专利名称：三自由度的分拣机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是指在物流输送线中对托盘内的物品进行分拣作业的一种三自由度的分拣机器人。
背景技术：
目前，工业机器人在物流行业、汽车产业、机床加工业等领域应用广泛。由于社会劳动力日益缺乏，劳动力成本快速提高，众多企业提出了使用机器人实现车间生产线少人化、无人化的目标，尤其是工作环境恶劣、劳动强度大、简单反复、枯燥无味的工作单元，对机器人的需求更为强烈。物流输送线上物品的分拣工作单元就属于工作环境噪声杂、劳动强度大、简单反复、枯燥无味的工位。现有的4轴和6轴工业机器人均为通用型的工业机器人，大多属于串联关节结构，工作范围小，且成本高。另一方面，多条物流输送线分拣作业单元具有其特殊性要求一般只需沿着X、Y、Z三个相互垂直坐标轴的方向运动，并且每个轴的工作范围大，需分拣物品的种类多，型号不统一，物品位置不确定，分拣速度快，定位精度高，有效负载大，安装空间小等特点。因此，现有的通用工业机器人不能满足多条物流输送线分拣作业单元的要求。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种三自由度的分拣机器人，其能够克服现有技术的不足，能够实现为多条物流输送线上的托盘内的物品进行分拣。本实用新型是这样实现的一种三自由度的分拣机器人，其包括有支架、手爪、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、用于固定物品位置的定位装置、用于检测所述手爪运动位置的三个位置测定装置、安装有图像处理软件的工控机、控制柜及气动柜，还包括用于撷取目标物所在位置的撷取装置，所述撷取装置固定于所述支架的上方，且所述撷取装置与所述工控机连接，而所述工控机通过交换机与所述控制柜连接；其中，所述支架横跨于多条物流输送线之上，所述Z轴运动机构均与所述手爪连接，所述Z轴运动机构滑动地固定于所述Y轴驱动机构上，所述Y轴运动机构滑动地固定于所述X轴运动机构、且所述X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构均与所述控制柜和所述气动柜连接，三个所述位置测定装置分别设于所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构上，且三个所述位置测定装置均与所述控制柜连接。优选的是，所述支架包括有上支架、上框架及四个站立柱，所述上框架为矩形结构，所述上支架固定于所述上框架的上方，所述撷取装置固定于所述上支架上，四个所述站立柱固定于所述上框架的下方，四个所述站立柱两两为组分别位于多条物流输送线的两侧。优选的是，所述物流输送线上设有托盘，所述托盘位于所述上框架的下方，所述托盘的至少两个侧面设有推板及用于推动所述推板夹紧或松开所述托盘的推板气缸，所述推板固定于所述推板气缸活塞杆的末端，所述推板气缸固定于所述上框架的下方，所述推板气缸与所述气动柜连接。优选的是，所述上框架的下方固定有拦挡装置，所述拦挡装置设于所述托盘的移动方向上。优选的是，所述拦挡装置包括有固定装置、挡板及挡板气缸，所述固定装置的上端与所述上框架固定，所述挡板滑动地竖直固定于所述固定装置上，所述挡板气缸与所述挡板连接，所述挡板气缸与所述气动柜连接。优选的是，所述X轴运动机构包括有X轴线性模组及与所述X轴线性模组连接的X轴伺服电机，所述Y轴运动机构包括有Y轴线性模组及与所述Y轴线性模组连接的Y轴伺服电机，所述Z轴运动机构包括有Z轴线性模组及与所述Z轴线性模组连接的Z轴伺服电
机；其中，所述Z轴线性模组的滑块与所述手爪固定连接，所述Z轴线性模组与所述Y轴线性模组的滑块固定，使所述Z轴线性模组能够带动所述手爪沿所述Y轴线性模组滑动，所述Y轴线性模组滑动地固定于所述X轴线性模组上，所述X轴线性模组固定于所述上框架上，从而使所述手爪能够进一步沿着所述X轴线性模组移动，能够自由的分拣物品。优选的是，所述控制柜包括有运动控制器、转接板、X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、I/o插接口及电源，所述运动控制器与所述转接板连接，所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构分别与所述X轴驱动器、所述Y轴驱动器及所述Z轴驱动器连接，且所述X轴驱动器、所述Y轴驱动器及所述Z轴驱动器分别与所述转接板连接，所述I/o插接口与所述转接板、所述推板气缸及所述挡板气缸连接。优选的是，所述位置测定装置为光栅尺。优选的是，所述撷取装置为CXD相机。本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果本实用新型三自由度分拣机器人的手爪能够在X轴、Y轴、Z轴三个轴方向移动，能够用于多条物流输送线的分拣作业，能够适应所述分拣物品种类多，型号不统一，物品位置不确定等特点，且结构稳定、分拣动作灵活、分拣效率高、操作方便。
