專(zhuān)利名稱(chēng)：一種關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別涉及關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
^ig機(jī)器人經(jīng)過(guò)多年的研究獲得了很大發(fā)展，其靈活性、適應(yīng)性、速度和抓取 能力不斷提高，ltii機(jī)器人的使用可以提高生產(chǎn)率和系統(tǒng)自動(dòng)化程度，降低工人的 勞動(dòng)強(qiáng)度，提高倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在如金融等行業(yè)中應(yīng)用還可以增加系統(tǒng)的安全 性。
現(xiàn)有的^S機(jī)器人多為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其手臂多采用各種連桿機(jī)構(gòu)，因手臂各 段只能繞其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)控制的非線性，使得其位 置控制算法十分復(fù)雜。此外，現(xiàn)有關(guān)節(jié)機(jī)器人大臂、小臂的電機(jī)減速器同軸布置， 對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求較高，雖采用配重、彈簧等措施來(lái)降低對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求，但因采 用連桿結(jié)構(gòu)，其碼垛拆垛速度不快。有時(shí)關(guān)節(jié)臂可能出現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，影響機(jī) 器人的正常工作。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，在于提供一種末端執(zhí)行器位置控制算法線性、控制算法簡(jiǎn) 單、控制容易的機(jī)器人。該機(jī)器質(zhì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率要求不高，但碼垛和拆±魏度 快，且關(guān)節(jié)具有自鎖能力，在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電時(shí)可以保持關(guān)節(jié)位置。
本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本搬運(yùn)機(jī)器人包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器、底 座、機(jī)架、機(jī)架回轉(zhuǎn)軸、自重平衡彈簧、鋼繩、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪，本^ig機(jī) 器人還包括蝸輪蝸桿副、齒盤(pán)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述機(jī)架為具有3 — 5個(gè)關(guān)節(jié)的多 關(guān)節(jié)機(jī)架，每一個(gè)關(guān)節(jié)有一個(gè)關(guān)節(jié)臂， 一個(gè)關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)各 關(guān)節(jié)臂的伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)電機(jī)；所述編碼器、蝸輪蝸桿副、齒盤(pán)、
齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其數(shù)量均與關(guān)節(jié)的數(shù)量相同；所述自重平衡彈簧及鋼索，其數(shù)量為 每一關(guān)節(jié)臂兩個(gè)；
其連接關(guān)系為機(jī)架回轉(zhuǎn)軸與機(jī)架剛性連接并置于底座上；機(jī)架回轉(zhuǎn)軸伺服電 機(jī)經(jīng)軸連接第一級(jí)蝸輪蝸桿副，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)架回轉(zhuǎn)軸連接；機(jī)架由各級(jí) 關(guān)節(jié)臂通過(guò)其底部的齒盤(pán)與前一級(jí)關(guān)節(jié)臂末端的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸相連接；各級(jí)關(guān)節(jié)臂的 伺服電機(jī)經(jīng)軸與蝸輪蝸桿副連接，并通過(guò)與蝸輪同軸的驅(qū)動(dòng)齒驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)，各齒盤(pán)與 同級(jí)的編碼器同軸相連；第一節(jié)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于機(jī)架回轉(zhuǎn)軸上， 另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤(pán)上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭穿過(guò)鋼繩槽上的小孔固 定在齒盤(pán)上，其余每一級(jí)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于前一級(jí)關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸 上，另一端的連接方法與第一級(jí)關(guān)節(jié)臂的相同；末節(jié)關(guān)節(jié)臂經(jīng)末級(jí)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、末 級(jí)傳動(dòng)齒輪、末級(jí)蝸輪蝸桿副與步進(jìn)電機(jī)一端相連，步進(jìn)電機(jī)另一端經(jīng)軸與手腕回 轉(zhuǎn)軸相連，手腕回轉(zhuǎn)軸與裝有手爪驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的電機(jī)架剛性連接，手爪驅(qū)動(dòng)伺服 電機(jī)經(jīng)軸與手爪連接。
