CN209831628U - 人机协作机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械制造领域，更具体地说，涉及一种在工业制造过程中用于工业生产的协作机器人。一种人机协作机器人，包括：用于提供支撑的机器人支架、用于驱动摆臂实现水平运动的摆臂机构、用于驱动所述摆臂实现升降运动的抬升机构、用于柔性适应工件尺寸并自动补偿定位误差的柔性手爪机构，所述摆臂机构、抬升机构固连于所述机器人支架，所述柔性手爪机构固连于所述摆臂机构。本实用新型人机协作机器人，具有一个可以在三维坐标空间中运动的机械手臂，可以高度适应工作环境的机械手爪，能够自动补偿定位误差，高度智能化的机器人。利用摆臂机构实现手臂的大范围运动覆盖，利用抬升机构实现对手臂的升降控制，利用柔性手爪机构实现对多个工件的同时抓取。

Description

人机协作机器人

技术领域

本实用新型涉及机械制造领域，更具体地说，涉及一种在工业制造过程中用于工业生产的协作机器人。

背景技术

协作机器人(Collaborative Robot)简称Cobot或Co-Robot，是设计和人类在共同工作空间中有近距离互动的机器人。到2010年为止，大部分的工业机器人是设计自动作业或是在有限的导引下作业，因此不用考虑和人类近距离互动，其动作也不用考虑对于周围人类的安全保护，而这些都是协作式机器人需要考虑的机能。工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产的趋势。在工业生产自动化条件下，人只是间接地照管和监督机器进行生产。协作式机器人是在1996年由伊利诺州西北大学的教授J.Edward Colgate和Michael Peshkin所实用新型的。有一份1997年的美国专利描述协作式机器人是“人类和电脑控制的通用机器人之间的直接物理互动的设备及方法。”

1994年时通用汽车机器人中心的通用汽车计划，以及1995年通用汽车基金会的研究资助计划，目的都是想找让机器人(或类似的设备)有足够安全性，可以和人类协同工作的方式，其结果就是协作式机器人。第一个协作式机器人确保人体安全的方式是它没有原动力，其原动力是靠工作人员提供。第一个协作式机器人是用转动酬载的方式和工作人员协同作业，来用电脑控制运动。后来的协作式机器人也只提供少量的原动力。

通用汽车用“智能协助装置”(Intelligent Assist Device，IAD)一词来代替协作式机器人，特别是在物料搬运以及汽车组装作业中会使用此一词语。2002年时提出了智能协助装置安全性标准的草稿。2016年时发行了更版的安全性标准。

Cobotics也在2012年发表了许多型号的协作式机器人。

丹麦公司Universal Robots在2008年发表他们的第一个协作式机器人系列UR5。2012年发表UR10协作式机器人，2015年则发表了桌上型的协作式机器人UR3。KUKA的协作式机器人LBR iiwa是和德国航空太空中心长期合作的结果，美国公司Rethink Robotics则是在2012年提出其工业协作式机器人Baxter。

FANUC在2015年提出他们的第一款协作式机器人，FANUC CR-35iA酬载有35公斤，后续也有较小型的协作式机器人，例如FANUC CR-4iA，CR-7iA及CR-7/L长机械手臂版本。

协作机器人作为新型智能化机器人，是新一代机器人的发展方向，可以和工人协同作业，完成工业生产或者日常劳动。因此，协作机器人的安全性将是首先考虑的因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种人机协作机器人，应用在工业制造领域。本实用新型公开了一种人机协作机器人，具有可以在三维坐标空间中运动的机械手臂。

一种人机协作机器人，包括：用于提供支撑的机器人支架、用于驱动摆臂实现水平运动的摆臂机构、用于驱动所述摆臂实现升降运动的抬升机构、用于柔性适应工件尺寸并自动补偿定位误差的柔性手爪机构，所述摆臂机构、抬升机构固连于所述机器人支架，所述柔性手爪机构固连于所述摆臂机构。

优选地，所述摆臂机构包括：摆臂电机、谐波减速器、联轴器、方轴、摆臂、上轴承座、下轴承座，所述摆臂电机、上轴承座、下轴承座固连于所述机器人支架，所述方轴固定连接于所述上轴承座、下轴承座的轴承内圈，所述摆臂电机的输出轴通过所述联轴器固连于所述方轴的一端；所述摆臂上设置有和所述方轴相匹配的方形孔，所述方形孔活动连接于所述方轴。

