CN110405724A - 一种移动式码垛机器人 - Google Patents

Abstract

一种移动式码垛机器人，包括：移动升降柱，在地面移动或原地转动；机构式伸缩手臂，固定连接在所述移动升降柱上，移动升降柱带动所述机构式伸缩手臂在竖直方向上做升降运动；机构式伸缩手臂包括驱动杆和伸缩构件，驱动杆与伸缩构件转动连接，伸缩构件末端的执行件在驱动杆的转动下进行水平运动。与固定式码垛机器人相比本发明移动式机器人能实现目标物品的多位置码垛与搬运，应用场景更加灵活。本发明采用移动升降柱的原地转动取代固定式码垛机器人的转盘结构，采用机构式伸缩手臂取代关节式摆动手臂与轨道式移动手臂，从而使得整机结构更加简单，功率质量比更高，机器的整机功率消耗与整机重量大大降低。

Description

一种移动式码垛机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种移动式码垛机器人。

背景技术

目前在机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线等场合使用码垛机器人，基本采用的是固定式码垛机器人，限制了码垛机器人的使用场合。可移动式码垛机器人可以满足多场合的作业，实现对各种物体的搬运，对提高生产率和减轻人类繁重劳动都有有益作用，特别是在劳动力成本上升、机器人成本下降的时代背景下，有其现实意义。

传统关节式机器人由于整机重量大，电机功率高，很难实现灵活地移动。制造移动式码垛机器人，在具有同样的负载条件下，减轻整机重量是十分关键的。

发明内容

本发明公开了一种移动式码垛机器人，采用机构式手臂代替传统的关节式手臂，在机器人的负载能力不减小的情况下，大大减轻了机器人的整机重量，从而实现了移动式码垛机器人。

本发明通过以下技术方案实现：

一种移动式码垛机器人，包括：移动升降柱，能够在地面移动或原地转动；机构式伸缩手臂，固定连接在所述移动升降柱上，移动升降柱带动所述机构式伸缩手臂在竖直方向上做升降运动；机构式伸缩手臂包括驱动杆和伸缩构件，驱动杆与伸缩构件转动连接，伸缩构件末端的执行件在驱动杆的转动下水平运动。

进一步的，伸缩构件包括大臂组件、小臂组件、肩部连接块、肘部连接块和腕部连接块；大臂组件的一端转动连接于肩部连接块，另一端转动连接于肘部连接块；小臂组件的一端转动连接于肘部连接块，另一端转动连接于腕部连接块；所述驱动杆的一端转动连接于小臂组件，另一端转动连接于肩部连接块。

驱动杆以肩部连接块为圆心顺时针转动时，大臂组件和小臂组件的夹角减小，伸缩构件呈收拢状态。

驱动杆以肩部连接块为圆心逆时针转动时，大臂组件和小臂组件的夹角增大，伸缩构件呈展开状态。

进一步的，大臂组件由两条平行且长度相等的第一大臂杆和第二大臂杆组成；所述小臂组件由两条平行且长度相等的第一小臂杆和第二小臂杆组成。

进一步的，肩部连接块包括底部支撑座和固定连接于底部支撑座上的肩架，所述驱动杆的一端转动连接于底部支撑座，所述大臂组件的一端转动连接于肩架。

进一步的，移动升降柱底部两侧对称地设置有两个驱动轮，通过控制两个驱动轮的速度和转动方向实现机器人的前进、后退、转弯和原地转动。

进一步的，移动升降柱包括立柱、升降驱动组件和底盘，所述立柱固定或可拆卸安装在底盘上，所述升降驱动组件可滑动地安装在立柱内侧；所述升降驱动组件包括升降平台和z导轨和z滑块，所述z导轨设置在立柱内侧的竖直方向，z导轨内可移动地安装有z滑块，所述升降平台设置在立柱内侧的水平方向，所述z滑块与升降平台固定连接，z滑块的垂直运动带动升降平台在垂直方向上运动。

