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一种变驱动布局五杆并联机构的拾取 机器人

阅读：550发布：2023-02-01

专利汇可以提供一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种变驱动布局的五杆并联机构拾取机器人，由底座支撑装置、工作台面、初始位置确定装置、电机与五杆机构、抓取机构和控制系统组成。两伺服电机以轴心共线的布局方式固定在底座支撑装置上，通过凸缘联轴器与对心并联五杆机构相连接，形成卧式工作空间。抓取机构由气缸连接U架、双作用式气缸、电磁铁、钢球固定架构成，通过气缸连接U架与对心五杆机构两摇杆铰接处相连接。光电开关确定五杆机构的初始位置。控制系统由PC机、运动控制卡、伺服电机驱动器、I/O模块、电磁阀和控制程序组成，用来控制伺服电机驱动五杆机构，带动抓取机构到达特定工位，执行拾取、释放命令。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置(1)、工作台面(2)、其特征在于还包括初始位置确定装置(3)、电机与五杆机构(4)、抓取机构(5)和控制系统(6)，所述底座支撑装置(1)包括下部支撑装置(101)和上部支撑装置(102)，上部支撑装置(102)设置在下部支撑装置(101)的顶部，工作台面(2)设置在下部支撑装置(101)的顶部；
所述工作台面(2)的中间设置有若干个通孔(201)，所有的通孔(201)呈同心环形分布，通孔(201)用于放置拾取对象钢球；所述的初始位置确定装置(3)由I号光电开关(301)、II号光电开关(302)、I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)组成，I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)对称设置在上部支撑装置(102)上，I号光电开关(301)和II号光电开关(302)分别设置在I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)上；
所述电机与五杆机构(4)由上伺服电机(401)、电机支撑板(402)、上凸缘联轴器(403)、D曲柄(404)、E摇杆(405)、F摇杆(406)、G曲柄(407)、垫块(408)、下凸缘联轴器(409)和下伺服电机(410)组成，电机支撑板(402)设置在上部支撑装置(102)上且位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间，上伺服电机(401)设置在电机支撑板(402)上也位于I号光电开关支架(303)和II号光电开关支架(304)之间且上伺服电机(401)的上部延伸到上部支撑装置(102)的外部，上凸缘联轴器(403)的上端与上伺服电机(401)的电机轴相连，上凸缘联轴器(403)的下端与D曲柄(404)的左端上表面相连接，D曲柄(404)的右端下表面通过平面轴承与E摇杆(405)的左端上表面相连接，E摇杆(405)的右端下表面通过平面轴承与F摇杆(406)的右端上表面相连接，F摇杆(406)的左端下表面通过平面轴承与G曲柄(407)的右端上表面相连接，垫块(408)的上表面设置在G曲柄(407)左侧的下方，垫块(408)的下表面与下凸缘联轴器(409)的上端相连接，下凸缘联轴器(409)的下端与下伺服电机(410)的电机轴相连接；下伺服电机(410)的安装孔设置在工作台面(2)上且下伺服电机(410)的机身延伸到下部支撑装置(101)的空腔内；且下伺服电机(410)与上伺服电机(401)的轴线重合；
所述抓取机构(5)由气缸连接U架(501)、气缸(502)、电磁铁(503)和钢球固定架(504)组成，气缸连接U架(501)上方的上表面与F摇杆(406)下表面相连接；气缸(502)的颈部固定在气缸连接U架(501)下方的内表面且气缸(502)的活塞杆延伸到气缸连接U架(501)的下部，电磁铁(503)与气缸(502)的活塞杆相连接，电磁铁(503)的铁芯与钢球固定架(504)相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架(504)内；
所述控制系统(6)由PC机(601)、运动控制卡(602)、上伺服电机驱动器(603)、下伺服电机驱动器(604)、I/O模块(605)和电磁阀(606)组成，运动控制卡(602)插在PC机(601)的卡槽内，上伺服电机驱动器(603)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与上伺服电机(401)相连接以控制上伺服电机(401)的转动，下伺服电机驱动器(604)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与下伺服电机(410)相连接以控制下伺服电机(410)的转动，I/O模块(605)也设置在下部支撑装置(101)的空腔内并与电磁阀(606)和电磁铁(503)相连接以控制电磁阀的动作和电磁铁(503)的开和关，电磁阀(606)设置在下部支撑装置(101)的空腔内且与气缸(502)电连接以控制气缸(502)的上和下。
2.根据权利要求1所述的一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，其特征在于所述D曲柄(404)的两端直径不同，D曲柄(404)直径大的一端与上凸缘联轴器(403)的上端相连接，D曲柄(404)直径小的一端通过平面轴承与E摇杆(405)的左端上表面相连接。
3.根据权利要求1所述的一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，其特征在于所述G曲柄(407)的两端直径不同，G曲柄(407)直径大的一端与垫块(408)上表面相连接，G曲柄(407)直径小的一端与F摇杆(406)的左端下表面相连接。
4.根据权利要求1所述的一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，其特征在于所述抓取机构(4)的轴线与E摇杆(405)、F摇杆(406)铰接处同心。
5.根据权利要求1所述的一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，其特征在于所述下部支撑装置(101)的四个角上均设有地脚。