优选地，所述抬升机构包括：抬升电机、法兰盘、同步带传动机构、驱动轴、抬升臂、抬升滚子，所述抬升电机的壳体通过所述法兰盘固连于所述机器人支架，所述驱动轴活动连接于所述机器人支架，所述抬升电机的输出轴通过所述同步带传动机构连接于所述驱动轴；在所述驱动轴的输出端固连有所述抬升臂，所述抬升臂垂直于所述驱动臂，所述抬升滚子固连于所述抬升臂的一端；所述摆臂上设置有和所述抬升滚子相匹配的滚子槽。

优选地，所述滚子槽和抬升滚子实现无间隙配合。

优选地，所述柔性手爪机构包括：手爪底板、手爪导轨、居中滑块、侧板、推力弹簧、滑动连接板、气动手爪、柔性手指、刚性手指，所述手爪底板固连于所述摆臂，所述手爪导轨固连于所述手爪底板，两个所述侧板固连于所述手爪导轨的两端，所述居中滑块活动连接于所述手爪导轨，在所述居中滑块和侧板之间设置所述推力弹簧；所述滑动连接板固连于所述居中滑块，所述气动手爪的壳体固连于所述滑动连接板，所述柔性手指固连于所述气动手爪的上手指，所述刚性手指固连于所述气动手爪的下手指；

所述柔性手指包括：手指体、弹簧盖板、T形滑块、盲孔、夹持弹簧、T形滑槽，所述手指体固连于所述上手指，所述T形滑块活动连接于所述手指体上的T形滑槽，所述T形滑块上设置有所述盲孔，所述夹持弹簧位于所述盲孔中，所述弹簧盖板固连于所述手指体，所述夹持弹簧位于所述弹簧盖板和T形滑块之间。

优选地，还包括所述自动输出机构，所述自动输出机构包括：振动盘、直线送料轨道、直线送料器、工件，所述直线送料轨道固连于所述直线送料器，所述振动盘的出料口连接至所述直线送料器的入口，所述直线送料器的出口和所述柔性手爪机构相匹配；所述工件从所述振动盘中进行有序输出，经过所述直线送料轨道输出，所述柔性手爪机构从所述直线送料轨道的出口处夹取到工件，所述T形滑块和刚性手指的配合实现对工件的夹持。

优选地，所述机器人支架的底部还设置有：支架底板、方形槽、安装底座、方形凸台、连接块、微调螺栓、锁紧螺母，所述机器人支架固连于所述支架底板，所述支架底板通过螺栓连接于所述安装底座，所述支架底板上设置有方形槽，所述安装底座上设置有方形凸台，所述方形槽和方形凸台相匹配；所述连接块的两侧固连有所述安装底座，所述微调螺栓连接于所述连接块，所述微调螺栓的轴线方向和所述方形槽的方向保持一致；所述微调螺栓上还设置有所述锁紧螺母。优选地，所述微调螺栓接触于所述安装底座的侧面，位于所述方形槽的上部。

附图说明

图1、2、4是本实用新型人机协作机器人的装配设备的结构示意图；

图3、5是本实用新型人机协作机器人在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图；

图6是本实用新型人机协作机器人的局部结构示意图。

1摆臂机构、2抬升机构、3柔性手爪机构、4自动输出机构、5机器人支架、10摆臂电机、11谐波减速器、12联轴器、13方轴、14摆臂、15滚子槽、16上轴承座、17下轴承座、18方形孔、20抬升电机、21法兰盘、22同步带传动机构、23驱动轴、24抬升臂、25抬升滚子、30手爪底板、31手爪导轨、32居中滑块、33侧板、34推力弹簧、35滑动连接板、36气动手爪、37上手指、38下手指、39柔性手指、40刚性手指、41手指体、42弹簧盖板、43 T形滑块、44盲孔、45夹持弹簧、46T形滑槽、50支架底板、51方形槽、52安装底座、53方形凸台、54连接块、55微调螺栓、56锁紧螺母、60振动盘、61直线送料轨道、62直线送料器、63工件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细说明，但不构成对本实用新型的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型提供了一种人机协作机器人，应用在工业制造领域。本实用新型人机协作机器人，具有一个可以在三维坐标空间中运动的机械手臂，可以高度适应工作环境的机械手爪，能够自动补偿定位误差，高度智能化的机器人。利用摆臂机构实现手臂的大范围运动覆盖，利用抬升机构实现对手臂的升降控制，利用柔性手爪机构实现对多个工件的同时抓取。

