一種四自由度可控機構式碼垛機器人的製作方法
2023-07-01 14:15:16 1
本發明涉及機械領域，具體是一種四自由度可控機構式碼垛機器人。
背景技術：
自從20世紀80年代以來，人們一直希望減少機器人運動件的質量來改善其動態性能，並取得了可喜的成果。但這些工作都是圍繞減輕機器人杆件質量展開。而安裝在串聯機器人關節處的電機、減速器實際上對機器人動態性能影響很大。而且，為了保證電機輸出大功率，其輸出轉速很高，就需要大傳動比的減速器將其減速到適合機器人工作的速度。而研製體積小、質量輕的大傳動比減速器也是我國機器人行業遇到的比較棘手的問題。目前，國產機器人用電機和減速器與國際先進水平的機器人用電機、減速器的差距之一，就是質量(重量)和體積大，這會導致機器人的轉動慣量大、機器人動態性能不佳、易產生較大振動等問題。如果電機、減速器能夠安裝在機架上，不是安裝在關節處隨機械臂運動，則沒有轉動慣量大所帶來的各種問題。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提供一種四自由度可控機構式碼垛機器人。
為了實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：
一種四自由度可控機構式碼垛機器人，包括第一支撐杆、第二支撐杆、第三支撐杆、第四支撐杆、第一大臂、第二大臂、第三大臂、第一主動杆、第二主動杆、第三主動杆、第四主動杆、第一初級從動杆、第二初級從動杆、第三初級從動杆、第四初級從動杆、第一初級滑套、第二初級滑套、第三初級滑套、第四初級滑套、第一次級從動杆、第二次級從動杆、第三次級從動杆、第四次級從動杆、第一三角件、第二三角件、第三三角件、第四三角件、第五三角件、第一三級從動杆、第二三級從動杆、第三三級從動杆、第一次級滑套、第二次級滑套、第三次級滑套、第一末級從動杆、第二末級從動杆、第三末級從動杆、第一次級滑套、第二次級滑套、第三次級滑套、第一末級滑套、第二末級滑套、第三末級滑套、第四末級滑套、第五末級滑套、第一連接塊、第二連接塊、第三連接塊、第一導杆、第二導杆、第三導杆、第一夾持臂、第二夾持臂、小臂、機架和轉軸，
具體結構以及連接關係如下：
第一支撐杆下端固定在機架上，第一支撐杆上端通過轉動副一同時與第一三角件第一角以及第一大臂一端連接，第一大臂的中部通過轉動副四十連接在轉軸上；
第二支撐杆下端固定在機架上，第二支撐杆上端通過轉動副二同時與第二三角件第一角以及第二大臂一端連接，第二大臂的中部通過轉動副四十一連接在轉軸上，第二大臂另一端通過轉動副十八與小臂一端連接，
第三支撐杆下端固定在機架上，第三支撐杆上端通過轉動副三同時與第三三角件第一角以及第三大臂一端連接，第三大臂的中部通過轉動副四十二連接在轉軸上；
第四支撐杆下端固定在機架上，第四支撐杆上端通過轉動副四與第四三角件第一角連接；
第一初級滑套套裝在第一支撐杆上，
第二初級滑套套裝在第二支撐杆上，
第三初級滑套套裝在第三支撐杆上，
第四初級滑套套裝在第四支撐杆上；
第一次級滑套套裝在第一大臂上，
第二次級滑套套裝在第二大臂上，
第三次級滑套套裝在第三大臂上；
第一主動杆一端通過轉動副五連接在機架上，
第一主動杆另一端通過轉動副六與第一初級從動杆一端連接，
第一初級從動杆另一端通過轉動副七連接在第一初級滑套上；
第一次級從動杆一端通過轉動副八連接在第一初級滑套，
第一次級從動杆另一端通過轉動副九與第一三角件的第二角連接；
第一三級從動杆一端通過轉動副十與第一三角件的第三角連接，
第一三級從動杆另一端通過轉動副十一連接在第一次級滑套上；
第二主動杆一端通過轉動副四十三連接在機架上，
第二主動杆另一端通過轉動副四十四與第二初級從動杆一端連接，
第二初級從動杆另一端通過轉動副四十五連接在第二初級滑套上；
第二次級從動杆一端通過轉動副四十六連接在第二初級滑套，
第二次級從動杆另一端通過轉動副四十七與第二三角件的第二角連接；
第二三級從動杆一端通過轉動副四十八與第二三角件的第三角連接，