图I为本实用新型三自由度分拣机器人的结构示意图一；图2为本实用新型三自由度分拣机器人的结构示意图二 ；图3为本实用新型三自由度分拣机器人的控制柜的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明如图I及图2所示，其中，图2仅示意了所述三自由度分拣机器人的部分结构。本实用新型三自由度的分拣机器人，其包括有支架、手爪I (如图2所示)、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、用于固定所述手爪I运动位置的三个位置测定装置、安装有图像处理软件的工控机、控制柜及气动柜、用于撷取目标物所在位置的撷取装置6，所述撷取装置6固定于所述支架的上方，且所述撷取装置6与所述工控机连接，而所述工控机通过交换机与所述控制柜连接与所述控制柜连接；其中，所述支架横跨于多条物流输送线之上(即所述支架横跨于所述托盘2上)，所述Z轴运动机构均与所述手爪I连接，所述Z轴运动机构滑动地固定于所述Y轴驱动机构上，所述Y轴运动机构滑动地固定于所述X轴运动机构、且所述X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构均与所述控制柜和所述气动柜连接，三个所述位置测定装置分别设于所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构上，且三个所述位置测定装置均与所述控制柜连接。其中，在本优选实施例中，所述撷取装置6为CXD相机。通过撷取装置6撷取物品所在的位置之后，再通过所述控制柜控制所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构分别运动，带动所述手爪I移动至所述撷取装置6撷取的目标物所在位置，并通过三个所述位置测定装置分别检测所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构运动的距离，所述控制柜判断所述手爪I是否移动至目标物所在位置。 所述支架包括有上支架3、上框架4及四个站立柱5。其中，所述上框架4为矩形结构；所述上支架3固定于所述上框架4的上方，如图I或图2所示，所述上支架3固定于所述上框架4的两个短边上，从而将固定于所述上支架3上的所述撷取装置6固定于所述上框架4的上方；四个所述站立柱5固定于所述上框架4的下方，四个所述站立柱5两两为组分别位于多条物流输送线的两侧，所述托盘2位于所述上框架4的下方，即使所述支架能够横跨于多条物流输送线上。所述X轴运动机构包括X轴线性模组7及与所述X轴线性模组7连接的X轴伺服电机8 ;所述Y轴运动机构包括有Y轴线性模组9及与所述Y轴线性模组9连接的Y轴伺服电机10 ;所述Z轴运动机构包括有Z轴线性模组11及与所述Z轴线性模组11连接的Z轴伺服电机12。其中，所述Z轴线性模组11的滑块与所述手爪I固定连接，使所述手爪I在所述Z轴伺服电机12的带动下能够沿所述Z轴线性模组11移动；所述Z轴线性模组11与所述Y轴线性模组9的滑块固定，使所述Z轴线性模组11能够在所述Y轴伺服电机10的带动下沿所述Y轴线性模组9移动，从而带动所述手爪I沿所述Y轴线性模组9移动；所述Y轴线性模组9滑动地固定于所述X轴线性模组7上，所述X轴线性模组7固定于所述上框架4上，从而使所述手爪I能够进一步沿着所述X轴线性模组7移动，使所述手爪I能够实现X轴、Y轴、Z轴的移动，能够自由的分拣物品。优选的是，在本实施例中，所述X轴线性模组包括有两个导轨，分别为支撑导轨和驱动导轨，所述支撑导轨和所述驱动导轨分别安装于所述上框架4的两个长边上。为了便于所述手爪I能够稳固的抓紧位于所述托盘2上的物品，所述托盘2的至少两个侧面设有推板13及用于推动所述推板13夹紧或松开所述托盘2的推板气缸14，所述推板13固定于所述上框架4的下方,所述推板气缸14与所述气动柜连接,所述推板气缸14推动所述推板13直接作用于托盘2—侧壁，托盘2的另一侧紧靠输送线一边，实现对托盘2的夹紧固定作用。所述上框架4的下方固定有拦挡装置，所述拦挡装置设于所述托盘2的移动方向上，使所述手爪I能够牢牢的抓取放置于所述托盘2上的物品。所述拦挡装置包括有固定装置15、挡板16及挡板气缸17，所述固定装置15的上端与所述上框架4固定，所述挡板16滑动地固定于所述固定装置15上，所述挡板气缸17与所述挡板16连接，所述挡板气缸17与所述气动柜连接，使所述挡板16在所述挡板气缸17的作用下能够挡住所述托盘2。所述位置测定装置为光栅尺，所述X轴线性模组7、所述Y轴线性模组9及所述Z轴线性模组11上分别安装有X轴光栅尺、Y轴光栅尺及Z轴光栅尺。所述光栅尺包括固定部件和移动部件，其中，光栅尺的固定部件和移动部件的安装方法已属于现有技术，本实用新型在此不再赘述。所述光栅尺用于测量分拣机器人的手爪在某一个轴的运动位置。