一種具有溫度識別功能的少自由度並聯抓取機器人的製作方法
2023-05-20 02:34:21 1
本發明涉及一種具有溫度識別功能的少自由度並聯抓取機器人。
背景技術：
空間少自由度並聯機器人由於具有結構相對簡單，剛度大，造價低等特點，在工業生產及其它領域有著廣闊的應用前景。在許多場合應用的機器人只需有部分自由度，如二、三、四或五自由度就可以滿足使用要求，這類自由度少於六的機器人被成為「少自由度機器人」。近年來，少自由度並聯機構成為機器人技術新的研究熱點。由於這種機器人與六自由度並聯機器人相比具有結構簡單，造價低等特點，因此在工業生產及其它領域有著廣闊的應用前景。目前現有的少自由度並聯機器人應用於流水線上分揀、拾取和裝箱等操作的機器人主要有三種：Del ta機器人、Par4機器人和Diamond機器人。本專利基於Delta的機器人結構進行設計優化。
申請號CN201510030463.7的一種四自由度並聯分揀機器人，該發明公開一種四自由度並聯分揀機器人，屬於工業機器人技術領域。該機器人包括機架、末端執行器、第一支鏈、第二支鏈和同步帶支鏈，第一分支鏈包括第一主動臂、第一從動臂，所述第二分支鏈包括第二主動臂，第三主動臂、第三從動臂以及第三次級從動臂順序連接；第一支鏈和第二支鏈分別由主動臂與驅動裝置連接，同步帶支鏈由第一帶輪與第四驅動裝置連接；第一支鏈、第二支鏈和同步帶支鏈均與末端執行器連接。本發明採用四自由度並聯機構效率低，結構複雜，並且沒有選取分揀功能。
申請號CN201220018124.9的三自由度的分揀機器人，該專利公開了一種三自由度的分揀機器人，其包括有支架、手爪、X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構、定位裝置、用於檢測所述手爪運動位置的三個位置測定裝置、控制櫃、氣動櫃、擷取裝置，所述擷取裝置固定於所述支架的上方，所述擷取裝置與工控機相連，工控機通過交換機與所述控制櫃連接。通過擷取裝置擷取物品所在的位置之後，再通過所述控制櫃控制所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構分別運動，帶動所述手爪移動至所述擷取裝置擷取的目標物所在位置，並通過三個所述位置測定裝置分別檢測所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構運動的距離，所述控制櫃判斷所述手爪是否移動至目標物所在位置。該發明結構複雜，應用的範圍不廣泛，沒有選取分揀功能而且採用的手爪工作效率低，抓取速度慢。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：基於上述問題，本發明提供一種具有溫度識別功能的少自由度並聯抓取機器人。
本發明解決其技術問題所採用的一個技術方案是：一種具有溫度識別功能的少自由度並聯抓取機器人，包括靜平臺、動平臺、三組機械手臂、末端執行器，機械手臂包括主動臂和從動臂，靜平臺上安裝有電機，電機通過軸承與主動臂上端部連接，主動臂下端部通過球面副Ⅰ與從動臂上端部連接，從動臂下端部通過球面副Ⅱ與動平臺連接，動平臺下端設有末端執行器，末端執行器的下方安裝有溫度傳感器，末端執行器採用氣動系統進行拾取。
進一步地，從動臂採用平行四邊形結構，從動臂包括兩個短臂和兩個長臂，兩個短臂分別與主動臂、動平臺連接，球面副Ⅰ安裝於上面的短臂與兩個長臂的連接處，球面副Ⅱ安裝於下面的短臂與兩個長臂的連接處。
進一步地，靜平臺半徑為200～500mm，動平臺半徑為50～100mm，主動臂長度等於靜平臺半徑，從動臂長度等於2～3倍的主動臂長度，三組機械手臂呈120度對稱分布。
進一步地，溫度傳感器採用NTC熱敏電阻，測量範圍為-200～0℃及+300～+500℃。
進一步地，氣動系統包括空氣過濾減壓閥、真空發生電磁閥、真空破壞電磁閥、與真空發生電磁閥連接的真空發生器、與真空破壞電磁閥連接的吸盤，真空發生電磁閥、真空破壞電磁閥均與空氣過濾減壓閥的輸出端連通，空氣過濾減壓閥的輸入端連通有壓縮空氣。
進一步地，靜平臺上設有光電限位傳感器，光電限位傳感器將主動臂擺角限制在-60°～80°。
本發明的有益效果是：結構簡單、成本低、應用範圍廣、抓取效率高、並可進行溫度識別有選擇的分揀產品的少自由度並聯機器人。
附圖說明
下面結合附圖對本發明進一步說明。
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是氣動系統的原理圖；
其中：1.電機，2.靜平臺，3.從動臂，4-1.球面副Ⅰ，4-2.球面副Ⅱ，5.從動臂，6.動平臺，7.末端執行器，8.溫度傳感器，9.空氣過濾減壓閥，10.真空發生電磁閥，11.真空破壞電磁閥，12.真空發生器，13.吸盤。
具體實施方式
現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。