第二三級從動杆另一端通過轉動副四十九連接在第二次級滑套上，
第三主動杆一端通過轉動副五十一連接在機架上，
第三主動杆另一端通過轉動副五十二與第三初級從動杆一端連接，
第三初級從動杆另一端通過轉動副五十三連接在第三初級滑套上；
第三次級從動杆一端通過轉動副五十四連接在第三初級滑套，
第三次級從動杆另一端通過轉動副五十五與第三三角件的第二角連接；
第三三級從動杆一端通過轉動副五十六與第三三角件的第三角連接，
第三三級從動杆另一端通過轉動副五十七連接在第三次級滑套上，
第四主動杆一端通過轉動副五十九連接在機架上，
第四主動杆另一端通過轉動副六十與第四初級從動杆一端連接，
第四初級從動杆另一端通過轉動副六十一連接在第四初級滑套上；
第四次級從動杆一端通過轉動副六十二連接在第四初級滑套，
第四次級從動杆另一端通過轉動副六十三與第四三角件的第二角連接，
第四三角件的第三角通過轉動副六十四連接在轉軸上；
第一連接塊通過轉動副十三連接在第一末級滑套上，
第二連接塊通過轉動副十四連接在第二末級滑套上，
第三連接塊通過轉動副十六連接在第三末級滑套上，
第五末級滑套通過轉動副十七連接在第四末級滑套上，
第一導杆一端固定連接在第一連接塊上，
第二導杆一端固定連接在第二連接塊上，
第三導杆一端固定連接在第三連接塊上，
第三末級滑套和第一末級滑套都套裝在小臂上，
第二末級滑套套裝在第三導杆上，
第四末級滑套套裝在第一導杆上，
第五末級滑套套裝在第二導杆上，
第一夾持臂一端固定連接在第一連接塊上，
第二夾持臂一端固定連接在第三連接塊上，
第一末級從動杆一端通過轉動副十二連接在在第一次級滑套上，
第一末級從動杆另一端通過轉動副十五連接在第一末級滑套上；
第二末級從動杆一端通過轉動副五十連接在在第二次級滑套上；
第二末級從動杆另一端通過轉動副六十六連接在第二末級滑套上，
第三末級從動杆一端通過轉動副五十八連接在在第三次級滑套上；
第三末級從動杆另一端通過轉動副二十五連接在第三連接塊上。
進一步的，
所述轉動副一、轉動副二、轉動副三、轉動副四、轉動副五、轉動副六、轉動副七、轉動副八、轉動副九、轉動副十、轉動副十一、轉動副十二、轉動副十三、轉動副十四、轉動副十五、轉動副十六、轉動副十七、轉動副十八、轉動副二十五、轉動副四十、轉動副四十一、轉動副四十二、轉動副四十三、轉動副四十四、轉動副四十五、轉動副四十六、轉動副四十七、轉動副四十八、轉動副四十九、轉動副五十、轉動副五十一、轉動副五十二、轉動副五十三、轉動副五十四、轉動副五十五、轉動副五十六、轉動副五十七、轉動副五十八、轉動副五十九、轉動副六十、轉動副六十一、轉動副六十二、轉動副六十三、轉動副六十四和轉動副六十六的轉動平面互相平行且平行於小臂的軸向截面。
進一步的，
還包括第一伺服電機、第二伺服電機、第三伺服電機和第四伺服電機，轉動副五由第一伺服電機驅動，轉動副四十三由第二伺服電機驅動，轉動副五十一由第三伺服電機驅動，轉動副五十九由第四伺服電機驅動。
與現有技術相比較，本發明具備的有益效果：
本發明實現將全部電機和減速器安裝到基座附近的低重心輕量化結構設計，電機和減速器都不隨運動杆件做大幅度運動。克服了現有碼垛機器人將電機和減速器安裝在關節上，所產生的運動慣量大、殘餘振動明顯和高速工作定位精度低等缺點，具有結構可靠性高、穩定性好和成本低等特點。克服了現有大部分連杆機構只能平面驅動傳動和空間剛度差等缺點，具有不需要在關節上安裝電機和減速器，就實現了空間驅動傳動的特點。
附圖說明
圖1為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的整體結構示意圖一。
圖2為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的整體結構示意圖二。
圖3為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的局部結構示意圖一。
圖4為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的局部結構示意圖二。
