CN111975744B - 多维度拓展机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多维度拓展机器人，属于一种工业机器人。本发明采用的技术方案是：包括圆形轨道、圆形驱动装置、线性伸出机构、线性移动机构和末端执行机构；圆形轨道设有吊装安装架，吊装安装架固定于圆形轨道至少三点位置，吊装安装架固定于厂房上方或悬空的安装固定位置；圆形驱动装置与圆形轨道间设有行走机构和齿轮驱动机构，行走机构沿圆形轨道上的轨道面循环行走移动，齿轮驱动机构驱动圆形驱动装置在圆形轨道上绕圆形轨道中心转动。本发明机器人安装在厂房上方或其他吊装支架顶部，解决抓举机器人、组装及生产机器人、物料搬运机器人的臂展局限和基础空间占用率高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种多维度拓展机器人，属于一种工业机器人。
背景技术
随着智能制造、新旧动能转换等方针和政策的提出，机械装备自动化、信息化、智能化成为工业领域研究热点。吊装搬运、装配分拣是生产制造和仓储运输等行业领域的重要环节，目前多采用桁架式机构和工业串/并联机器人。桁架式机构包括天车、岸桥、悬臂起重机等，其均采用线性运动机构，普遍存在空间占用率高、空间运行范围小、灵活性差、效率低等问题；工业串/并联机器人，其可具备2-8等多个自由度，具有空间位姿丰富、灵活性高、定位精度高等优点，但其承载能力相对较小、成本较高。
发明内容
本发明提供一种多维度拓展机器人，解决目前工业作业环境下抓举机器人、组装及生产机器人、物料搬运机器人的臂展局限以及基础空间占用率高等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
多维度拓展机器人，包括圆形轨道、圆形驱动装置、线性伸出机构、线性移动机构和末端执行机构；
圆形轨道设有吊装安装架，吊装安装架固定于圆形轨道至少三点位置，吊装安装架固定于厂房上方或悬空的安装固定位置；
圆形驱动装置与圆形轨道间设有行走机构和齿轮驱动机构，行走机构沿圆形轨道上的轨道面循环行走移动，齿轮驱动机构驱动圆形驱动装置在圆形轨道上绕圆形轨道中心转动；
所述线性伸出机构固定在圆形驱动装置上，线性伸出机构随圆形驱动装置以圆形轨道为中心旋转；
所述线性移动机构固定在线性伸出机构上，末端执行机构设置在线性移动机构上，线性移动机构带动末端执行机构沿线性伸出机构移动。
作为优选，吊装安装架为十字架，十字架的端部向下延伸出吊板，吊板底部向内伸出托板用于固定圆形轨道底部。
作为优选，转动架设置在吊装安装架下方,吊装安装架设有转动电机，转动电机输出轴连接于转动架的转动中心，所述圆形驱动装置包括设置在圆形轨道侧面上的圆形齿轨、与圆形齿轨间啮合的两组驱动齿轮、行走机构和转动架，行走机构和驱动齿轮设置在转动架端部，转动架转动带动驱动齿轮沿圆形齿轨及行走机构在圆形轨道面上移动。
作为优选，行走机构包括行走架和支撑行走轮，支撑行走轮安装在行走架上，每个行走架安装有两个支撑行走轮，行走架固定在转动架的端部位置，圆形轨道的轨道面为上部的圆环面，支撑行走轮沿圆环面循环运行，转动架上设有至少两组行走机构，行走机构支撑转动架（5）、固定连接机构以及预执行操作的物料。
作为优选，转动架下部固定所述线性伸出机构，线性伸出机构设置两级或多级线性移动机构，线性移动机构为直线驱动机构，所述末端执行机构设置在线性移动机构上。
作为优选，线性伸出机构上设有一级伸缩臂，伸缩臂与线性伸出机构之间为一级线性移动机构，一级线性移动机构驱动伸缩臂沿线性伸出机构前后移动，二级线性移动机构设置在伸缩臂下方，末端执行机构设置在二级线性移动机构上，二级线性移动机构带动末端执行机构沿伸缩臂前后移动。
作为优选，直线驱动机构为齿轮齿条传动副、丝杠螺母传动副、同步带传动副、液压缸式推出机构中的一种。
作为优选，末端执行机构固定于末端执行机构基座上，末端执行机构基座安装在线性移动机构的运动部件上。