如圖1所示的一種具有溫度識別功能的少自由度並聯抓取機器人，包括靜平臺2、動平臺6、三組機械手臂、末端執行器7，機械手臂包括主動臂3和從動臂5，的靜平臺2上安裝有電機1，電機1通過軸承與主動臂3上端部連接，主動臂3下端部通過球面副Ⅰ4-1與從動臂5上端部連接，從動臂5下端部通過球面副Ⅱ4-2與動平臺6連接，動平臺6下端設有末端執行器7，末端執行器7的下方安裝有溫度傳感器8，末端執行器7採用氣動系統進行拾取。
從動臂5採用平行四邊形結構，從動臂5包括兩個短臂和兩個長臂，兩個短臂分別與主動臂3、動平臺6連接，球面副Ⅰ4-1安裝於上面的短臂與兩個長臂的連接處，球面副Ⅱ4-2安裝於下面的短臂與兩個長臂的連接處。
氣動系統包括空氣過濾減壓閥9、真空發生電磁閥10、真空破壞電磁閥11、與真空發生電磁閥10連接的真空發生器12、與真空破壞電磁閥11連接的吸盤13，真空發生電磁閥10、真空破壞電磁閥11均與空氣過濾減壓閥9的輸出端連通，空氣過濾減壓閥9的輸入端連通有壓縮空氣。
氣源(空氣粟)產生壓縮空氣，經過濾減壓閥過濾並將壓力設定為定值後分成兩個支路，一路氣體通過真空發生電磁閥到達真空發生器用於產生真空，另一路氣體經過真空破壞電磁閥直接與吸盤相通。兩個電磁閥的通斷信號來自控制器的開關量信號，當吸盤到達待抓取物體正上方時，真空發生電磁閥打開，一種高速拾取並聯機器人的設計與實現真空發生器產生真空，吸盤將物體吸住；到達放置位置時，真空破壞電磁閥打幵，吸盤氣高於大氣壓，物體被「放下」，以達到高速拾取的效果。
該結構的機器人通過溫度傳感器及PLC運動控制器的設計及編程，實現在流水線上對一定溫度的產品進行識別及有選擇的分揀、拾取功能。該機器人的溫度傳感器預先將阻值與溫度的對應關係貯到微控制器程序存儲器中的一個表內，當給定任意一個在測量範圍中的電壓值時，通過A/D轉換將模擬量電壓信號轉換成數字量電壓信號，並將數字量電壓信號傳到PLC運動控制器中。以達到對一定溫度的產品進行識別及有選擇的分揀、拾取功能。
由於並聯機器人機構的特殊性，其工作空間受到多個方面的限制：
輸入轉角的限制機器人在運行過程中，其主動臂可能與靜平臺或者其它設施發生幹涉碰撞，所以主動臂的擺動角度往往被限制在一定範圍內，這樣機器人的工作空間得到了限制，使得本來可達到的一部分工作空間無法達到。高速拾取並聯機器人其主動臂擺角範圍通過光電限位傳感器被限制在-60°至80°的範圍內，當主動臂的擺動角度到達上下極限位置時，觸發傳感器使機器人強制停止，正常工作時，機器人不會觸發限位傳感器。
運動副的限制機器人的胡克鉸、球關節的擺角以及移動副的行程等直接決定了機器人的末端執行器能否達到理論的位置空間。高速拾取並聯機器人採用多個球關，外購的球關節按照國家標準其旋轉角度最大可達±25°、機器人若想達到理論計算的工作空間角度，球關節的旋轉角度必須能夠達到±40°所以在製造機器人時，採用了特製的球關節。
杆件間的相互幹涉由於各個杆件有一定的截面尺寸，相鄰杆件間有可能發生幹涉。本文研究的機器人其杆件幹涉一般發生在奇異位形上。
奇異位形奇異位形出現時，機器人處在一種「病態」。這些位形其實機器人並不能達到，所以工作空間上會表現出一些空洞來。本發明中機器人其奇異位形已通過約束轉角限制和運動學反解過程中判別式小於零排除掉了，工作空間中會存在一些末端執行器不能到達的空洞位置。
考慮到以上的約束條件，採用搜索法求解高速拾取並聯機器人的工作空間。給定機器人的幾何參數。本發明的高速拾取並聯機器人，其靜平臺半徑200～500mm，主動臂長度等於靜平臺半徑，從動臂長度等於2～3倍的主動臂長度，動平臺半徑為50～100mm，三個驅動關節呈120度對稱分布。工作空間預測。根據構件的幾何尺寸和幾何關係經過簡單的計算，預測出機器人的大致工作空間範圍。其中x方向和y方向相同，範圍在±1000mm以內，z方向的可達範圍在±500mm以內。
該結構的機器人的溫度傳感器採用NTC熱敏電阻它的測量範圍一般是-10～+300℃，也可以達到-200～0℃及+300～+500℃及的溫度範圍，使用範圍廣，可以根據不同的溫度要求進行選擇。溫度數據採集採用查表法查出電壓值對應的溫度值。將溫度與電壓對應值存貯到微控制器程序存儲器中。
熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是非線性曲線，因此要進行線性化處理。可採用簡單的查表法從電壓值中查出相應的溫度值。預先將一系列溫度與電壓對應值存貯到微控制器程序存儲器中的一個表內，給定任意一個電壓值時，即可通過查表得出所對應進行補償過的溫度值。
C語言編寫的獲得溫度值的節選程序代碼如下：
將採集到的模擬電壓值經過A/D轉換後送給單片機，單片機查表得到溫度值，通過I/O口傳輸給數碼管顯示。
C語言編寫的溫度值顯示的節選程序代碼如下：
該結構的機器人1分鐘可抓取80～90次，運行速度可達5～10m/s,負重1公斤時加速度能達到85～90m/s2，可以實現快速拾取的功能。
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。