图1、2、4是本实用新型人机协作机器人的装配设备的结构示意图，图3、5是本实用新型人机协作机器人在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图，图6是本实用新型人机协作机器人的局部结构示意图。

一种人机协作机器人，包括：用于提供支撑的机器人支架5、用于驱动摆臂14实现水平运动的摆臂机构1、用于驱动所述摆臂14实现升降运动的抬升机构2、用于柔性适应工件尺寸并自动补偿定位误差的柔性手爪机构3，所述摆臂机构1、抬升机构2固连于所述机器人支架5，所述柔性手爪机构3固连于所述摆臂机构1。

更具体地，所述摆臂机构1包括：摆臂电机10、谐波减速器11、联轴器12、方轴13、摆臂14、上轴承座16、下轴承座17，所述摆臂电机10、上轴承座16、下轴承座17固连于所述机器人支架5，所述方轴13固定连接于所述上轴承座16、下轴承座17的轴承内圈，所述摆臂电机10的输出轴通过所述联轴器12固连于所述方轴13的一端；所述摆臂14上设置有和所述方轴13相匹配的方形孔18，所述方形孔18活动连接于所述方轴13。

更具体地，所述抬升机构2包括：抬升电机20、法兰盘21、同步带传动机构22、驱动轴23、抬升臂24、抬升滚子25，所述抬升电机20的壳体通过所述法兰盘21固连于所述机器人支架5，所述驱动轴23活动连接于所述机器人支架5，所述抬升电机20的输出轴通过所述同步带传动机构22连接于所述驱动轴23；在所述驱动轴23的输出端固连有所述抬升臂24，所述抬升臂24垂直于所述驱动臂23，所述抬升滚子25固连于所述抬升臂24的一端；所述摆臂14上设置有和所述抬升滚子25相匹配的滚子槽15。

更具体地，所述滚子槽15和抬升滚子25实现无间隙配合。

更具体地，所述柔性手爪机构3包括：手爪底板30、手爪导轨31、居中滑块32、侧板33、推力弹簧34、滑动连接板35、气动手爪36、柔性手指39、刚性手指40，所述手爪底板30固连于所述摆臂14，所述手爪导轨31固连于所述手爪底板30，两个所述侧板33固连于所述手爪导轨31的两端，所述居中滑块32活动连接于所述手爪导轨31，在所述居中滑块32和侧板33之间设置所述推力弹簧34；所述滑动连接板35固连于所述居中滑块32，所述气动手爪36的壳体固连于所述滑动连接板35，所述柔性手指39固连于所述气动手爪36的上手指37，所述刚性手指40固连于所述气动手爪36的下手指38；

所述柔性手指39包括：手指体41、弹簧盖板42、T形滑块43、盲孔44、夹持弹簧45、T形滑槽46，所述手指体41固连于所述上手指37，所述T形滑块43活动连接于所述手指体41上的T形滑槽46，所述T形滑块43上设置有所述盲孔44，所述夹持弹簧45位于所述盲孔44中，所述弹簧盖板42固连于所述手指体41，所述夹持弹簧45位于所述弹簧盖板42和T形滑块43之间。

更具体地，还包括所述自动输出机构4，所述自动输出机构4包括：振动盘60、直线送料轨道61、直线送料器62、工件63，所述直线送料轨道61固连于所述直线送料器62，所述振动盘60的出料口连接至所述直线送料器62的入口，所述直线送料器62的出口和所述柔性手爪机构3相匹配；所述工件63从所述振动盘60中进行有序输出，经过所述直线送料轨道61输出，所述柔性手爪机构3从所述直线送料轨道61的出口处夹取到工件63，所述T形滑块43和刚性手指40的配合实现对工件63的夹持。