物流输送线上的所述托盘2到来，经过夹紧气缸及推板13的加紧固定后，分拣机器人利用撷取装置6获取所述托盘2所在的位置信息，然后分拣机器人就根据撷取装置6提供的位置信息去运动，这时，光栅尺就实时检测分拣机器人某一个轴的实际运动位置，如果从光栅尺检测到的位置信息与撷取装置6捕获的位置信息不一致，分拣机器人会继续运动，直到光栅尺检测到的位置信息与撷取装置6捕获的位置信息一致为止。撷取装置6捕获的位置信 息是分拣机器人控制系统的输入设定量，光栅尺检测的位置信息是控制系统的反馈输出量。如图3所示，所述控制柜包括有运动控制器21、转接板22、X轴驱动器23、Y轴驱动器24、Z轴驱动器25、I/O插接口 26、电缆插口及电源；所述电源包括有24伏直流电源和220伏交流电源。所述运动控制器21与所述转接板22连接，所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构分别与所述X轴驱动器23、所述Y轴驱动器24及所述Z轴驱动器25连接，且所述X轴驱动器23、所述Y轴驱动器24及所述Z轴驱动器25分别与所述转接板22连接，所述I/O插接口 26与所述转接板22、所述推板气缸14及所述挡板气缸17连接。优选在所述控制柜的底部安装有万向轮，便于移动所述控制柜。所述气动柜包括有空气过滤器、减压阀、速度控制阀、继电器、电磁阀、气管接插口及电缆接插口，其中，如何通过气动柜控制气缸动作已属于现有技术，本实用新型在此不再赘述。为了便于移动所述气动柜，所述气动柜的底部设有支架轮和万向轮。所述三自由度分拣机器人在工作时(a)首先进行分拣机器人的原点标定所述分拣机器人的原点就是指分拣机器人X轴、Y、轴及Z轴三个轴的运动原点，分拣机器人运动的位置坐标都是相对于此原点的坐标数据。为保证原点的准确性，要分别对X轴、Y、轴及Z轴进行原点标定。原点标定的原理是低速运行中的某个轴检测到原点开关信号后，再捕获到相应轴的伺服电机的C相脉冲信号处于下降沿时，即刻锁存此位置数据并作为此轴的原点位置。(b)建立分拣机器人工具坐标、托盘模板的工件坐标以及建立视觉测量系统(视觉测量系统包括有工控机及撷取装置6)对托盘模板的视觉标定建立分拣机器人的工具坐标的目的是让分拣机器人获知其手爪相对于基坐标(原点)的坐标关系。工件坐标是指在基坐标系下托盘上的坐标，托盘上的物品在托盘上有其坐标值，托盘的工件坐标在基坐标系下也有坐标值，因此，托盘上的物品在基坐标系下的坐标数据就可获知。建立视觉测量系统对托盘模板的视觉标定是机器人手眼标定的一部分，就是指获取视觉图像坐标与工件坐标的关联矩阵。根据CCD相机抓拍图像与模板的比较、处理、计算等过程获得托盘内的物品相对模板的偏移量和旋转度。进而可以算出停留在分拣区任一位置的物品的精确坐标数据，实现了对不固定物品的精确定位。(c)建立分拣机器人与上位机管理系统和视觉测量系统的TCP/IP通信连接。分拣机器人建立与上位机管理系统和视觉测量系统的TCP/IP通信连接，分拣机器人作为服务器端，随时接收来自客户端(上位机管理系统和视觉测量系统)的链接请求和任务信息。(d)输送线上信息流的传递。输送线上的托盘到达分拣区域后，分拣机器人对通过所述推板气缸夹紧所述托盘2进行夹紧定位，防止其在分拣过程中移动。然后开始从上位机接收托盘信息，托盘信息包含托盘内物品的数量、等级、系列等。分拣机器人根据接收到的物品信息对物品分拣到不同的输送线托盘内，本实施优例是分拣机器人把中间输送线上托盘内的物品按照等级不同分别放置到两侧不同的输送线托盘内，左侧的是输送线优等级，右侧的输送线是一般等级。接收完托盘信息后，分拣机器人请求视觉测量系统对托盘物品的位置进行视觉测量，获得 物品精确位置信息后，分拣机器人就对物品进行分拣作业，分拣作业包括预夹取、夹取、预放置、放置等步骤动作。(e)托盘内物品的分拣作业完成在本实施优例中，分拣机器人把中间物流输送线托盘内的物品分拣完处于空盘时、或者两侧输送线托盘有一个分拣满处于满盘时，均为分拣机器人分拣作业完成状态。当分拣机器人满足分拣完成状态时，分拣机器人首先对已被夹紧的托盘进行提起挡板和松开推板操作，使相应托盘满足放行条件，然后告知给上位机管理系统，请求管理系统把相应输送线上的托盘拖走入库或出库。(f)分拣机器人的连续分拣作业满足放行条件的托盘被拖走后，分拣机器人将相应输送线上的挡板放下，准备好接收下一个将要到来的托盘。下一个托盘到来后，将循环进行上述(d)、(e)、(f)作业步骤。以上仅为本实用新型的具体实施例，并不以此限定本实用新型的保护范围；在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种三自由度的分拣机器人，其特征在于，其包括有支架、手爪、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、用于固定物品位置的定位装置、用于检测所述手爪运动位置的三个位置测定装置、安装有图像处理软件的工控机、控制柜及气动柜，还包括用于撷取目标物所在位置的撷取装置，所述撷取装置固定于所述支架的上方，且所述撷取装置与所述工控机连接，而所述工控机通过交换机与所述控制柜连接； 其中，所述支架横跨于多条物流输送线之上，所述Z轴运动机构均与所述手爪连接，所述Z轴运动机构滑动地固定于所述Y轴驱动机构上,所述Y轴运动机构滑动地固定于所述X轴运动机构上，且所述X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构均与所述控制柜和所述气动柜连接，三个所述位置测定装置分别设于所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构上，且三个所述位置测定装置均与所述控制柜连接。