本實(shí)用新型的有益效果是由于各關(guān)節(jié)臂由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，克服了傳統(tǒng) 關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的非線性問(wèn)題，使其位置控制算法簡(jiǎn)單。由于各級(jí)關(guān)節(jié)臂 均安裝有編碼器，其轉(zhuǎn)過(guò)的角度即時(shí)被檢測(cè)，因而控制容易。由于各關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸 處裝有具有自鎖功能的蝸輪蝸桿副，因而本關(guān)節(jié)機(jī)器人不會(huì)產(chǎn)生關(guān)節(jié)由于自重和載 荷作用而發(fā)生自由旋轉(zhuǎn)的情況。由于各級(jí)關(guān)節(jié)均有平衡彈簧，因此對(duì)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)功 率的要求均可降低，且關(guān)節(jié)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，掘而碼±朵拆±魏度快。

圖1為本實(shí)用新型關(guān)節(jié)型m機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1所示關(guān)節(jié)型 機(jī)器人部分放大圖。其中第一關(guān)節(jié)臂去除一部分， 以顯示主要的平衡彈簧連接關(guān)系。
圖中各標(biāo)記為1、底座；3、機(jī)架回轉(zhuǎn)軸；4、第一節(jié)關(guān)節(jié)臂；5、第二
節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；6、第二節(jié)關(guān)節(jié)臂；7、第三節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；8、第三節(jié)關(guān)節(jié) 臂；9、第四節(jié)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸；11、第四節(jié)關(guān)節(jié)臂；12、步進(jìn)電機(jī)；13、電機(jī)架; 14、手爪電機(jī);15、手爪；16、帶槽齒輪；17、驅(qū)動(dòng)齒；18、伺服電機(jī)；19、 蝸輪蝸桿副；20、手臂自重平衡彈簧；21、手腕回轉(zhuǎn)軸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1所示的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例結(jié)構(gòu)如附圖1、 2所示，由四個(gè)關(guān)節(jié)組成，從機(jī)架回轉(zhuǎn)軸向上依次為
第1至第4關(guān)節(jié)，第1節(jié)關(guān)節(jié)4與機(jī)架回轉(zhuǎn)軸3剛性連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿
副，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)由第1節(jié)關(guān)節(jié)所帶動(dòng)的整個(gè)機(jī)架的回轉(zhuǎn)運(yùn)
動(dòng)，第一個(gè)編碼器與機(jī)架回轉(zhuǎn)軸同軸安裝，用于檢測(cè)和控制回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)角度；伺服 電機(jī)18驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副，通過(guò)齒盤(pán)19使固定在齒盤(pán)上的關(guān)節(jié)臂繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 利用蝸輪蝸桿副的自鎖能力使關(guān)節(jié)臂靜止時(shí)能保持其位置，通過(guò)與關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸同軸 安裝的編碼器可以檢測(cè)和控制關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)角度，手臂自重平衡彈簧20 —端固定于 前一級(jí)手臂回轉(zhuǎn)軸上，另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤(pán)上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭 穿過(guò)鋼繩槽上的小孔固定在齒盤(pán)上，手臂自重平衡彈簧的張力可以調(diào)節(jié)，用以平衡 由于手臂自重而作用于手臂回轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩。關(guān)節(jié)臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 一個(gè)彈簧張緊，起到 平衡作用，而另一個(gè)彈簧放松，這樣保證關(guān)節(jié)臂兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都有平衡作用，這 樣使得驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)功率顯著降低，并提高了關(guān)節(jié)臂的動(dòng)作速度；各 關(guān)節(jié)分另抽各相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)相關(guān)的蝸輪蝸桿副和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，各級(jí)關(guān)節(jié) 臂的編碼器與其同級(jí)的齒盤(pán)同軸安裝，用于檢觀U和控制各級(jí)關(guān)節(jié)臂的回轉(zhuǎn)角度，每 個(gè)關(guān)節(jié)臂上設(shè)置兩個(gè)手臂自重平衡彈簧。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速箱驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)軸21，使 固定于手腕回轉(zhuǎn)軸上的手腕回轉(zhuǎn)，禾,步進(jìn)電機(jī)停止時(shí)具有保持轉(zhuǎn)矩的特性使手腕 的靜止位置得以保持，與手腕回轉(zhuǎn)軸同軸安裝的編碼器可以控制手腕旋轉(zhuǎn)角度。
