二臂体、第三臂体、第四臂体、腕部和手抓部；

所述第一臂体通过第一转轴可转动安装于所述主体部上，所述第一转轴的延伸方向与所述第一臂体的长度方向相同，所述第一驱动装置与所述第一转轴连接，用于驱动第一转轴带动所述第一臂体旋转；

所述第二臂体通过第二转轴与所述第一臂体枢接，所述第二转轴的延伸方向与所述第二臂体的宽度方向相同，所述第二驱动装置与所述第二转轴连接，用于驱动第二转轴带动所述第二臂体运动以改变所述第二臂体与所述第一臂体之间的夹角；

所述第三臂体通过第三转轴与所述第二臂体枢接，所述第三转轴的延伸方向与所述第三臂体的宽度方向相同，所述第三驱动装置与所述第三转轴连接，用于驱动第三转轴带动所述第三臂体运动以改变所述第三臂体与所述第二臂体之间的夹角；

所述第四臂体通过第四转轴可转动安装于所述第三臂体上，所述第四转轴的延伸方向与所述第四臂体的长度方向相同，所述第四驱动装置与所述第四转轴连接，用于驱动第四转轴带动所述第四臂体旋转；

所述腕部通过第五转轴与所述第四臂体枢接，所述第五转轴的延伸方向与所述第四臂体的宽度方向相同，所述第五驱动装置与所述第五转轴连接，用于驱动第五转轴带动所述腕部运动以改变所述腕部与所述第四臂体之间的夹角；

所述手抓部通过第六转轴可转动安装于所述腕部上，所述第六转轴的延伸方向与所述腕部的长度方向相同，所述第六驱动装置与所述第六转轴连接，用于驱动第六转轴带动所述手抓部旋转；

所述控制器与所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部电连接，用于控制所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部工作。

2.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制器包括轴运动控制卡和伺服放大器，所述伺服放大器包括比较单元、D/A转换单元、驱动单元和脉冲处理器；所述轴运动控制卡用于向所述比较单元发出指令脉冲信号；所述脉冲处理器用于接收光电编码器的反馈脉冲信号并将所述反馈脉冲信号发送给所述比较单元；所述比较单元用于比较所述指令脉冲信号和所述反馈脉冲信号以得到控制信号，并将所述控制信号发送给所述D/A转换单元；所述D/A转换单元用于将数字信号转换为模拟信号并发送给驱动单元，所述驱动单元用于根据所述模型信号得到驱动信号并根据驱动信号控制所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和手抓部工作。

3.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置均为电机。

4.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述手抓部包括固定基体、驱动电动机、拉杆以及两个夹持部；

所述驱动电动机与所述拉杆相连接，驱动所述拉杆前后移动；

所述夹持部包括一个运动连杆和一个弧状手指，所述运动连杆包括夹角为钝角的第一杆体和第二杆体，所述第一杆体和所述第二杆体的连接位置通过连接轴可转动安装于所述固定基体上，所述第一杆体与所述拉杆销接，所述第二杆体与所述弧状手指相连接。

5.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第一臂体包括第一导套、第一液压活塞装置以及两个第一导杆；

所述第一导杆和所述第一液压活塞安装于所述第一导套内；

两个所述第一导杆平行设置且分别贯穿所述第一液压活塞，用以限制所述第一液压活塞转动。

6.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第二臂体包括第二导套、第二液压活塞装置以及两个第二导杆；

所述第二导杆和所述第二液压活塞安装于所述第二导套内；

两个所述第二导杆平行设置且分别贯穿所述第二液压活塞，用以限制所述第二液压活塞转动。

7.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第三臂体包括第三导套、第三液压活塞装置以及两个第三导杆；

所述第三导杆和所述第三液压活塞安装于所述第三导套内；

两个所述第三导杆平行设置且分别贯穿所述第三液压活塞，用以限制所述第三液压活塞转动。

8.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述第四臂体包括第四导套、第四液压活塞装置以及两个第四导杆；

所述第四导杆和所述第四液压活塞安装于所述第四导套内；

两个所述第四导杆平行设置且分别贯穿所述第四液压活塞，用以限制所述第四液压活塞转动。

9.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述腕部包括第五导套、第五液压活塞装置以及两个第五导杆；

所述第五导杆和所述第五液压活塞安装于所述第五导套内；

两个所述第五导杆平行设置且分别贯穿所述第五液压活塞，用以限制所述第五液压活塞转动。