优选的，机构式伸缩手臂固定安装在所述升降平台上。

进一步的，底盘上安装有配重块。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的码垛机器人，移动升降柱底部的驱动轮能够在地面移动，机器人能够根据目标物品的位置，改变工作地点，实现机器人的多位置工作；驱动轮能够原地转动，因此取代了固定式机器人的大转盘结构；升降驱动组件带动机构式伸缩手臂实现竖直方向的运动，机构式伸缩手臂在水平方向实现伸缩运动；以上结合能够实现机器人的大范围的工作空间，可以根据功能需求或环境等的变化，适应不同任务，灵活应用于不同场合。

（2）本发明的码垛机器人用机构式手臂代替传统的关节式手臂，在机器人负载不变的情况下，能够大大降低整机的重量，从而使电机功率降低，减少能耗。

（3）本发明的码垛机器人，以大臂组件、小臂组件和驱动杆组成机构式伸缩手臂，驱动杆的一端与小臂组件转动连接，以驱动杆的转动带动小臂组件相应连动，从而使大臂组件和小臂组件的夹角增大或减小；相比关节式手臂，把电机安装在关节中，本发明机器人用电机带动驱动杆的转动，可以大大减小电机功率，同时使机器人整机重量减轻。

（4）本发明的码垛机器人能够适应各种工作场所，能有效扩大工作范围。

（5）本发明的码垛机器人，机构式伸缩手臂末端的抓手只能在水平方向移动，有利于抓手在抓取货物时的准确定位，竖直方向通过移动升降柱带动机构式伸缩手臂移动，移动升降柱的原地转动带动抓手绕z轴转动，以上运动实现码垛机器人直角坐标的运动，能够实现码垛机器人对货物的搬运和整齐堆码。

附图说明

图1为本发明一种移动式码垛机器人的一种实施例的总体结构示意图；

图2为本发明一种移动式码垛机器人的机构式伸缩手臂的一种实施例的结构示意图；

图3为本发明一种移动式码垛机器人的机构式伸缩手臂的原理图。

图4为本发明一种移动式码垛机器人的移动升降柱的一种实施例的结构示意图；

图中：

1.移动升降柱，2.机构式伸缩手臂,11.为底盘，12.驱动轮，13.立柱，14.升降驱动组件，15.配重块;141.升降平台，142.z导轨，143.z滑块；23.大臂组件，22.为小臂组件，24.肩部连接块，26.肘部连接块，25.腕部连接块；21.驱动杆；231.第一大臂杆，232.第二大臂杆，221.第一小臂杆，222.为第二小臂杆； A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、D₁、D₂、为转动副。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外，还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例1

参考图1，该图为本发明实施例提供的移动式码垛机器人的结构示意图，本实施例中的码垛机器人，用于实现车间、码头、仓库等工作场所对货物的抓取，并移动到指定地点，将货物整齐堆码，大大节省人力。本发明移动式码垛机器人包括移动升降柱1和机构式伸缩手臂2，移动升降柱1根据接收的码垛指令将机构式伸缩手臂2带到目标货物处，移动升降柱1的升降驱动组件带动机构式伸缩手臂2在竖直方向移动，调节机构式伸缩手臂2的高度，使机构式伸缩手臂2的抓手与目标货物的高度向匹配，同时再通过机构式伸缩手臂2中驱动杆的转动，使机构式伸缩手臂2末端的抓手在水平方向移动，使抓手到达合适的位置，抓取目标货物后，机器人再移动到指定位置对货物进行堆码。

参考图2，该图为机构式伸缩手臂2的结构示意图，机构式伸缩手臂2包括驱动杆21、大臂组件23、小臂组件22、肩部连接块24、肘部连接块26和腕部连接块25，各构件通过运动副转动连接，大臂组件23的一端转动连接于肩部连接块24，另一端转动连接于肘部连接块26；小臂组件22的一端转动连接于肘部连接块26，另一端转动连接于腕部连接块25。大臂组件23和小臂组件22在驱动杆21的转动下进行伸缩运动，从而使连接于腕部连接块的抓手在水平方向上移动。