说明书全文

一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人

技术领域

[0001] 本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人。

背景技术

[0002] 并联机构具备低运动惯量、高承载能力、不存在累积误差效应的高精度等优点。以紧凑的布局和有限手臂内部空间广泛应用于在食品、药品、电子等一些轻工业中，以代替人从事分拣、拾取、装箱等大量的重复性工作。加拿大MECADEMIC公司公开了一种双臂SCARA拾取机器人，中国专利201610085978.1公开了一种模块化五杆并联机器人实训台，两者其中的五杆机构驱动电机轴线平行布局，存在拾取机器人运动空间小、存在奇异位形、机构刚性差的不足。实用新型内容

[0003] 本实用新型为了解决上述的拾取机器人运动空间小、存在奇异位形、机构刚性差的问题，提供一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人。

[0004] 本实用新型为解决上述问题而采取的技术方案为：

[0005] 一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置、工作台面、初始位置确定装置、电机与五杆机构、抓取机构和控制系统，所述底座支撑装置包括下部支撑装置和上部支撑装置，上部支撑装置设置在下部支撑装置的顶部，工作台面设置在下部支撑装置的顶部；所述工作台面的中间设置有若干个通孔，所有的通孔呈同心环形分布，通孔用于放置拾取对象钢球；所述的初始位置确定装置由I号光电开关、II号光电开关、I号光电开关支架和II号光电开关支架组成，I号光电开关支架和II号光电开关支架对称设置在上部支撑装置上，I号光电开关和II号光电开关分别设置在I号光电开关支架和II号光电开关支架上；

[0006] 所述电机与五杆机构由上伺服电机、电机支撑板、上凸缘联轴器、D曲柄、E摇杆、F摇杆、G曲柄、垫块、下凸缘联轴器和下伺服电机组成，电机支撑板设置在上部支撑装置上且位于I号光电开关支架和II号光电开关支架之间，上伺服电机设置在电机支撑板上也位于I号光电开关支架和II号光电开关支架之间且上伺服电机的上部延伸到上部支撑装置的外部，上凸缘联轴器的上端与上伺服电机的电机轴相连，上凸缘联轴器的下端与D曲柄的左端上表面相连接，D曲柄的右端下表面通过平面轴承与E摇杆的左端上表面相连接，E摇杆的右端下表面通过平面轴承与F摇杆的右端上表面相连接，F摇杆的左端下表面通过平面轴承与G曲柄的右端上表面相连接，垫块的上表面设置在G曲柄左侧的下方，垫块的下表面与下凸缘联轴器的上端相连接，下凸缘联轴器的下端与下伺服电机的电机轴相连接；下伺服电机的安装孔设置在工作台面上且下伺服电机的机身延伸到下部支撑装置的空腔内；且下伺服电机与上伺服电机的轴线重合；

[0007] 所述抓取机构由气缸连接U架、气缸、电磁铁和钢球固定架组成，气缸连接U架上方的上表面与F摇杆下表面相连接；气缸的颈部固定在气缸连接U架下方的内表面且气缸的活塞杆延伸到气缸连接U架的下部，电磁铁与气缸的活塞杆相连接，电磁铁的铁芯与钢球固定架相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架内；