權(quán)利要求1.一種關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器、底座、機(jī)架、機(jī)架回轉(zhuǎn)軸、自重平衡彈簧、鋼繩、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪，其特征在于搬運(yùn)機(jī)器人還有蝸輪蝸桿副、齒盤(pán)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述機(jī)架為具有3—5個(gè)關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)機(jī)架，每一個(gè)關(guān)節(jié)有一個(gè)關(guān)節(jié)臂，一個(gè)關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)臂的伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)電機(jī)；所述編碼器、蝸輪蝸桿副、齒盤(pán)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其數(shù)量均與關(guān)節(jié)的數(shù)量相同；所述自重平衡彈簧及鋼索，其數(shù)量為每一關(guān)節(jié)臂兩個(gè)；其連接關(guān)系為機(jī)架回轉(zhuǎn)軸與機(jī)架剛性連接并置于底座上；機(jī)架回轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)經(jīng)軸連接第一級(jí)蝸輪蝸桿副，通過(guò)第一級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)架回轉(zhuǎn)軸連接；機(jī)架由各級(jí)關(guān)節(jié)臂通過(guò)其底部的齒盤(pán)與前一級(jí)關(guān)節(jié)臂末端的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸相連接；各級(jí)關(guān)節(jié)臂的伺服電機(jī)經(jīng)軸與蝸輪蝸桿副連接，并通過(guò)與蝸輪同軸的驅(qū)動(dòng)齒驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)，各齒盤(pán)與同級(jí)的編碼器同軸相連；第一節(jié)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于機(jī)架回轉(zhuǎn)軸上，另一端與鋼繩連接，鋼繩繞在齒盤(pán)上的鋼繩槽內(nèi)，鋼繩端頭穿過(guò)鋼繩槽上的小孔固定在齒盤(pán)上，其余每一級(jí)關(guān)節(jié)臂的自重平衡彈簧一端固定于前一級(jí)關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸上，另一端的連接方法與第一級(jí)關(guān)節(jié)臂的相同；末節(jié)關(guān)節(jié)臂經(jīng)末級(jí)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、末級(jí)傳動(dòng)齒輪、末級(jí)蝸輪蝸桿副與步進(jìn)電機(jī)一端相連，步進(jìn)電機(jī)另一端經(jīng)軸與手腕回轉(zhuǎn)軸相連，手腕回轉(zhuǎn)軸與裝有手爪驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的電機(jī)架剛性連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人。它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器、底座、機(jī)架回轉(zhuǎn)軸、手腕回轉(zhuǎn)軸、夾持手爪等。機(jī)架由3-5個(gè)關(guān)節(jié)組成、每一關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)臂、關(guān)節(jié)臂旋轉(zhuǎn)軸、蝸輪蝸桿副、齒盤(pán)、手臂自重平衡彈簧、鋼繩、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)架回轉(zhuǎn)軸和各級(jí)關(guān)節(jié)臂、手腕回轉(zhuǎn)軸及手爪。本機(jī)器人末端執(zhí)行器位置控制算法簡(jiǎn)單、控制容易，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率要求不高，碼垛和拆垛速度快，且不會(huì)產(chǎn)生關(guān)節(jié)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，適用于自動(dòng)化物流系統(tǒng)中碼垛和拆垛。
文檔編號(hào)B25J19/00GK201198136SQ20082008121
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者帆 晉, 鄢大鵬 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)