具体的，参考图3，肩部连接块24上设置有三个转动副A₁、A₂和A₃，肘部连接块26上设置有三个转动副B₁、B₂和B_3，腕部连接块25上设置有两个转动副D₁和D₂;大臂组件23包括第一大臂杆231和第二大臂杆232，小臂组件22包括第一小臂杆221和第二小臂杆222。

第一大臂杆231的一端连接转动副A₂，第一大臂杆231的另一端连接转动副B₂，第二大臂杆232一端连接转动副A₁，第二大臂杆232的另一端连接转动副B₃;第一小臂杆221的一端连接转动副B₁,第一小臂杆221的另一端连接转动副D₁;第二小臂杆222的一端连接转动副B₂,第二小臂杆222的另一端连接转动副D₂。

进一步地，转动副A₁和A₂两点所连成的直线与转动副B₂和B₃两点所连成的直线平行且长度相等；由A₁和A₂的连线，B₃和B₂的连线，第一大臂杆231和第二大臂杆232四条边组成平行四边形；转动副B₂和B₁两点所连成的直线与转动副D₁和D₂两点所连成的直线平行且长度相等；由B₂和B₁的连线，D₁和D₂的连线，第一小臂杆221和第二小臂杆222四条边组成平行四边形。由于转动连接的平行四边形相对的两边能够产生位移，在平面内只能有平动，不会产生转动，因此能对位于末端的抓手进行准确定位。

驱动杆21的一端转动连接于小臂组件22，另一端转动连接于肩部连接块24。肩部连接块24上设置有转动副A₃，小臂组件上设置有转动副C₁，驱动杆21通过转动副A₃与肩部连接块24相连，驱动杆21通过转动副C₁ 与小臂组件22相连。驱动杆21以A₃ 为圆心进行转动，从而驱动大臂组件和小臂组件的进行相应平动。

具体的，驱动杆21以A₃ 为圆心，顺时针转动时，小臂组件22向上向右平动，大臂组件23向下向右平动，大臂组件23和小臂组件22的夹角减小，腕部连接块25水平向右移动，手臂呈收拢状态。

驱动杆21以A₃ 为圆心，逆时针转动时，小臂组件22向下向左平动，大臂组件23向上向左平动，大臂组件23和小臂组件22的夹角增大，腕部连接块25水平向左移动，手臂呈伸展状态。

进一步的，肩部连接块24包括底部支撑座241和固定连接于底部支撑座上的肩架242，驱动杆21的一端转动连接于底部支撑座241，大臂组件23的一端转动连接于肩架。

优选的，底部支撑座241外形为长方体，底部为方形平面，用于固定安装在升降驱动组件上。底部支撑座241的上表面设有有一凹槽，转动副A₃ 设置在该凹槽内，驱动杆21通过转动副A₃与肩部连接块转动连接，该凹槽可以为“U”或“C”形，驱动杆21可以在凹槽内自由地转动。该凹槽内设置有驱动电机，用于使驱动杆21以A₃ 为圆心转动。

底部支撑座241上设置有长条形的肩架242，为了使驱动杆21转动时用力最省，大臂组件23通过转动副A₁、A₂转动连接于肩架242的顶部，使大臂组件23的连接于肩部连接块24的一端与驱动杆21连接与肩部连接块24的一端有一定的高度，能充分利用力矩的作用，减少驱动杆的功率。

本实施例中所述的转动副可以是活动铰链、销钉、转轴等。肩部连接块24、肘部连接块26和腕部连接块25的形状可以是三角形、方形，平行四边形等，肘部连接块26优选为三角形，肘部连接块26上设置的三个转动副B₁、B₂和B₃在三角形的三个顶角，有利于受力平衡和机构的稳定。

为使伸缩手臂构件在水平方向有尽量长的伸缩范围，优选小臂22的长度大于大臂23的长度。

腕部连接块25固定或可拆卸地安装有一抓手，工作时，程序控制抓手的抓取或放开动作。

参考图4，该图为移动升降柱的一种实施例的结构示意图，移动升降柱1包括底盘11，驱动轮12，立柱13，升降驱动组件14，底盘上设置有两个驱动轮，通过控制两个驱动轮的速度和转动方向实现机器人的前进、后退、转弯和原地转动。升降驱动组件14安装于立柱13的内侧，用于支撑升降驱动组件14和机构式伸缩手臂2。