本发明专利机器人融合圆周旋转运动、线性移动以及末端执行机构的多自由度，具有空间占用率低、操作空间大、空间位姿丰富、极强的拓展性、机械结构简单易实现、运动灵活、运行可靠等优点，适用于装配、吊装搬运、分拣等工业现场，替代或减轻作业人员劳动强度，提高作业效率及安全性等。
本发明机器人安装在厂房上方或其他吊装支架顶部，解决抓举机器人、组装及生产机器人、物料搬运机器人的臂展局限和基础空间占用率高的问题。本机器人能够覆盖以伸出机构最大伸出长度为半径的360°的圆周空间，极大地拓宽了机器人的工作范围，较好地支持机器人执行更广泛的作业任务。本发明机器人轻松实现多维度大空间拓展延伸的工况需求，有效地辅助机器人实现更宽更广的功能，提升作业性能和效率，降低劳动强度。
附图说明
图1是本发明的立体结构图一，
图2是本发明的立体结构图二，
图3是本发明的转动架及行走机构图，
图4是本发明的线性伸出机构及线性移动机构剖切图。
附图标记：
1、吊装安装架， 2、圆形轨道， 3、圆形齿轨， 4、驱动齿轮， 5、转动架， 6、支撑行走轮， 7、线性伸出机构， 8、一级线性移动机构， 9、二级线性移动机构， 10、伸缩臂，11、末端执行机构，12、末端执行机构基座，13、行走架，14、驱动齿轮安装架，15、吊板，16、托板，17、轨道面18转动电机19驱动电机。
具体实施方式
下面对本发明具体结构进行进一步的说明：
对本发明专利各部件结构安装关系及功能进行说明：
本装置包括吊装安装架、圆形轨道、圆形驱动装置、线性伸出机构、线性移动机构和末端执行机构。
吊装安装架：吊装安装架用于多维度扩展机器人的安装固定，以吊装安装方式固定于厂房内部上方或露天吊装支架顶部。本发明中吊装安装架为十字架，十字架的四个端部向下延伸出吊板，吊板底部向内伸出托板托住圆形轨道底部并固定。
圆形轨道为圆环状轨道，圆形轨道处于吊装安装架的下方，由吊装安装架延伸出的托板托住圆形轨道下侧面并固定。圆形轨道为圆形驱动装置运行的轨道及支撑机构。
圆形驱动装置包括转动架、行走机构和齿轮驱动机构。转动架设置在吊装安装架下方,吊装安装架上设有转动电机，转动电机输出轴连接于转动架的转动中心，转动电机的转动控制圆形驱动装置的运行速度以及转动架在圆形轨道上的转动位置。
齿轮驱动机构包括在圆形轨道侧面上的圆形齿轨和与圆形齿轨间啮合的两组驱动齿轮，驱动齿轮安装在齿轮安装架上，齿轮安装架固定于转动架的端部，转动电机输出轴转动带动转动架转动，转动架转动带动驱动齿轮和圆形齿轨的啮合运动。
行走机构包括行走架和支撑行走轮，支撑行走轮安装在行走架上，每个行走架安装有两个支撑行走轮，用以提高支撑行走轮的承载能力和行走稳定性。行走架固定在转动架的端部的齿轮安装架上。圆形轨道的轨道面为上部的圆环面，转动转动带动支撑行走轮沿圆环面行走并呈圆形循环运行。转动架为直线结构时其两端分别设有行走机构，两组行走机构相对转动架的转动中心对称设置，以实现行走机构支撑转动架及固定相连的机构重量的平衡。
行走机构一是支撑转动架及下部的承载线性伸出机构、线性移动机构、末端执行机构11以及末端执行机构夹持物体的重量；二是圆周行走作用，完成对末端执行机构夹持物体的圆周空间的移动。
线性伸出机构固定在转动架的下部至少两点位置，以实现刚性固定。线性伸出机构最外端伸出圆形轨道边缘。
线性伸出机构截面为矩形，内部开有滑槽设置一级伸缩臂，伸缩臂与线性伸出机构之间为一级线性移动机构。一级线性移动机构为丝杠螺母传动副，丝杠一端或两端通过轴承固定在线性伸出机构的滑槽内，且在线性伸出机构的内侧端部设置驱动电机。
一级伸缩臂上固定设置传动螺母，传动螺母与丝杠配合，转动电机转动带动丝杠转动，进而带动传动螺母及一级伸缩臂移动，实现一级伸缩臂的伸缩运动。
二级线性移动机构同样为丝杠螺母传动机构，其设置在伸缩臂下方，末端执行机构设置在二级线性移动机构的传动螺母上，二级线性移动机构的驱动电机带动丝杠转动，传动螺母随丝杠转动沿丝杠轴向方向移动，带动末端执行机构沿一级伸缩臂前后移动。
一级线性移动机构可以为齿轮齿条传动副、丝杠螺母传动副、同步带传动副、液压缸式推出机构中的一种。二级线性移动机构可以为丝杠螺母、同步带、无杆缸等多种传动方式。
