三自由度的分揀機器人的製作方法
2023-10-22 10:20:02 1
專利名稱：三自由度的分揀機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機器人技術領域，尤其是指在物流輸送線中對託盤內的物品進行分揀作業的一種三自由度的分揀機器人。
背景技術：
目前，工業機器人在物流行業、汽車產業、工具機加工業等領域應用廣泛。由於社會勞動力日益缺乏，勞動力成本快速提高，眾多企業提出了使用機器人實現車間生產線少人化、無人化的目標，尤其是工作環境惡劣、勞動強度大、簡單反覆、枯燥無味的工作單元，對機器人的需求更為強烈。物流輸送線上物品的分揀工作單元就屬於工作環境噪聲雜、勞動強度大、簡單反覆、枯燥無味的工位。現有的4軸和6軸工業機器人均為通用型的工業機器人，大多屬於串聯關節結構，工作範圍小，且成本高。另一方面，多條物流輸送線分揀作業單元具有其特殊性要求一般只需沿著X、Y、Z三個相互垂直坐標軸的方向運動，並且每個軸的工作範圍大，需分揀物品的種類多，型號不統一，物品位置不確定，分揀速度快，定位精度高，有效負載大，安裝空間小等特點。因此，現有的通用工業機器人不能滿足多條物流輸送線分揀作業單元的要求。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種三自由度的分揀機器人，其能夠克服現有技術的不足，能夠實現為多條物流輸送線上的託盤內的物品進行分揀。本實用新型是這樣實現的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、用於固定物品位置的定位裝置、用於檢測所述手爪運動位置的三個位置測定裝置、安裝有圖像處理軟體的工控機、控制櫃及氣動櫃，還包括用於擷取目標物所在位置的擷取裝置，所述擷取裝置固定於所述支架的上方，且所述擷取裝置與所述工控機連接，而所述工控機通過交換機與所述控制櫃連接；其中，所述支架橫跨於多條物流輸送線之上，所述Z軸運動機構均與所述手爪連接，所述Z軸運動機構滑動地固定於所述Y軸驅動機構上，所述Y軸運動機構滑動地固定於所述X軸運動機構、且所述X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構均與所述控制櫃和所述氣動櫃連接，三個所述位置測定裝置分別設於所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構上，且三個所述位置測定裝置均與所述控制櫃連接。優選的是，所述支架包括有上支架、上框架及四個站立柱，所述上框架為矩形結構，所述上支架固定於所述上框架的上方，所述擷取裝置固定於所述上支架上，四個所述站立柱固定於所述上框架的下方，四個所述站立柱兩兩為組分別位於多條物流輸送線的兩側。優選的是，所述物流輸送線上設有託盤，所述託盤位於所述上框架的下方，所述託盤的至少兩個側面設有推板及用於推動所述推板夾緊或鬆開所述託盤的推板氣缸，所述推板固定於所述推板氣缸活塞杆的末端，所述推板氣缸固定於所述上框架的下方，所述推板氣缸與所述氣動櫃連接。優選的是，所述上框架的下方固定有攔擋裝置，所述攔擋裝置設於所述託盤的移動方向上。優選的是，所述攔擋裝置包括有固定裝置、擋板及擋板氣缸，所述固定裝置的上端與所述上框架固定，所述擋板滑動地豎直固定於所述固定裝置上，所述擋板氣缸與所述擋板連接，所述擋板氣缸與所述氣動櫃連接。優選的是，所述X軸運動機構包括有X軸線性模組及與所述X軸線性模組連接的X軸伺服電機，所述Y軸運動機構包括有Y軸線性模組及與所述Y軸線性模組連接的Y軸伺服電機，所述Z軸運動機構包括有Z軸線性模組及與所述Z軸線性模組連接的Z軸伺服電
機；其中，所述Z軸線性模組的滑塊與所述手爪固定連接，所述Z軸線性模組與所述Y軸線性模組的滑塊固定，使所述Z軸線性模組能夠帶動所述手爪沿所述Y軸線性模組滑動，所述Y軸線性模組滑動地固定於所述X軸線性模組上，所述X軸線性模組固定於所述上框架上，從而使所述手爪能夠進一步沿著所述X軸線性模組移動，能夠自由的分揀物品。優選的是，所述控制櫃包括有運動控制器、轉接板、X軸驅動器、Y軸驅動器、Z軸驅動器、I/o插接口及電源，所述運動控制器與所述轉接板連接，所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構分別與所述X軸驅動器、所述Y軸驅動器及所述Z軸驅動器連接，且所述X軸驅動器、所述Y軸驅動器及所述Z軸驅動器分別與所述轉接板連接，所述I/o插接口與所述轉接板、所述推板氣缸及所述擋板氣缸連接。優選的是，所述位置測定裝置為光柵尺。優選的是，所述擷取裝置為CXD相機。本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果本實用新型三自由度分揀機器人的手爪能夠在X軸、Y軸、Z軸三個軸方向移動，能夠用於多條物流輸送線的分揀作業，能夠適應所述分揀物品種類多，型號不統一，物品位置不確定等特點，且結構穩定、分揀動作靈活、分揀效率高、操作方便。
