[发明专利]一种四自由度十杆可控机构式码垛机器人

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是一种四自由度十杆可控机构式码垛机器人。

背景技术

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，现行串联机械臂的驱动电机大都需要安装在关节处，会导致手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积、机构动力学性能较差等问题。

多连杆可控机构综合了传统并联机构刚性好,运行速度高,承载能力强以及串联机构柔性好的特点，而且驱动电机安装在机架上,驱动方式为外副驱动,所以多连杆可控机构的刚度性能好、承载能力强,运动惯量较小,关节误差累积少，动力学特性好,将其应用于工业码垛机器人可以满足高速、重载搬运码垛作业需求。

发明内容

本发明的目的在于设计一种四自由度十杆可控机构式码垛机器人，采用安装于旋转机架上的由伺服电机驱动的多连杆可控机构代替驱动电机安装在关节处的现行串联机械臂，另外，将含有三个平行四边形结构的连杆机构应用于姿态控制，使机器人满足结构紧凑、刚度性能好、承载能力强、运动惯量小、关节误差累积少、姿态控制精确、动力学特性好的要求。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种四自由度十杆可控机构式码垛机器人，包括手臂升降机构、姿态保持机构、回转支承、底座、末端执行器、第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第一减速器、第二减速器、第三减速器以及第四减速器，具体结构和连接方式为：

所述手臂升降机构包括旋转机架、第一主动杆、第一折杆、支撑杆、横杆、第二连杆以及第二主动杆，

所述姿态保持机构包括第一平衡杆、第二折杆、第二平衡杆以及平动保持架，

所述第一伺服电机连接在第一减速器上，第一减速器安装在底座上，第一减速器通过第一转动副与旋转机架连接，回转支承安装在底座上，回转支承通过第二转动副与旋转机架连接，其中，第一转动副与第二转动副共旋转轴，

所述第二伺服电机连接在第二减速器上，第二减速器安装在旋转机架上并通过第三转动副与第一主动杆的一端连接，第一主动杆的另一端通过第四转动副与第一折杆的第一端连接，第一折杆的第二端通过第五转动副与支撑杆的中间端连接，第一折杆的第三端通过第六转动副与第一平衡杆的一端连接，第一平衡杆的另一端通过第七转动副与第二折杆的第一端连接，第二折杆的第二端通过第八转动副与支撑杆的一端连接，支撑杆的第三端通过第九转动副与旋转机架连接，第二折杆的第三端通过第十转动副与第二平衡杆的一端连接，第二平衡杆的另一端通过第十一转动副与平动保持架的一端连接，平动保持架的另一端通过第十二转动副与横杆的一端连接，横杆的中间端通过第十三转动副与支撑杆的一端连接，横杆的第三端通过第十四转动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过第十五转动副与第二主动杆的一端连接，第二主动杆的另一端通过第十六转动副与第三减速器连接，

所述第三伺服电机连接在第三减速器上，第三减速器安装在旋转机架上并通过第十六转动副与第二主动杆连接，

所述第四伺服电机连接在第四减速器上，第四减速器安装在平动保持架上并通过旋转轴线竖直的第十七转动副与末端执行器连接。

所述旋转机架、第一主动杆、第一折杆、支撑杆通过第三转动副、第四转动副、第五转动副和第九转动副组成第一个平行四边形结构，其中，在机器人工作时，第三转动副25与第九转动副同旋转机架之间的相对位置固定不变。

所述第一折杆、第一平衡杆、第二折杆、支撑杆通过第五转动副、第六转动副、第七转动副和第八转动副组成第二个平行四边形结构。

所述第二折杆、第二平衡杆、平动保持架、横杆通过第八转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副和第十三转动副组成第三个平行四边形结构，其中，第八转动副和第十三转动副共旋转轴。

本发明的突出优点在于：

1.采用安装于旋转机架上的由伺服电机驱动的多连杆可控机构代替驱动电机安装在关节处的现行串联机械臂，减轻了机械臂的重量，满足结构紧凑、刚度性能好、运动惯量小、承载能力强、关节误差累积少、动力学特性好的要求。

2.将具有三个特定平行四边形结构的连杆机构应用于姿态控制，使得平动保持器在机器人运动输出过程中始终保持水平状态，降低了机器人控制编程的难度，有利于对被搬运物品进行精确的姿态控制。

3.在伺服电机驱动下，通过编程控制手臂升降机构、姿态保持机构的组合运动，同时配合旋转机架的回转运动，相较现行串联机械臂可改善速度、加速度、平稳度等各项指标，实现机器人末端执行器轨迹灵活多变的空间运动输出。