流伺服電機(jī)25，第四直流伺服電機(jī)25的輸出軸穿過手掌15與安裝板26固定，安裝板26上具有安裝孔；
所述的碼垛機(jī)械臂還包括支撐架27和支撐軸28，支撐架27置于U型底座4的兩側(cè)板間并固定于U型底座上，支撐軸28穿過支撐架27的上部并固定于支撐架27上，支撐軸28與第二直流伺服電機(jī)5的輸出軸、第三直流伺服電機(jī)6的輸出軸位于同一軸線，支撐軸28通過轉(zhuǎn)動軸承與后臂13連接，轉(zhuǎn)動軸承的內(nèi)圈與支撐軸28固定，外圈與后臂13固定，如圖5所示。
[0016]在第二圓板3-2上靠近第一直流伺服電機(jī)的輸出軸處，固定有用于檢測U型底座轉(zhuǎn)角信息的第一位置傳感器16，在固定第二直流伺服電機(jī)5的U型底座側(cè)板上靠近該電機(jī)的輸出軸處，固定有用于檢測后臂位置信息的第二位置傳感器17，在固定第三直流伺服電機(jī)6的U型底座側(cè)板上靠近該電機(jī)的輸出軸處，固定有用于檢測前臂位置信息的第三位置傳感器18 ;
所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)19、運動控制卡20和分別用于驅(qū)動第一直流伺服電機(jī)7、第二直流伺服電機(jī)5、第三直流伺服電機(jī)6及第四直流伺服電機(jī)25的第一驅(qū)動器21、第二驅(qū)動器22、第三驅(qū)動器23及第四驅(qū)動器24 ;所述的工控機(jī)19與運動控制卡20連接，運動控制卡20的輸出端分別連接第一驅(qū)動器21、第二驅(qū)動器22、第三驅(qū)動器23及第四驅(qū)動器24的輸入端，第一位置傳感器16的信號輸出端、第二位置傳感器17的信號輸出端及第三位置傳感器18的信號輸出端均與運動控制卡20的輸入端連接，如圖6所示。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述的前臂12與后臂13均為中空板狀結(jié)構(gòu)。
[0018]所述的第一直流伺服電機(jī)7為渦輪蝸桿式直流伺服電機(jī)。
[0019]本發(fā)明中，底座、后臂和前臂的轉(zhuǎn)動精度對末端軌跡的影響較大，為檢測各轉(zhuǎn)動軸對應(yīng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動角度，本發(fā)明采用了三個非接觸式的位置傳感器，分別用以檢測底座、后臂和前臂的轉(zhuǎn)動角度信號。當(dāng)然，根據(jù)不同的碼垛任務(wù)和末端運動軌跡，可以輔助增加多種傳感器，用以檢測多種轉(zhuǎn)動或移動信號，并反饋給運動控制卡，以增強(qiáng)機(jī)械臂的智能效果。
[0020]運動開始時，由工控機(jī)下發(fā)末端軌跡指令，運動控制卡根據(jù)給定的軌跡信號，通過逆解算法得到各驅(qū)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度并下發(fā)給各驅(qū)動器，進(jìn)而驅(qū)動相應(yīng)直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，使機(jī)械臂末端走出與給定軌跡相逼近的軌跡。位置傳感器檢測到的信號集中反饋到運動控制卡處進(jìn)行處理，通過殘余振動抑制算法，實現(xiàn)對各驅(qū)動關(guān)節(jié)的殘余振動抑制，進(jìn)而走出較為理想的運動軌跡，實現(xiàn)機(jī)械臂末端的穩(wěn)定運行。
[0021]此外，本發(fā)明可通過調(diào)整第一連桿與U型底座側(cè)板上圓弧槽的鉸接位置，進(jìn)而調(diào)整手掌面與地面間的夾角，使手掌面處于工作面狀態(tài)；手掌上可以裝有小型直流伺服電機(jī)和安裝板，安裝板上可根據(jù)實際工作需要安裝不同的可拆裝式末端執(zhí)行器，實現(xiàn)不同的碼垛任務(wù)。
【主權(quán)項】
1.一種具有五自由度的碼垛機(jī)械臂，其特征在于包括機(jī)械臂體及控制系統(tǒng)，所述的機(jī)械臂體包括底板(I)、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(jī)(7)、第二直流伺服電機(jī)(5)及第三直流伺服電機(jī)(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(jī)(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)的底面連接，第二直流伺服電機(jī)(5)與第三直流伺服電機(jī)(6)同軸線地分別固定于U型底座(4)的兩個側(cè)板的