更具体地，所述机器人支架5的底部还设置有：支架底板50、方形槽51、安装底座52、方形凸台53、连接块54、微调螺栓55、锁紧螺母56，所述机器人支架5固连于所述支架底板50，所述支架底板50通过螺栓连接于所述安装底座52，所述支架底板50上设置有方形槽51，所述安装底座52上设置有方形凸台53，所述方形槽51和方形凸台53相匹配；所述连接块54的两侧固连有所述安装底座52，所述微调螺栓55连接于所述连接块54，所述微调螺栓55的轴线方向和所述方形槽51的方向保持一致；所述微调螺栓55上还设置有所述锁紧螺母56。

更具体地，所述微调螺栓55接触于所述安装底座52的侧面，位于所述方形槽51的上部。

接下来，结合图1-6进一步描述本实用新型人机协作机器人的工作过程和工作原理：

本实用新型公开了一种人机协作机器人，可以在大范围内实现对工件的抓取和搬运。所述摆臂机构1驱动所述手指摆臂14实现水平运动，所述抬升机构2驱动所述摆臂14实现升降运动，所述柔性手爪机构3柔性适应工件尺寸并自动补偿定位误差；同时，所述柔性手爪机构3利用弹簧可以吸收碰撞的能量，防止发生刚性碰撞；同时，所述柔性手爪机构3可以柔性适应工件外形尺寸的误差，实现对两个工件的同时抓取。

所述方轴13固定连接于所述上轴承座16、下轴承座17的轴承内圈，所述方轴13在所述上轴承座16、下轴承座1的支撑下实现无阻力转动。所述摆臂电机10的输出轴通过所述联轴器12固连于所述方轴13的一端，所述摆臂14上设置有和所述方轴13相匹配的方形孔18，所述方形孔18活动连接于所述方轴13。所述摆臂电机10通过所述方轴13驱动所述摆臂14实现摆动。

在所述驱动轴23的输出端固连有所述抬升臂24，所述抬升臂24垂直于所述驱动臂23，所述抬升滚子25固连于所述抬升臂24的一端；所述摆臂14上设置有和所述抬升滚子25相匹配的滚子槽15，所述滚子槽15和抬升滚子25实现无间隙配合。所述抬升电机20的输出轴通过所述同步带传动机构22驱动所述抬升臂24摆动，所述抬升滚子25带动所述摆臂24实现升降运动。

所述手爪导轨31固连于所述手爪底板30，所述居中滑块32可以在所述手爪导轨31上无阻力滑动，在所述居中滑块32和侧板33之间设置所述推力弹簧34，所述推力弹簧34具有推动所述居中滑块32位于所述手爪导轨31的中部的趋势。所述滑动连接板35固连于所述居中滑块32，所述气动手爪36的壳体固连于所述滑动连接板35，所述柔性手指39固连于所述气动手爪36的上手指37，所述刚性手指40固连于所述气动手爪36的下手指38。当所述气动手爪36受到外力碰撞时，所述推力弹簧34可以吸收碰撞造成的冲击，时所述气动手爪36生产一定量的移动，当障碍物消除后，所述气动手爪36回到所述手爪导轨31的中部；当所述气动手爪36要抓取工件，而工件没有位于所述柔性手指39和刚性手指40的正中间位置时候，所述气动手爪36抓取到工件后，所述居中滑块32可以产生适应性移动，使得工件位于所述柔性手指39和刚性手指40的正中间位置，从而实现对工件的夹持。

在机械制造过程中，即使同一批次的零件，其外形尺寸也会存在误差。因此，要实现对两个工件的同时夹持，其手指必须要适应工件外形尺寸误差。所述T形滑块43上设置有所述盲孔44，所述夹持弹簧45位于所述盲孔44中，所述弹簧盖板42固连于所述手指体41，所述夹持弹簧45位于所述弹簧盖板42和T形滑块43之间。所述夹持弹簧45具有推动所述T形滑块43向所述刚性手指40所在方向运动的趋势。当所述T形滑块43和刚性手指40之间放置有工件的时候，所述夹持弹簧45可以自动适应工件外形的误差，实现对工件夹持。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型人机协作机器人较有代表性的例子。显然，本实用新型人机协作机器人不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型人机协作机器人的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型人机协作机器人的保护范围。

Claims (8)