立柱13的顶部为中空，方便肩架242上升到支架顶部，同时可以部分肩部高出立柱的顶部，提高机构式伸缩手臂的高度。

在本实施例中，在底盘上安装有配重块15，有利于进一步提高底盘11的平稳运动，尤其是底盘11的转弯运动平稳性，防止底盘11在运动过程中向一侧倾倒。配重块设置在底盘11上，远离立柱13的一侧，配重块的重量根据机构式伸缩手臂2的重量配重，使其重量相当，能够平稳移动和转动。

升降驱动组件包括升降平台141和z导轨142和z滑块143，所述z导轨142设置在立柱141内侧的竖直方向，z导轨142内可移动地安装有z滑块143，所述升降平台141设置在立柱13内侧的水平方向，所述z滑块与升降平台141固定连接，电机驱动z滑块143的垂直运动带动升降平台在垂直方向上运动。

在本实施例中，驱动轮设置在底盘11的中部两侧，且相对底盘11的轴线对称设置，有利于提高底盘的运动平稳性。采用程序控制双轮差速驱动的方式实现机器人的前进、后退、转弯、原地旋转等形式的运动，当双轮的速度相同，方向相同时，实现机器人的前进或后退；当双轮的速度相同，方向相反时，实现机器人的零半径转动；当双轮的速度不同，方向相同时，实现机器人的转弯。

Claims (10)

1.一种移动式码垛机器人，其特征在于，包括：

移动升降柱，在地面移动或原地转动；

机构式伸缩手臂，固定连接在所述移动升降柱上，移动升降柱

带动所述机构式伸缩手臂在竖直方向上做升降运动；

机构式伸缩手臂包括驱动杆和伸缩构件，驱动杆与伸缩构件转动连接，伸缩构件末端的执行件在驱动杆的转动下水平运动。

2.根据权利要求1所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述伸缩构件包括大臂组件、小臂组件、肩部连接块、肘部连接块和腕部连接块；大臂组件的一端转动连接于肩部连接块，另一端转动连接

于肘部连接块；小臂组件的一端转动连接于肘部连接块，另一端转动连接于腕部连接块；

所述驱动杆的一端转动连接于小臂组件，另一端转动连接于肩部连接块。

3.根据权利要求2所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述驱动杆以肩部连接块为圆心顺时针转动时，大臂组件和小臂组件的夹角减小，伸缩构件呈收拢状态。

4.根据权利要求2所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述驱动杆以肩部连接块为圆心逆时针转动时，大臂组件和小臂组件的夹角增大，伸缩构件呈展开状态。

5.根据权利要求2所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述大臂组件由两条平行且长度相等的第一大臂杆和第二大臂杆组成；所述小臂组件由两条平行且长度相等的第一小臂杆和第二小臂杆组成。

6.根据权利要求2所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述肩部连接块包括底部支撑座和固定连接于底部支撑座上的肩架，所述驱动杆的一端转动连接于底部支撑座，所述大臂组件的一端转动连接于肩架。

7.根据权利要求1所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述移动升降柱底部两侧对称地设置有两个驱动轮，通过控制两个驱动轮的速度和转动方向实现机器人的前进、后退、转弯和原地转动。

8.根据权利要求1所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述移动升降柱包括立柱、升降驱动组件和底盘，所述立柱固定或可拆卸安装在底盘上，所述升降驱动组件可滑动地安装在立柱内侧；

所述升降驱动组件包括升降平台和z导轨和z滑块，所述z导轨设置在立柱内侧的竖直方向，z导轨内可移动地安装有z滑块，所述升降平台设置在立柱内侧的水平方向，所述z滑块与升降平台固定连接，z滑块的垂直运动带动升降平台在垂直方向上运动。

9.根据权利要求8所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述机构式伸缩手臂固定安装在所述升降平台上。

10.根据权利要求8所述的移动式码垛机器人，其特征在于，所述底盘上安装有配重块。