[0008] 所述控制系统由PC机、运动控制卡、上伺服电机驱动器、下伺服电机驱动器、I/O模块和电磁阀组成，运动控制卡插在PC机的卡槽内，上伺服电机驱动器设置在下部支撑装置的空腔内且与上伺服电机相连接以控制上伺服电机的转动，下伺服电机驱动器设置在下部支撑装置的空腔内且与下伺服电机相连接以控制下伺服电机的转动，I/O模块也设置在下部支撑装置的空腔内并与电磁阀和电磁铁相连接以控制电磁阀的动作和电磁铁的开和关，电磁阀设置在下部支撑装置的空腔内且与气缸电连接以控制气缸的上和下，控制程序由回零动作程序模块、定位动作程序模块、抓取动作程序模块、释放动作程序模块组成，当运行回零动作程序模块，运动控制卡控制上伺服电机驱动器、下伺服电机驱动器分别驱动上伺服电机、下伺服电机动作，上伺服电机和下伺服电机分别带动D曲柄、E摇杆转动，进而带动G曲柄、F摇杆摆动，运动控制卡控制I/O模块使I号光电开关和II号光电开关开始工作，当I号光电开关检测到D曲柄时，I/O模块向运动控制卡反馈信号，运动控制卡接收到反馈信号后控制上伺服电机驱动器使上伺服电机停止运动，I/O模块控制I号光电开关关闭，当II号光电开关检测到G曲柄时，I/O模块向运动控制卡反馈信号，运动控制卡接收到反馈信号后控制下伺服电机驱动器使上伺服电机停止运动，I/O模块控制II号光电开关关闭，回零动作完成；当运行定位动作模块时，运动控制卡控制上伺服电机驱动器驱动上伺服电机动作，运动控制卡控制下伺服电机驱动器驱动下伺服电机动作，通过两轴配合运动，使抓取机构到达指定工位；当运行抓取动作模块时，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向下运动，同时运动控制卡控制I/O模块使电磁铁动作产生磁力，将钢球吸附到电磁铁上，钢球固定架将钢球锁定到电磁铁正中心，吸附动作完成以后运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向上运动；当运行释放动作模块时，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向下运动，上一动作完成后运动控制卡控制I/O模块使电磁铁动作，电磁铁磁力消失将钢球放置到指定工位，放置动作完成以后，运动控制卡控制I/O模块使气缸动作，带动电磁铁向上运动。

[0009] 优选地，本实用新型所述D曲柄的两端直径不同，直径大的一端与上凸缘联轴器的另一端相连接，直径小的一端通过平面轴承与E摇杆的左端上表面相连接。

[0010] 优选地，本实用新型所述G曲柄的两端直径不同，直径大的一端与垫块相连接，直径小的一端与F摇杆的左端下表面相连接。

[0011] 优选地，本实用新型所述抓取机构的轴线与E摇杆、F摇杆铰接处同心。

[0012] 优选地，本实用新型在所述下部支撑装置的四个角上均设有地脚。

[0013] 与现有技术相比，本发明具有工作空间大，动作平稳等优点；采用电磁铁与气缸的组合，极大地发挥了他们各自的优势，提高了工作效率；本发明控制器采用运动控制卡，具有控制精度高的优点，驱动两伺服电机，带动两曲柄实现定量运动，从而使拾取机构达到指定工位执行相应命令。本发明为变驱动布局并联五杆机构的应用提供了理论和实践依据。附图说明

[0014] 图1为本发明变驱动布局五杆并联机构拾取机器人的等轴测三维结构示意图；

[0015] 图2为本发明变驱动布局五杆并联机构拾取机器人的侧视图；

[0016] 图3为底座支撑装置等轴测三维结构示意图；

[0017] 图4为工作面等轴测三维结构示意图；

[0018] 图5为初始位置确定装置示意图；

[0019] 图6为电机与五杆机构等轴测示意图；

[0020] 图7为电机与五杆机构正视图；

[0021] 图8为五杆机构与抓取机构位置关系示意图；

[0022] 图9为抓取机构正视图；

[0023] 图10为气动原理示意图；

[0024] 图11为控制元件分布示意图；

[0025] 图12为控制元件分布俯视示意图。

具体实施方式

[0026] 实施例1

[0027] 如图1和图2所示，一种变驱动布局五杆并联机构的拾取机器人，包括底座支撑装置1、工作台面2、初始位置确定装置3、电机与五杆机构4、抓取机构5和控制系统6；