圖5為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的局部結構示意圖三。
圖6為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖一。
圖7為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖二。
圖8為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第二末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖一。
圖9為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第二末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖二。
圖10為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第三末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖一。
圖11為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第三末級從動杆運動的傳動鏈的結構示意圖二。
圖12為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第四三角件運動的傳動鏈的結構示意圖一。
圖13為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第四三角件運動的傳動鏈的結構示意圖二。
圖14為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一夾持臂和第二夾持臂運動的傳動機構的結構示意圖一。
圖15為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一夾持臂和第二夾持臂運動的傳動機構的結構示意圖二。
圖16為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一夾持臂和第二夾持臂運動的傳動機構的結構示意圖三。
圖17為本發明所述四自由度可控機構式碼垛機器人的控制第一夾持臂和第二夾持臂運動的傳動機構的結構示意圖四。
圖中：
第一伺服電機1a、第二伺服電機2a、第三伺服電機3a、第四伺服電機4a、
第一支撐杆1b、第二支撐杆2b、第三支撐杆3b、第四支撐杆4b、
第一大臂1c、第二大臂2c、第三大臂3c、
第一主動杆1d、第二主動杆2d、第三主動杆3d、第四主動杆4d、
第一初級從動杆1e、第二初級從動杆2e、第三初級從動杆3e、第四初級從動杆4e、
第一初級滑套1f、第二初級滑套2f、第三初級滑套3f、第四初級滑套4f、
第一次級從動杆1g、第二次級從動杆2g、第三次級從動杆3g、第四次級從動杆4g、
第一三角件1h、第二三角件2h、第三三角件3h、第四三角件4h、第五三角件5h、
第一三級從動杆1i、第二三級從動杆2i、第三三級從動杆3i、
第一次級滑套1j、第二次級滑套2j、第三次級滑套3j、
第一末級從動杆1k、第二末級從動杆2k、第三末級從動杆3k、
第一次級滑套1j、第二次級滑套2j、第三次級滑套3j、
第一末級滑套1p、第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、
第四末級滑套4p、第五末級滑套5p、
第一連接塊1n、第二連接塊2n、第三連接塊3n、
第一導杆1q、第二導杆2q、第三導杆3q、
第一夾持臂1m、第二夾持臂2m、
小臂100、機架99、轉軸97。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步闡述。