圖I為本實用新型三自由度分揀機器人的結構示意圖一；圖2為本實用新型三自由度分揀機器人的結構示意圖二 ；圖3為本實用新型三自由度分揀機器人的控制櫃的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明如圖I及圖2所示，其中，圖2僅示意了所述三自由度分揀機器人的部分結構。本實用新型三自由度的分揀機器人，其包括有支架、手爪I (如圖2所示)、X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構、用於固定所述手爪I運動位置的三個位置測定裝置、安裝有圖像處理軟體的工控機、控制櫃及氣動櫃、用於擷取目標物所在位置的擷取裝置6，所述擷取裝置6固定於所述支架的上方，且所述擷取裝置6與所述工控機連接，而所述工控機通過交換機與所述控制櫃連接與所述控制櫃連接；其中，所述支架橫跨於多條物流輸送線之上(即所述支架橫跨於所述託盤2上)，所述Z軸運動機構均與所述手爪I連接，所述Z軸運動機構滑動地固定於所述Y軸驅動機構上，所述Y軸運動機構滑動地固定於所述X軸運動機構、且所述X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構均與所述控制櫃和所述氣動櫃連接，三個所述位置測定裝置分別設於所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構上，且三個所述位置測定裝置均與所述控制櫃連接。其中，在本優選實施例中，所述擷取裝置6為CXD相機。通過擷取裝置6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I移動至所述擷取裝置6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I是否移動至目標物所在位置。 所述支架包括有上支架3、上框架4及四個站立柱5。其中，所述上框架4為矩形結構；所述上支架3固定於所述上框架4的上方，如圖I或圖2所示，所述上支架3固定於所述上框架4的兩個短邊上，從而將固定於所述上支架3上的所述擷取裝置6固定於所述上框架4的上方；四個所述站立柱5固定於所述上框架4的下方，四個所述站立柱5兩兩為組分別位於多條物流輸送線的兩側，所述託盤2位於所述上框架4的下方，即使所述支架能夠橫跨於多條物流輸送線上。所述X軸運動機構包括X軸線性模組7及與所述X軸線性模組7連接的X軸伺服電機8 ;所述Y軸運動機構包括有Y軸線性模組9及與所述Y軸線性模組9連接的Y軸伺服電機10 ;所述Z軸運動機構包括有Z軸線性模組11及與所述Z軸線性模組11連接的Z軸伺服電機12。其中，所述Z軸線性模組11的滑塊與所述手爪I固定連接，使所述手爪I在所述Z軸伺服電機12的帶動下能夠沿所述Z軸線性模組11移動；所述Z軸線性模組11與所述Y軸線性模組9的滑塊固定，使所述Z軸線性模組11能夠在所述Y軸伺服電機10的帶動下沿所述Y軸線性模組9移動，從而帶動所述手爪I沿所述Y軸線性模組9移動；所述Y軸線性模組9滑動地固定於所述X軸線性模組7上，所述X軸線性模組7固定於所述上框架4上，從而使所述手爪I能夠進一步沿著所述X軸線性模組7移動，使所述手爪I能夠實現X軸、Y軸、Z軸的移動，能夠自由的分揀物品。優選的是，在本實施例中，所述X軸線性模組包括有兩個導軌，分別為支撐導軌和驅動導軌，所述支撐導軌和所述驅動導軌分別安裝於所述上框架4的兩個長邊上。為了便於所述手爪I能夠穩固的抓緊位於所述託盤2上的物品，所述託盤2的至少兩個側面設有推板13及用於推動所述推板13夾緊或鬆開所述託盤2的推板氣缸14，所述推板13固定於所述上框架4的下方,所述推板氣缸14與所述氣動櫃連接,所述推板氣缸14推動所述推板13直接作用於託盤2—側壁，託盤2的另一側緊靠輸送線一邊，實現對託盤2的夾緊固定作用。所述上框架4的下方固定有攔擋裝置，所述攔擋裝置設於所述託盤2的移動方向上，使所述手爪I能夠牢牢的抓取放置於所述託盤2上的物品。所述攔擋裝置包括有固定裝置15、擋板16及擋板氣缸17，所述固定裝置15的上端與所述上框架4固定，所述擋板16滑動地固定於所述固定裝置15上，所述擋板氣缸17與所述擋板16連接，所述擋板氣缸17與所述氣動櫃連接，使所述擋板16在所述擋板氣缸17的作用下能夠擋住所述託盤2。