2.如权利要求I所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述支架包括有上支架、上框架及四个站立柱，所述上框架为矩形结构，所述上支架固定于所述上框架的上方，所述撷取装置固定于所述上支架上，四个所述站立柱固定于所述上框架的下方，四个所述站立 柱两两为组分别位于多条物流输送线的两侧。
3.如权利要求2所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述物流输送线上设有托盘，所述托盘位于所述上框架的下方，所述托盘的至少两个侧面设有推板及用于推动所述推板夹紧或松开所述托盘的推板气缸，所述推板固定于所述推板气缸活塞杆的末端，所述推板气缸固定于所述上框架的下方，所述推板气缸与所述气动柜连接。
4.如权利要求3所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述上框架的下方固定有拦挡装置，所述拦挡装置设于所述托盘的移动方向上。
5.如权利要求4所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述拦挡装置包括有固定装置、挡板及挡板气缸，所述固定装置的上端与所述上框架固定，所述挡板滑动地竖直固定于所述固定装置上，所述挡板气缸与所述挡板连接，所述挡板气缸与所述气动柜连接。
6.如权利要求2所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述X轴运动机构包括有X轴线性模组及与所述X轴线性模组连接的X轴伺服电机，所述Y轴运动机构包括有Y轴线性模组及与所述Y轴线性模组连接的Y轴伺服电机，所述Z轴运动机构包括有Z轴线性模组及与所述Z轴线性模组连接的Z轴伺服电机； 其中，所述Z轴线性模组的滑块与所述手爪固定连接，所述Z轴线性模组与所述Y轴线性模组的滑块固定，所述Y轴线性模组滑动地固定于所述X轴线性模组上，所述X轴线性模组固定于所述上框架上。
7.如权利要求6所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述控制柜包括有运动控制器、转接板、X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、I/O插接口及电源，所述运动控制器与所述转接板连接，所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构分别与所述X轴驱动器、所述Y轴驱动器及所述Z轴驱动器连接，且所述X轴驱动器、所述Y轴驱动器及所述Z轴驱动器分别与所述转接板连接，所述I/O插接口与所述转接板、所述推板气缸及所述挡板气缸连接。
8.如权利要求I所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述位置测定装置为光栅尺。
9.如权利要求I所述的三自由度的分拣机器人，其特征在于，所述撷取装置为CCD相机。
专利摘要本实用新型公开了一种三自由度的分拣机器人，其包括有支架、手爪、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、定位装置、用于检测所述手爪运动位置的三个位置测定装置、控制柜、气动柜、撷取装置，所述撷取装置固定于所述支架的上方，所述撷取装置与工控机相连，工控机通过交换机与所述控制柜连接。通过撷取装置撷取物品所在的位置之后，再通过所述控制柜控制所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构分别运动，带动所述手爪移动至所述撷取装置撷取的目标物所在位置，并通过三个所述位置测定装置分别检测所述X轴运动机构、所述Y轴运动机构及所述Z轴运动机构运动的距离，所述控制柜判断所述手爪1是否移动至目标物所在位置。
文档编号B25J9/16GK202507279SQ20122001812
公开日2012年10月31日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者周前进, 周广兵, 周清华, 张小清, 戴炬, 白小波 申请人:广州中国科学院工业技术研究院