[0028] 如图3所示，所述底座支撑装置1包括下部支撑装置101和上部支撑装置102，上部支撑装置102设置在下部支撑装置101的顶部，工作台面2设置在下部支撑装置101的顶部，具体为下部支撑装置101由10根A类米字型材与四根B类米字型材构成，2根A类米字型材、4根B类米字型材与2根C类米字型材构成底座支撑装置的上半部分，其中，A、B、C类米字型材长度分别相等，型材与型材之间通过角架相连；8根米字型材分成两组，分别首尾相连构成两个正方形框，4根B类米字型材竖直放置，两正方形框水平放置分别固定到B类米字型材的上部和下部，组成上下两侧正方形框，两正方形框之间的距离为下伺服电机的长度，地脚与4根竖直放置的B类米字型材的下部通过螺纹副相连；另2根A类米字型材固定于底层正方形框的中央，用于支撑下伺服电机，2根A类米字型材与2根C类米字型材分别固定于4根竖直放置的B类米字型材上部，构成底座支撑的上半部分；

[0029] 如图4所示，所述工作台面2的中间设置有若干个通孔201，所有的通孔201呈同心环形分布，用来放置钢球类零件，底座支撑装置的上半部分通过工作面的两凹槽定位与底座支撑装置的下半部分相连；

[0030] 如图5所示，所述的初始位置确定装置3由I号光电开关301、II号光电开关302、I号光电开关支架303和II号光电开关支架304组成，I号光电开关支架303和II号光电开关支架304对称设置在上部支撑装置102上，I号光电开关301和II号光电开关302分别设置在I号光电开关支架303和II号光电开关支架304上，其中I号光电开关301布置于上伺服电机401左侧，用于确定D曲柄404的初始位置，II号光电开关302布置于上伺服电机401右侧，用于确定E曲柄407的初始位置；

[0031] 如图6和图7所示，所述电机与五杆机构4由上伺服电机401、电机支撑板402、上凸缘联轴器403、D曲柄404、E摇杆405、F摇杆406、G曲柄407、垫块408、下凸缘联轴器409和下伺服电机410组成，电机支撑板402设置在上部支撑装置102上且位于I号光电开关支架303和II号光电开关支架304之间，上伺服电机401设置在电机支撑板402上也位于I号光电开关支架303和II号光电开关支架304之间且上伺服电机401的上部延伸到上部支撑装置102的外部，上凸缘联轴器403的一端与上伺服电机401的电机轴相连，上凸缘联轴器403的另一端与D曲柄404的左端上表面相连接，D曲柄404的右端下表面通过平面轴承与E摇杆405的左端上表面相连接，E摇杆405的右端下表面通过平面轴承与F摇杆406的右端上表面相连接，F摇杆406的左端下表面通过平面轴承与G曲柄407的右端上表面相连接，垫块408的一端设置在G曲柄407左侧的下方，垫块408的另一端与下凸缘联轴器409的一端相连接，下凸缘联轴器
409的另一端与下伺服电机410的电机轴相连接；下伺服电机410的安装孔设置在工作台面2上且下伺服电机410的机身延伸到下部支撑装置101的空腔内；且下伺服电机410与上伺服电机401的轴线重合。

[0032] 如图8、图9和图10所示，所述抓取机构5由气缸连接U架501、气缸502、电磁铁503和钢球固定架504组成，气缸连接U架501上方的上表面与F摇杆406下表面相连接；气缸502的颈部固定在气缸连接U架501下方的内表面且气缸502的活塞杆延伸到气缸连接U架501的下部，电磁铁503与气缸502的活塞杆相连接，电磁铁503的铁芯与钢球固定架504相连接以确保拾取对象钢球位于钢球固定架504内，钢球固定架504连接在电磁铁正中心，初始状态下电磁换向阀507处于左位，气缸502的有杆腔容积最大，电磁铁处于抬起状态；电磁换向阀507动作时，气缸的有杆腔容积最小，电磁铁处于放下状态；气泵505提供气源，节流阀506起调压作用，使得气缸动作平稳。