所述位置測定裝置為光柵尺，所述X軸線性模組7、所述Y軸線性模組9及所述Z軸線性模組11上分別安裝有X軸光柵尺、Y軸光柵尺及Z軸光柵尺。所述光柵尺包括固定部件和移動部件，其中，光柵尺的固定部件和移動部件的安裝方法已屬於現有技術，本實用新型在此不再贅述。所述光柵尺用於測量分揀機器人的手爪在某一個軸的運動位置。物流輸送線上的所述託盤2到來，經過夾緊氣缸及推板13的加緊固定後，分揀機器人利用擷取裝置6獲取所述託盤2所在的位置信息，然後分揀機器人就根據擷取裝置6提供的位置信息去運動，這時，光柵尺就實時檢測分揀機器人某一個軸的實際運動位置，如果從光柵尺檢測到的位置信息與擷取裝置6捕獲的位置信息不一致，分揀機器人會繼續運動，直到光柵尺檢測到的位置信息與擷取裝置6捕獲的位置信息一致為止。擷取裝置6捕獲的位置信 息是分揀機器人控制系統的輸入設定量，光柵尺檢測的位置信息是控制系統的反饋輸出量。如圖3所示，所述控制櫃包括有運動控制器21、轉接板22、X軸驅動器23、Y軸驅動器24、Z軸驅動器25、I/O插接口 26、電纜插口及電源；所述電源包括有24伏直流電源和220伏交流電源。所述運動控制器21與所述轉接板22連接，所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構分別與所述X軸驅動器23、所述Y軸驅動器24及所述Z軸驅動器25連接，且所述X軸驅動器23、所述Y軸驅動器24及所述Z軸驅動器25分別與所述轉接板22連接，所述I/O插接口 26與所述轉接板22、所述推板氣缸14及所述擋板氣缸17連接。優選在所述控制櫃的底部安裝有萬向輪，便於移動所述控制櫃。所述氣動櫃包括有空氣過濾器、減壓閥、速度控制閥、繼電器、電磁閥、氣管接插口及電纜接插口，其中，如何通過氣動櫃控制氣缸動作已屬於現有技術，本實用新型在此不再贅述。為了便於移動所述氣動櫃，所述氣動櫃的底部設有支架輪和萬向輪。所述三自由度分揀機器人在工作時(a)首先進行分揀機器人的原點標定所述分揀機器人的原點就是指分揀機器人X軸、Y、軸及Z軸三個軸的運動原點，分揀機器人運動的位置坐標都是相對於此原點的坐標數據。為保證原點的準確性，要分別對X軸、Y、軸及Z軸進行原點標定。原點標定的原理是低速運行中的某個軸檢測到原點開關信號後，再捕獲到相應軸的伺服電機的C相脈衝信號處於下降沿時，即刻鎖存此位置數據並作為此軸的原點位置。(b)建立分揀機器人工具坐標、託盤模板的工件坐標以及建立視覺測量系統(視覺測量系統包括有工控機及擷取裝置6)對託盤模板的視覺標定建立分揀機器人的工具坐標的目的是讓分揀機器人獲知其手爪相對於基坐標(原點)的坐標關係。工件坐標是指在基坐標系下託盤上的坐標，託盤上的物品在託盤上有其坐標值，託盤的工件坐標在基坐標系下也有坐標值，因此，託盤上的物品在基坐標系下的坐標數據就可獲知。建立視覺測量系統對託盤模板的視覺標定是機器人手眼標定的一部分，就是指獲取視覺圖像坐標與工件坐標的關聯矩陣。根據CCD相機抓拍圖像與模板的比較、處理、計算等過程獲得託盤內的物品相對模板的偏移量和旋轉度。進而可以算出停留在分揀區任一位置的物品的精確坐標數據，實現了對不固定物品的精確定位。(c)建立分揀機器人與上位機管理系統和視覺測量系統的TCP/IP通信連接。分揀機器人建立與上位機管理系統和視覺測量系統的TCP/IP通信連接，分揀機器人作為伺服器端，隨時接收來自客戶端(上位機管理系統和視覺測量系統)的連結請求和任務信息。(d)輸送線上信息流的傳遞。輸送線上的託盤到達分揀區域後，分揀機器人對通過所述推板氣缸夾緊所述託盤2進行夾緊定位，防止其在分揀過程中移動。然後開始從上位機接收託盤信息，託盤信息包含託盤內物品的數量、等級、系列等。分揀機器人根據接收到的物品信息對物品分揀到不同的輸送線託盤內，本實施優例是分揀機器人把中間輸送線上託盤內的物品按照等級不同分別放置到兩側不同的輸送線託盤內，左側的是輸送線優等級，右側的輸送線是一般等級。接收完託盤信息後，分揀機器人請求視覺測量系統對託盤物品的位置進行視覺測量，獲得 物品精確位置信息後，分揀機器人就對物品進行分揀作業，分揀作業包括預夾取、夾取、預放置、放置等步驟動作。(e)託盤內物品的分揀作業完成在本實施優例中，分揀機器人把中間物流輸送線託盤內的物品分揀完處於空盤時、或者兩側輸送線託盤有一個分揀滿處於滿盤時，均為分揀機器人分揀作業完成狀態。當分揀機器人滿足分揀完成狀態時，分揀機器人首先對已被夾緊的託盤進行提起擋板和鬆開推板操作，使相應託盤滿足放行條件，然後告知給上位機管理系統，請求管理系統把相應輸送線上的託盤拖走入庫或出庫。(f)分揀機器人的連續分揀作業滿足放行條件的託盤被拖走後，分揀機器人將相應輸送線上的擋板放下，準備好接收下一個將要到來的託盤。下一個託盤到來後，將循環進行上述(d)、(e)、(f)作業步驟。