[發明專利]具有五自由度的碼垛機械臂

有效

• 申請號: 201510040397.1
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104589333A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 楊亮亮;葛宏偉;史偉民;許守金;劉權慶;徐欣
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J18/00;B25J13/08;B25J19/02;B65G61/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種具有五自由度的碼垛機械臂，用于搬運、碼垛、裝貨及卸貨等多種場合。

背景技術

隨著機器人技術在碼垛工藝中的應用，碼垛機械臂在工業領域中得到了廣泛應用，進而降低了人工碼垛的工作強度，提高了生產效率。與此同時，針對碼垛機械臂的產品方案設計也層出不窮，以滿足不同的碼垛任務和要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構緊湊、重量輕、可用于多種場合且工作效率高的具有五自由度的碼垛機械臂。

本發明的具有五自由度的碼垛機械臂，包括機械臂體及控制系統，所述的機械臂體包括底板、兩塊支座板、第一圓板、第二圓板、U型底座、前臂、后臂、手掌、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、三角狀肘連桿、第一直流伺服電機、第二直流伺服電機及第三直流伺服電機；

兩塊支座板相對固定于底板上，第一圓板固定在兩支座板上，第二圓板通過墊筒固定于第一圓板上，且第二圓板上裝有轉動軸承，第一直流伺服電機固定于第一圓板的下表面，其輸出軸穿過第一圓板并通過第二圓板上的轉動軸承與U型底座連接，第二直流伺服電機與第三直流伺服電機同軸線地分別固定于U型底座的兩個側板外表面，第二直流伺服電機的輸出軸穿過側板與后臂的下端固定，該側板上具有以第二直流伺服電機輸出軸為圓心的圓弧槽，第三直流伺服電機的輸出軸穿過另一側板與第二連桿的一端固定，前臂的中部、后臂的上端及三角狀肘連桿的一端鉸接，三角狀肘連桿的另一端與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端與U型底座側板的圓弧槽處鉸接，后臂、三角狀肘連桿、第一連桿及固定第二直流伺服電機的底座側板構成第一個空間平行四邊形機構，第二連桿的另一端與第三連桿的一端鉸接，第三連桿的另一端與前臂的上端鉸接，后臂、第二連桿、第三連桿及前臂的上端構成第二個空間平行四邊形機構，前臂的下端與手掌的下端鉸接，三角狀肘連桿的第三端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與手掌的上端鉸接，前臂、三角狀肘連桿、第四連桿及手掌構成第三個空間平行四邊形機構；

手掌上表面固定有第四直流伺服電機，第四直流伺服電機的輸出軸穿過手掌與安裝板固定，安裝板上具有安裝孔；

所述的碼垛機械臂還包括支撐架和支撐軸，支撐架置于U型底座的兩側板間并固定于U型底座上，支撐軸穿過支撐架的上部并固定于支撐架上，支撐軸與第二直流伺服電機的輸出軸、第三直流伺服電機的輸出軸位于同一軸線，支撐軸通過轉動軸承與后臂連接，轉動軸承的內圈與支撐軸固定，外圈與后臂固定。

在第二圓板上固定有用于檢測U型底座轉角信息的第一位置傳感器，在固定第二直流伺服電機的U型底座側板上固定有用于檢測后臂位置信息的第二位置傳感器，在固定第三直流伺服電機的U型底座側板上固定有用于檢測前臂位置信息的第三位置傳感器；

所述的控制系統包括工控機、運動控制卡和分別用于驅動第一直流伺服電機、第二直流伺服電機、第三直流伺服電機及第四直流伺服電機的第一驅動器、第二驅動器、第三驅動器及第四驅動器，所述的工控機與運動控制卡連接，運動控制卡的輸出端分別連接第一驅動器的輸入端、第二驅動器的輸入端、第三驅動器的輸入端及第四驅動器的輸入端，第一位置傳感器的信號輸出端、第二位置傳感器的信號輸出端及第三位置傳感器的信號輸出端均與運動控制卡的輸入端連接。

上述技術方案中，所述的第一直流伺服電機可以采用渦輪蝸桿式直流伺服電機，帶動底座轉動。

所述的前臂與后臂均采用中空板狀結構，以減輕機械臂重量，并保證機械臂的強度。

底板可固定在移動平臺上，使得整個碼垛機械臂可隨移動平臺一起移動；此外第一直流伺服電機通過轉動軸承可帶動U型底座從而帶動機械臂繞支座轉動，實現機械臂的圓周運動；后臂裝在底座上，由第二直流伺服電機驅動，實現后臂的前后擺動；前臂裝在后臂上，可以通過第一個空間平行四邊形機構或/和第二個空間平行四邊形機構來實現前臂的擺動，再結合第三個空間平行四邊形機構帶動手掌運動；手掌裝在前臂上，可以通過調整第一連桿與U型底座側板上圓弧槽的鉸接點的位置，以實現手掌與地面間角度的調節；手掌末端可以根據實際需要安裝不同的末端執行器，且裝有第四直流伺服電機，用以控制末端執行器的轉動，可實現不同的碼垛任務。支撐架和支撐軸可以輔助支撐后臂、前臂及手掌，防止第二直流伺服電機輸出軸及第三直流伺服電機輸出軸因徑向受力過大而發生彎曲變形。