實施例1
一種四自由度可控機構式碼垛機器人，包括第一支撐杆1b、第二支撐杆2b、第三支撐杆3b、第四支撐杆4b、第一大臂1c、第二大臂2c、第三大臂3c、第一主動杆1d、第二主動杆2d、第三主動杆3d、第四主動杆4d、第一初級從動杆1e、第二初級從動杆2e、第三初級從動杆3e、第四初級從動杆4e、第一初級滑套1f、第二初級滑套2f、第三初級滑套3f、第四初級滑套4f、第一次級從動杆1g、第二次級從動杆2g、第三次級從動杆3g、第四次級從動杆4g、第一三角件1h、第二三角件2h、第三三角件3h、第四三角件4h、第五三角件5h、第一三級從動杆1i、第二三級從動杆2i、第三三級從動杆3i、第一次級滑套1j、第二次級滑套2j、第三次級滑套3j、第一末級從動杆1k、第二末級從動杆2k、第三末級從動杆3k、第一次級滑套1j、第二次級滑套2j、第三次級滑套3j、第一末級滑套1p、第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p、第五末級滑套5p、第一連接塊1n、第二連接塊2n、第三連接塊3n、第一導杆1q、第二導杆2q、第三導杆3q、第一夾持臂1m、第二夾持臂2m、小臂100、機架99和轉軸97，
具體結構以及連接關係如下：
如圖3～5所示：
第一支撐杆1b下端固定在機架99上，第一支撐杆1b上端通過轉動副一101同時與第一三角件1h第一角以及第一大臂1c一端連接，第一大臂1c的中部通過轉動副四十140連接在轉軸97上；
第二支撐杆2b下端固定在機架99上，第二支撐杆2b上端通過轉動副二102同時與第二三角件2h第一角以及第二大臂2c一端連接，第二大臂2c的中部通過轉動副四十一141連接在轉軸97上，第二大臂2c另一端通過轉動副十八118與小臂100一端連接，
第三支撐杆3b下端固定在機架99上，第三支撐杆3b上端通過轉動副三103同時與第三三角件3h第一角以及第三大臂3c一端連接，第三大臂3c的中部通過轉動副四十二142連接在轉軸97上；
第四支撐杆4b下端固定在機架99上，第四支撐杆4b上端通過轉動副四104與第四三角件4h第一角連接；
如圖3所示：
第一初級滑套1f套裝在第一支撐杆1b上，
第二初級滑套2f套裝在第二支撐杆2b上，
第三初級滑套3f套裝在第三支撐杆3b上，
第四初級滑套4f套裝在第四支撐杆4b上；
第一次級滑套1j套裝在第一大臂1c上，
第二次級滑套2j套裝在第二大臂2c上，
第三次級滑套3j套裝在第三大臂3c上；
如圖6和7所示：
第一主動杆1d一端通過轉動副五105連接在機架99上，
第一主動杆1d另一端通過轉動副六106與第一初級從動杆1e一端連接，
第一初級從動杆1e另一端通過轉動副七107連接在第一初級滑套1f上；
第一次級從動杆1g一端通過轉動副八108連接在第一初級滑套1f，
第一次級從動杆1g另一端通過轉動副九109與第一三角件1h的第二角連接；
第一三級從動杆1i一端通過轉動副十110與第一三角件1h的第三角連接，
第一三級從動杆1i另一端通過轉動副十一111連接在第一次級滑套1j上；
如圖8和9所示：
第二主動杆2d一端通過轉動副四十三143連接在機架99上，
第二主動杆2d另一端通過轉動副四十四144與第二初級從動杆2e一端連接，
第二初級從動杆2e另一端通過轉動副四十五145連接在第二初級滑套2f上；
第二次級從動杆2g一端通過轉動副四十六146連接在第二初級滑套2f，
第二次級從動杆2g另一端通過轉動副四十七147與第二三角件2h的第二角連接；
第二三級從動杆2i一端通過轉動副四十八148與第二三角件2h的第三角連接，
第二三級從動杆2i另一端通過轉動副四十九149連接在第二次級滑套2j上，
如圖10和11所示：
第三主動杆3d一端通過轉動副五十一151連接在機架99上，
第三主動杆3d另一端通過轉動副五十二152與第三初級從動杆3e一端連接，
第三初級從動杆3e另一端通過轉動副五十三153連接在第三初級滑套3f上；