线性移动机构和伸缩臂能够实现多维度拓展机器人操作空间的二级伸缩，增大了运行操作范围。
末端执行机构固定于末端执行机构基座上，可以作为各类机器人的基础连接座，首要解决密集型安装机器人的基座空间占用的问题。末端执行机构基座安装在线性移动机构的传动螺母上。
末端执行机构的形式多种多样，可以为机械手臂（如图1）、吊装葫芦、工业夹爪等，其选择原则根据多维度拓展机器人的承载能力和功能需求随机选择，线性移动机构的移动端提供多种接口方式，便于末端执行机构的连接和安装。
本发明的工作过程实施说明，以搬运为例，当工业现场需要将已知物体搬运到指定位置时，转动电机带动转动架转动，转动架上的直线伸出机构转动至待搬运的物料上方位置，至少也是直线伸出结构的实现方向下方。此时如果物料位置超出直线伸出机构范围，则二级线性移动机构带动末端执行机构移动至物料上方，如果二级线性移动机构带动末端执行机构不足以达到物料位置，则一级线性移动机构带动一级伸缩臂伸出，实现末端执行机构达到物料上方。
末端执行机构抓取物料并抬升，然后转动电机转动、二级线性移动机构或一级线性移动机构同步或异步工作，将物料搬运至要求位置，完成整个搬运的过程。
Claims (4)
1.一种多维度拓展机器人，其特征是，包括吊装安装架（1）、圆形轨道（2）、圆形驱动装置、线性伸出机构（7）、线性移动机构和末端执行机构（11）；
圆形轨道（2）固定于吊装安装架（1）上，吊装安装架（1）固定于吊装支架顶部；
圆形驱动装置与圆形轨道（2）间设有行走机构和齿轮驱动机构，行走机构沿圆形轨道（2）上的轨道面（17）循环行走移动，齿轮驱动机构驱动圆形驱动装置在圆形齿轨（3）绕圆形轨道（2）中心转动；
所述线性伸出机构（7）固定在圆形驱动装置上，线性伸出机构（7）随圆形驱动装置以圆形轨道（2）中心旋转；
所述线性移动机构固定在线性伸出机构（7）上，末端执行机构（11）设置在线性移动机构上，线性移动机构带动末端执行机构（11）沿线性伸出机构（7）移动；
吊装安装架（1）为多支撑连接架，连接架的端部向下延伸出吊板，吊板底部向内伸出托板固定在圆形轨道（2）底部；
所述圆形驱动装置包括转动架（5）、行走机构和齿轮驱动机构，齿轮驱动机构包括在圆形轨道（2）侧面上的圆形齿轨（3）和与圆形齿轨（3）间啮合的两组驱动齿轮（4），转动架（5）设置在吊装安装架（1）下方,吊装安装架（1）设有转动电机（18），转动电机输出轴连接于转动架（5）的转动中心，行走机构和驱动齿轮（4）设置在转动架（5）端部，转动架（5）转动带动驱动齿轮（4）沿圆形齿轨（3）圆周运动；
行走机构包括行走架（13）和支撑行走轮（6），支撑行走轮（6）安装在行走架（13）上，每个行走架安装有两个支撑行走轮（6），行走架固定在转动架（5）的端部位置，圆形轨道（2）的轨道面（17）为上部的圆环面，支撑行走轮（6）随转动架（5）在圆环面上循环运行，转动架（5）上设有至少两组行走机构，行走机构支撑转动架（5）、固定连接机构以及预执行操作的物料；
转动架（5）下部固定所述线性伸出机构（7），线性伸出机构（7）设有线性移动机构，线性移动机构为直线驱动机构，所述末端执行机构（11）设置在线性移动机构上。
2.根据权利要求1所述的多维度拓展机器人，其特征是，线性伸出机构（7）上设有一级伸缩臂（10），伸缩臂（10）与线性伸出机构（7）之间为一级线性移动机构（8），一级线性移动机构（8）驱动伸缩臂（10）沿线性伸出机构（7）前后移动，二级线性移动机构（9）设置在伸缩臂（10）下方，末端执行机构（11）设置在二级线性移动机构（9）上，二级线性移动机构（9）带动末端执行机构（11）沿伸缩臂（10）前后移动。
3.根据权利要求1所述的多维度拓展机器人，其特征是，直线驱动机构为齿轮齿条传动副、丝杠螺母传动副、同步带传动副、液压缸式推出机构中的一种。
4.根据权利要求1所述的多维度拓展机器人，其特征是，末端执行机构（11）固定于末端执行机构基座（12）上，末端执行机构基座（12）安装在二级线性移动机构（9）的运动部件上。
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