具有五自由度的碼垛機械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]隨著機器人技術(shù)在碼垛工藝中的應(yīng)用，碼垛機械臂在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，進而降低了人工碼垛的工作強度，提高了生產(chǎn)效率。與此同時，針對碼垛機械臂的產(chǎn)品方案設(shè)計也層出不窮，以滿足不同的碼垛任務(wù)和要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)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。
[0004]本發(fā)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(tǒng)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)板外表面，第二直流伺服電機的輸出軸穿過側(cè)板與后臂的下端固定，該側(cè)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(cè)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(cè)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(cè)板構(gòu)成第一個空間平行四邊形機構(gòu)，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(gòu)成第二個空間平行四邊形機構(gòu)，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(gòu)成第三個空間平行四邊形機構(gòu)；
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(cè)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(zhuǎn)動軸承與后臂連接，轉(zhuǎn)動軸承的內(nèi)圈與支撐軸固定，外圈與后臂固定。
[0005]在第二圓板上固定有用于檢測U型底座轉(zhuǎn)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(cè)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(cè)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(tǒng)包括工控機、運動控制卡和分別用于驅(qū)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(qū)動器、第二驅(qū)動器、第三驅(qū)動器及第四驅(qū)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(qū)動器的輸入端、第二驅(qū)動器的輸入端、第三驅(qū)動器的輸入端及第四驅(qū)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。
[0006]上述技術(shù)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(zhuǎn)動。
[0007]所述的前臂與后臂均采用中空板狀結(jié)構(gòu)，以減輕機械臂重量，并保證機械臂的強度。
[0008]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(zhuǎn)動軸承可帶動U型底座從而帶動機械臂繞支座轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)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(qū)動，實現(xiàn)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(gòu)或/和第二個空間平行四邊形機構(gòu)來實現(xiàn)前臂的擺動，再結(jié)合第三個空間平行四邊形機構(gòu)帶動手掌運動；手掌裝在前臂上，可以通過調(diào)整第一連桿與U型底座側(cè)板上圓弧槽的鉸接點的位置，以實現(xiàn)手掌與地面間角度的調(diào)節(jié)；手掌末端可以根據(jù)實際需要安裝不同的末端執(zhí)行器，且裝有第四直流伺服電機，用以控制末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)不同的碼垛任務(wù)。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(fā)生彎曲變形。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明為四軸驅(qū)動五自由度機械臂，由機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，采用多個直流伺服電機，輔助以三個空間平行四邊形機構(gòu)，實現(xiàn)機械臂的整體轉(zhuǎn)動控制，相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的機械臂重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、工作效率高且能耗低。此外，手掌處可根據(jù)不同的碼垛要求安裝不同的末端執(zhí)行器，可以實現(xiàn)多種碼垛任務(wù)。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1是具有五自由度的碼垛機械臂的機械臂體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是具有五自由度的碼垛機械臂的機械臂體的后視部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是具有五自由度的碼垛機械臂的機械臂體另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是具有五自由度的碼垛機械臂中支撐座及支撐軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是放大的支撐軸與后臂的連接處示意圖；
圖6是具有五自由度的碼垛機械臂的控制原理示意圖。
[0012]圖中:1.底板，2.支座板，3-1.第一圓板，3-2.第二圓板，4.U型底座，4-1.圓弧槽，5.第二直流伺服電機，6.第三直流伺服電機，7.第一直流伺服電機，8.第二連桿，9.第一連桿，10.第三連桿，11.三角狀肘連桿，12.前臂，13.后臂，14.第四連桿，15.手掌，16.第一位置傳感器，17.第二位置傳感器，18.第三位置傳感器，19.工控機，20.運動控制卡，21.第一驅(qū)動器，22.第二驅(qū)動器，23.第三驅(qū)動器，24.第四驅(qū)動器，25.第四直流伺服電機，26.安裝板，27.支撐架，28.支撐軸。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]參照圖1、圖2、圖3及圖4，本發(fā)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(tǒng)，所述的機械臂體包括底板1、兩塊支座板2、第一圓板3-1、第二圓板3-2、U型底座4、前臂12、后臂13、手掌15、第一連桿9、第二連桿8、第三連桿10、第四連桿14、三角狀肘連桿11、第一直流伺服電機7、第二直流伺服電機5及第三直流伺服電機6 ;
兩塊支座板2相對固定于底板上，第一圓板3-1固定在兩支座板2上，第二圓板3-2通過墊筒固定于第一圓板3-1上，且第二圓板3-2上裝有轉(zhuǎn)動軸承，第一直流伺服電機7固定于第一圓板3-1的下表面，其輸出軸穿過第一圓板3-1并通過第二圓板3-2上的轉(zhuǎn)動軸承與U型底座4連接，第二直流伺服電機5與第三直流伺服電機6同軸線地分別固定于U型底座4的兩個側(cè)板外表面，第二直流伺服電機5的輸出軸穿過側(cè)板與后臂13的下端固定，該側(cè)板上具有以第二直流伺服電機輸出軸為圓心的圓弧槽4-1，第三直流伺服電機6的輸出軸穿過另一側(cè)板與第二連桿8的一端固定，前臂12的中部、后臂13的上端及三角狀肘連桿11的一端鉸接，三角狀肘連桿11的另一端與第一連桿9的一端鉸接，第一連桿9的另一端與U型底座側(cè)板的圓弧槽處鉸接，后臂13、三角狀肘連桿11、第一連桿9及固定第二直流伺服電機的底座側(cè)板構(gòu)成第一個空間平行四邊形機構(gòu)，第二連桿8的另一端與第三連桿10的一端鉸接，第三連桿10的另一端與前臂12的上端鉸接，后臂13、第二連桿8、第三連桿10及前臂12的上端構(gòu)成第二個空間平行四邊形機構(gòu)，前臂12的下端與手掌15的下端鉸接，三角狀肘連桿11的第三端與第四連桿14的一端鉸接，第四連桿14的另一端與手掌15的上端鉸接，前臂、三角狀肘連桿11、第四連桿14及手掌15構(gòu)成第三個空間平行四邊形機構(gòu)；手掌15上表面固定有第四直