外側(cè)，第二直流伺服電機(jī)(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(jī)輸出軸為圓心的圓弧槽(4-1)，第三直流伺服電機(jī)(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)板上的圓弧槽(4-1)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(jī)(5)的U型底座側(cè)板構(gòu)成第一個空間平行四邊形機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)； 手掌(15)上表面固定有第四直流伺服電機(jī)(25)，第四直流伺服電機(jī)(25)的輸出軸穿過手掌(15)與安裝板(26)固定，安裝板(26)上具有安裝孔； 所述的碼垛機(jī)械臂還包括支撐架(27)和支撐軸(28)，支撐架(27)置于U型底座(4)的兩側(cè)板間并固定于U型底座上，支撐軸(28)穿過支撐架(27)的上部并固定于支撐架(27)上，支撐軸(28)與第二直流伺服電機(jī)(5)的輸出軸、第三直流伺服電機(jī)(6)的輸出軸位于同一軸線，支撐軸(28)通過轉(zhuǎn)動軸承與后臂(13)連接，轉(zhuǎn)動軸承的內(nèi)圈與支撐軸(28)固定，外圈與后臂(13)固定； 在第二圓板(3-2)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(16)，在固定第二直流伺服電機(jī)(5)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(17)，在固定第三直流伺服電機(jī)(6)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(18)； 所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)(19)、運動控制卡(20)和分別用于驅(qū)動第一直流伺服電機(jī)(7)、第二直流伺服電機(jī)(5)、第三直流伺服電機(jī)(6)及第四直流伺服電機(jī)(25)的第一驅(qū)動器(21)、第二驅(qū)動器(22)、第三驅(qū)動器(23)及第四驅(qū)動器(24);所述的工控機(jī)(19)與運動控制卡(20)連接，運動控制卡(20)的輸出端分別連接第一驅(qū)動器(21)的輸入端、第二驅(qū)動器(22)的輸入端、第三驅(qū)動器(23)的輸入端及第四驅(qū)動器(24)的輸入端，第一位置傳感器(16)的信號輸出端、第二位置傳感器(17)的信號輸出端及第三位置傳感器(18)的信號輸出端均與運動控制卡(20)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有五自由度的碼垛機(jī)械臂，其特征在于所述的前臂(12)與后臂(13)均為中空板狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有五自由度的碼垛機(jī)械臂，其特征在于所述的第一直流伺服電機(jī)(7)為渦輪蝸桿式直流伺服電機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有五自由度的碼垛機(jī)械臂，包括機(jī)械臂體及控制系統(tǒng)，所述的機(jī)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、三角狀肘連桿及四個直流伺服電機(jī)，所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運動控制卡、分別用于驅(qū)動四個直流伺服電機(jī)的四個驅(qū)動器、用于檢測U型底座轉(zhuǎn)角信息的第一位置傳感器、用于檢測后臂位置信息的第二位置傳感器及用于檢測前臂位置信息的第三位置傳感器；本發(fā)明的機(jī)械臂為四軸驅(qū)動五自由度機(jī)械臂，其機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，可用于搬運、碼垛、裝貨及卸貨等多種場合，可實現(xiàn)空間多角度操作。
【IPC分類】B25J19-02, B25J9-00, B65G61-00, B25J18-00, B25J13-08
【公開號】CN104589333
【申請?zhí)枴緾N201510040397
【發(fā)明人】楊亮亮, 葛宏偉, 史偉民, 許守金, 劉權(quán)慶, 徐欣
【申請人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月27日