第三次級從動杆3g一端通過轉動副五十四154連接在第三初級滑套3f，
第三次級從動杆3g另一端通過轉動副五十五155與第三三角件3h的第二角連接；
第三三級從動杆3i一端通過轉動副五十六156與第三三角件3h的第三角連接，
第三三級從動杆3i另一端通過轉動副五十七157連接在第三次級滑套3j上，
圖12和13所示：
第四主動杆4d一端通過轉動副五十九159連接在機架99上，
第四主動杆4d另一端通過轉動副六十160與第四初級從動杆4e一端連接，
第四初級從動杆4e另一端通過轉動副六十一161連接在第四初級滑套4f上；
第四次級從動杆4g一端通過轉動副六十二162連接在第四初級滑套4f，
第四次級從動杆4g另一端通過轉動副六十三163與第四三角件4h的第二角連接，
第四三角件4h的第三角通過轉動副六十四164連接在轉軸97上；
如14、15、16、17圖所示：
第一連接塊1n通過轉動副十三連接在第一末級滑套1p上，
第二連接塊2n通過轉動副十四連接在第二末級滑套2p上，
第三連接塊3n通過轉動副十六連接在第三末級滑套3p上，
第五末級滑套5p通過轉動副十七連接在第四末級滑套4p上，
第一導杆1q一端固定連接在第一連接塊1n上，
第二導杆2q一端固定連接在第二連接塊2n上，
第三導杆3q一端固定連接在第三連接塊3n上，
第三末級滑套3p和第一末級滑套1p都套裝在小臂100上，
第二末級滑套2p套裝在第三導杆3q上，
第四末級滑套4p套裝在第一導杆1q上，
第五末級滑套5p套裝在第二導杆2q上，
第一夾持臂1m一端固定連接在第一連接塊1n上，
第二夾持臂2m一端固定連接在第三連接塊3n上，
第一末級從動杆1k一端通過轉動副十二112連接在在第一次級滑套1j上，
第一末級從動杆1k另一端通過轉動副十五115連接在第一末級滑套1p上；
第二末級從動杆2k一端通過轉動副五十150連接在在第二次級滑套2j上；
第二末級從動杆2k另一端通過轉動副六十六166連接在第二末級滑套2p上，
第三末級從動杆3k一端通過轉動副五十八158連接在在第三次級滑套3j上；
第三末級從動杆3k另一端通過轉動副二十五125連接在第三連接塊3n上。
進一步的，
轉動副一101、轉動副二102、轉動副三103、轉動副四104、轉動副五105、轉動副六106、轉動副七107、轉動副八108、轉動副九109、轉動副十110、轉動副十一111、轉動副十二112、轉動副十三113、轉動副十四114、轉動副十五115、轉動副十六116、轉動副十七117、轉動副十八118、轉動副二十五125、轉動副四十140、轉動副四十一141、轉動副四十二142、轉動副四十三143、轉動副四十四144、轉動副四十五145、轉動副四十六146、轉動副四十七147、轉動副四十八148、轉動副四十九149、轉動副五十150、轉動副五十一151、轉動副五十二152、轉動副五十三153、轉動副五十四154、轉動副五十五155、轉動副五十六156、轉動副五十七157、轉動副五十八158、轉動副五十九159、轉動副六十160、轉動副六十一161、轉動副六十二162、轉動副六十三163、轉動副六十四164和轉動副六十六166的轉動平面互相平行且平行於小臂的軸向截面。
進一步的，
還包括第一伺服電機1a、第二伺服電機2a、第三伺服電機3a和第四伺服電機4a，
轉動副五105由第一伺服電機1a驅動，
轉動副四十三143由第二伺服電機2a驅動，
轉動副五十一151由第三伺服電機3a驅動，
轉動副五十九159由第四伺服電機4a驅動。
第一伺服電機通過包括第一主動杆的傳動鏈驅動第一末級滑套在小臂上做前後運動，第二伺服電機通過包括第二主動杆的傳動鏈驅動第二末級滑套在第一導杆上做上下運動，第三伺服電機通過包括第三主動杆的傳動鏈驅動第三末級滑套在小臂上做前後運動，第一末級滑套、第三末級滑套和第三末級滑套的運動通過傳動鏈合成為第一夾持臂和第二夾持臂的夾持動作，第四伺服電機通過包括第四主動杆的傳動鏈控制轉軸相對於轉動副四為中心的抬升高度動作，即控制了第一夾持臂和第二夾持臂的抬升高度。