1.一种人机协作机器人，其特征在于，包括：用于提供支撑的机器人支架、用于驱动摆臂实现水平运动的摆臂机构、用于驱动所述摆臂实现升降运动的抬升机构、用于柔性适应工件尺寸并自动补偿定位误差的柔性手爪机构，所述摆臂机构、抬升机构固连于所述机器人支架，所述柔性手爪机构固连于所述摆臂机构。

2.根据权利要求1所述的人机协作机器人，其特征在于，所述摆臂机构包括：摆臂电机、谐波减速器、联轴器、方轴、摆臂、上轴承座、下轴承座，所述摆臂电机、上轴承座、下轴承座固连于所述机器人支架，所述方轴固定连接于所述上轴承座、下轴承座的轴承内圈，所述摆臂电机的输出轴通过所述联轴器固连于所述方轴的一端；所述摆臂上设置有和所述方轴相匹配的方形孔，所述方形孔活动连接于所述方轴。

3.根据权利要求1所述的人机协作机器人，其特征在于，所述抬升机构包括：抬升电机、法兰盘、同步带传动机构、驱动轴、抬升臂、抬升滚子，所述抬升电机的壳体通过所述法兰盘固连于所述机器人支架，所述驱动轴活动连接于所述机器人支架，所述抬升电机的输出轴通过所述同步带传动机构连接于所述驱动轴；在所述驱动轴的输出端固连有所述抬升臂，所述抬升臂垂直于驱动臂，所述抬升滚子固连于所述抬升臂的一端；所述摆臂上设置有和所述抬升滚子相匹配的滚子槽。

4.根据权利要求3所述的人机协作机器人，其特征在于，所述滚子槽和抬升滚子实现无间隙配合。

5.根据权利要求1所述的人机协作机器人，其特征在于，所述柔性手爪机构包括：手爪底板、手爪导轨、居中滑块、侧板、推力弹簧、滑动连接板、气动手爪、柔性手指、刚性手指，所述手爪底板固连于所述摆臂，所述手爪导轨固连于所述手爪底板，两个所述侧板固连于所述手爪导轨的两端，所述居中滑块活动连接于所述手爪导轨，在所述居中滑块和侧板之间设置所述推力弹簧；所述滑动连接板固连于所述居中滑块，所述气动手爪的壳体固连于所述滑动连接板，所述柔性手指固连于所述气动手爪的上手指，所述刚性手指固连于所述气动手爪的下手指；

所述柔性手指包括：手指体、弹簧盖板、T形滑块、盲孔、夹持弹簧、T形滑槽，所述手指体固连于所述上手指，所述T形滑块活动连接于所述手指体上的T形滑槽，所述T形滑块上设置有所述盲孔，所述夹持弹簧位于所述盲孔中，所述弹簧盖板固连于所述手指体，所述夹持弹簧位于所述弹簧盖板和T形滑块之间。

6.根据权利要求1所述的人机协作机器人，其特征在于，还包括自动输出机构，所述自动输出机构包括：振动盘、直线送料轨道、直线送料器、工件，所述直线送料轨道固连于所述直线送料器，所述振动盘的出料口连接至所述直线送料器的入口，所述直线送料器的出口和所述柔性手爪机构相匹配；所述工件从所述振动盘中进行有序输出，经过所述直线送料轨道输出，所述柔性手爪机构从所述直线送料轨道的出口处夹取到工件，T形滑块和刚性手指的配合实现对工件的夹持。

7.根据权利要求1所述的人机协作机器人，其特征在于，所述机器人支架的底部还设置有：支架底板、方形槽、安装底座、方形凸台、连接块、微调螺栓、锁紧螺母，所述机器人支架固连于所述支架底板，所述支架底板通过螺栓连接于所述安装底座，所述支架底板上设置有方形槽，所述安装底座上设置有方形凸台，所述方形槽和方形凸台相匹配；所述连接块的两侧固连有所述安装底座，所述微调螺栓连接于所述连接块，所述微调螺栓的轴线方向和所述方形槽的方向保持一致；所述微调螺栓上还设置有所述锁紧螺母。

8.根据权利要求7所述的人机协作机器人，其特征在于，所述微调螺栓接触于所述安装底座的侧面，位于所述方形槽的上部。