[0033] 如图11和图12所示，所述控制系统6由PC机601、运动控制卡602、上伺服电机驱动器603、下伺服电机驱动器604、I/O模块605、电磁阀606和控制程序组成，运动控制卡602插在PC机601的卡槽内，上伺服电机驱动器603设置在下部支撑装置101的空腔内且与上伺服电机401相连接以控制上伺服电机401的转动，下伺服电机驱动器604设置在下部支撑装置101的空腔内且与下伺服电机410相连接以控制下伺服电机410的转动，I/O模块605也设置在下部支撑装置101的空腔内并与电磁阀606和电磁铁503相连接以控制电磁阀的动作和电磁铁503的开和关，电磁阀606设置在下部支撑装置101的空腔内且与气缸502电连接以控制气缸502的上和下，控制程序由回零动作程序模块、定位动作程序模块、抓取动作程序模块、释放动作程序模块组成，当运行回零动作程序模块，运动控制卡602控制上伺服电机驱动器
603、下伺服电机驱动器604分别驱动上伺服电机401、下伺服电机410动作，上伺服电机401和下伺服电机410分别带动D曲柄404、G曲柄407转动，进而带动E摇杆405、F摇杆406摆动，运动控制卡602控制I/O模块605使I号光电开关301和II号光电开关302开始工作，当I号光电开关301检测到D曲柄404时，I/O模块605向运动控制卡602反馈信号，运动控制卡602接收到反馈信号后控制上伺服电机驱动器603使上伺服电机401停止运动，I/O模块605控制I号光电开关301关闭，当II号光电开关302检测到G曲柄407时，I/O模块605向运动控制卡602反馈信号，运动控制卡602接收到反馈信号后控制下伺服电机驱动器604使上伺服电机410停止运动，I/O模块605控制II号光电开关302关闭，回零动作完成；当运行定位动作模块时，运动控制卡602控制上伺服电机驱动器603驱动上伺服电机401动作，运动控制卡602控制下伺服电机驱动器604驱动下伺服电机410动作，通过两轴配合运动，使抓取机构到达指定工位；当运行抓取动作模块时，运动控制卡602控制I/O模块605使气缸502动作，带动电磁铁503向下运动，同时运动控制卡602控制I/O模块605使电磁铁503动作产生磁力，将钢球吸附到电磁铁上，钢球固定架504将钢球锁定到电磁铁503正中心，吸附动作完成以后运动控制卡602控制I/O模块605使气缸502动作，带动电磁铁503向上运动；当运行释放动作模块时，运动控制卡602控制I/O模块605使气缸502动作，带动电磁铁503向下运动，上一动作完成后运动控制卡602控制I/O模块605使电磁铁503动作，电磁铁磁力消失将钢球放置到指定工位，放置动作完成以后，运动控制卡602控制I/O模块605使气缸502动作，带动电磁铁503向上运动。

[0034] 优选地，本实施例所述D曲柄404的两端直径不同，直径大的一端与上凸缘联轴器403的另一端相连接，直径小的一端通过平面轴承与E摇杆405的左端上表面相连接。

[0035] 优选地，本实施例所述G曲柄407的两端直径不同，直径大的一端与垫块408相连接，直径小的一端与F摇杆406的左端下表面相连接。

[0036] 优选地，本实用新型所述抓取机构4的轴线与E摇杆405、F摇杆406连接处同心。

[0037] 本发明的工作过程如下：

[0038] 变驱动布局并联五杆机构的拾取机器人，使用运动控制卡为控制器搭建控制系统；首先进行回零动作，两个光电开关分别检测D摇杆404、G摇杆407，两个光电开关全检测完毕即回零动作完成；抓取动作共分为以下两步，当并联五杆机构配合运动使得抓取机构4到达指定位置时，气缸502动作，带动电磁铁503向下运动，电磁铁503动作产生磁力，将钢球吸附到电磁铁上，钢球固定架504将钢球锁定到电磁铁503正中心，吸附动作完成以后气缸502动作，带动电磁铁503复位；待并联五杆机构运动带动抓取机构4到下一工位时，气缸502动作，带动电磁铁503向下运动，电磁铁503动作，磁力消失将钢球放置到指定工位上，气缸
502动作，使得电磁铁复位。本发明通过设计不同的控制方案可实现对称拾取、阵列拾取等不同功能。本发明的拾取对象为钢球，更换不同的抓取装置可抓取不同的物品，有着广泛的应用前景。

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