以上僅為本實用新型的具體實施例，並不以此限定本實用新型的保護範圍；在不違反本實用新型構思的基礎上所作的任何替換與改進，均屬本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種三自由度的分揀機器人，其特徵在於，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、用於固定物品位置的定位裝置、用於檢測所述手爪運動位置的三個位置測定裝置、安裝有圖像處理軟體的工控機、控制櫃及氣動櫃，還包括用於擷取目標物所在位置的擷取裝置，所述擷取裝置固定於所述支架的上方，且所述擷取裝置與所述工控機連接，而所述工控機通過交換機與所述控制櫃連接； 其中，所述支架橫跨於多條物流輸送線之上，所述Z軸運動機構均與所述手爪連接，所述Z軸運動機構滑動地固定於所述Y軸驅動機構上,所述Y軸運動機構滑動地固定於所述X軸運動機構上，且所述X軸運動機構、Y軸運動機構、Z軸運動機構均與所述控制櫃和所述氣動櫃連接，三個所述位置測定裝置分別設於所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構上，且三個所述位置測定裝置均與所述控制櫃連接。
2.如權利要求I所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述支架包括有上支架、上框架及四個站立柱，所述上框架為矩形結構，所述上支架固定於所述上框架的上方，所述擷取裝置固定於所述上支架上，四個所述站立柱固定於所述上框架的下方，四個所述站立 柱兩兩為組分別位於多條物流輸送線的兩側。
3.如權利要求2所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述物流輸送線上設有託盤，所述託盤位於所述上框架的下方，所述託盤的至少兩個側面設有推板及用於推動所述推板夾緊或鬆開所述託盤的推板氣缸，所述推板固定於所述推板氣缸活塞杆的末端，所述推板氣缸固定於所述上框架的下方，所述推板氣缸與所述氣動櫃連接。
4.如權利要求3所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述上框架的下方固定有攔擋裝置，所述攔擋裝置設於所述託盤的移動方向上。
5.如權利要求4所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述攔擋裝置包括有固定裝置、擋板及擋板氣缸，所述固定裝置的上端與所述上框架固定，所述擋板滑動地豎直固定於所述固定裝置上，所述擋板氣缸與所述擋板連接，所述擋板氣缸與所述氣動櫃連接。
6.如權利要求2所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述X軸運動機構包括有X軸線性模組及與所述X軸線性模組連接的X軸伺服電機，所述Y軸運動機構包括有Y軸線性模組及與所述Y軸線性模組連接的Y軸伺服電機，所述Z軸運動機構包括有Z軸線性模組及與所述Z軸線性模組連接的Z軸伺服電機； 其中，所述Z軸線性模組的滑塊與所述手爪固定連接，所述Z軸線性模組與所述Y軸線性模組的滑塊固定，所述Y軸線性模組滑動地固定於所述X軸線性模組上，所述X軸線性模組固定於所述上框架上。
7.如權利要求6所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述控制櫃包括有運動控制器、轉接板、X軸驅動器、Y軸驅動器、Z軸驅動器、I/O插接口及電源，所述運動控制器與所述轉接板連接，所述X軸運動機構、所述Y軸運動機構及所述Z軸運動機構分別與所述X軸驅動器、所述Y軸驅動器及所述Z軸驅動器連接，且所述X軸驅動器、所述Y軸驅動器及所述Z軸驅動器分別與所述轉接板連接，所述I/O插接口與所述轉接板、所述推板氣缸及所述擋板氣缸連接。
8.如權利要求I所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述位置測定裝置為光柵尺。
9.如權利要求I所述的三自由度的分揀機器人，其特徵在於，所述擷取裝置為CCD相機。
專利摘要本實用新型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1是否移動至目標物所在位置。
文檔編號B25J9/16GK202507279SQ20122001812
公開日2012年10月31日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者周前進, 周廣兵, 周清華, 張小清, 戴炬, 白小波 申請人:廣州中國科學院工業技術研究院