一种变构态大空间码垛机器人机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及码垛机械设计领域，特别是一种变构态大空间码垛机器人机构。
【背景技术】
[0002]随着机械自动化水平的提高，码垛机器人以其在机械结构、适用范围、灵活性、成本以及维护等方面的优势使其应用渐为广泛，并成为一种发展趋势，广泛应用于食品、电子、机械、医药等自动化生产企业。现有的码垛机器人机构为固定自由度机构，运动空间有限，不能根据功能需求或环境变化改变其工作空间。
[0003]中国专利201210576488.3公开了一种大工作空间可控机构式码垛机，此码垛机构虽工作空间大但工作柔性和稳定性低且不工作时占有空间较大，中国专利201110184520.9公开了一种变胞机构式码垛机器人机构，虽然工作柔性和稳定性高但工作空间不大，目前尚未有一种工作柔性和稳定性高、工作空间大的码垛机人机构的发明创新设计
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种变构态大空间码垛机器人机构，它能克服现有码垛机的不足，工作柔性和稳定性高，工作空间大且不工作时占有的三维空间小，能使码垛机适应不同任务。
[0005]本发明通过以下技术方案达到上述目的:
[0006]一种变构态大空间码垛机器人机构，包括机架、电机、驱动连杆、传动连杆、周转连杆、输出连杆、限位销轴以及圆柱光滑铰链。具体结构和连接关系为:所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机、第三可控电机和第四可控电机组成，第一可控电机、第二可控电机固定在机架上，第三可控电机固定在第二驱动杆上，第四可控电机固定在输出杆上，
[0007]所述驱动连杆包括第一驱动连杆、第二驱动连杆和第三驱动连杆，第一驱动连杆一端固连在第一可控电机转轴上，另一端与输出连杆相连，输出连杆另一端通过第四圆柱光滑铰链与传动连杆相连，输出连杆中间通过第一圆柱光滑铰链与周转连杆连接，第二驱动连杆一端固定连接在第二可控电机转轴上，另一端通过第二圆柱光滑铰链与周转连杆相连，第三驱动连杆一端固连在第三可控电机转轴上，另一端通过第三圆柱光滑铰链与传动连杆相连，传动连杆通过第四圆柱光滑铰链一端固连在输出连杆上，另一端通过第三圆柱光滑铰链与第三驱动连杆相连，限位销轴固定在输出连杆上。
[0008]所述周转连杆长度与第一圆柱光滑铰链到第四可控电机的距离相等。
[0009]所述第三驱动连杆长度与第三可控电机至第二圆柱光滑铰链的距离相等。
[0010]工作时，由于周转连杆运动到与输出连杆重叠的位置，第一限位销轴伸出限位销使周转连杆与输出连杆固定，此时第二圆柱光滑铰链位置与第四可控电机重合，同时使第一驱动连杆、第二驱动连杆与机架形成闭环三角形，使机构处于单自由度状态，通过第三驱动电机实现货物的稳定运输，到达指定位置，当码垛机关机时，在单自由度状态下，传动连杆运动到与输出连杆重叠位置，第二限位销轴伸出限位销使传动连杆与输出连杆固定，此时第三圆柱光滑铰链位置与第二圆柱光滑铰链以及第四驱动电机位置重合，第四驱动电机启动，使输出连杆以及通过第一、第二限位销轴固连在一起的周转连杆与传动连杆运动到与第二驱动连杆重叠位置停机，限位销轴的使用能实现两自由度、单自由度机构间转变，使机构既具有在一自由度状态下便于控制，便于货物稳定搬运的特性，又具有机构在二自由度状态下的高敏度定位的特性，又能使机构在停机时占有的三维空间小。
[0011]本发明的突出优点在于:
[0012]1、码垛机器人在工作过程中，可实现机构在面对不同任务下多个构态切换，使机器人适应不同任务，机构两自由度时，可实现码垛机器人在工作空间中任意轨迹的柔性输出，单自由度时，可使货物在搬运过程中更加稳定。
[0013]2、在单自由度时，由于第一驱动连杆与第二驱动连杆形成一个封闭的三角形，使等效机架水平位置相对于原机架水平位置有提升，提高了机构的输出空间。
[0014]3、在码垛机不工作时，整个机构占有的三维空间小。
【附图说明】
[0015]图1为本发明所述的变构态大空间码垛机器人机构的二自由度时的结构状态图。
[0016]图2为本发明所述的变构态大空间码垛机器人机构的单自由度时的结构状态图。
[0017]图3为本发明所述的变构态大空间码垛机器人机构的零自由度时的结构状态图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0019]对照图1、图2和图3，本发明所述的变构态大空间码垛机器人机构，包括机架、电机、驱动连杆、传动连杆、周转连杆、输出连杆、限位销轴以及圆柱光滑铰链。具体结构和连接方式为:
[0020]所述电机为可控电机，由第一可控电机11、第二可控电机12、第三可控电机13和第四可控电机10组成，第一可控电机11、第二可控电机12固定在机架I上，第三可控电机13固定在第二驱动杆6上，第四可控电机10固定在输出连杆3上。
[0021]所述驱动连杆包括第一驱动连杆2、第二驱动连杆6和第三驱动连杆5。所述第一驱动连杆2 —端固连在第一可控电机转轴11上，另一端与输出连杆3相连，输出连杆3另一端通过第四圆柱光滑铰链17与传动连杆4相连，输出连杆3中间通过第一圆柱光滑铰链14与周转连杆7连接。所述第二驱动连杆6 —端固定连接在第二可控电机12转轴上，另一端通过第二圆柱光滑铰链15与周转连杆7相连。所述第三驱动连杆5 —端固连在第三可控电机13转轴上，另一端通过第三圆柱光滑铰链16与传动连杆4相连。
[0022]所述传动连杆4通过第四圆柱光滑铰链17 —端固连在输出连杆3上，另一端通过第三圆柱光滑铰链16与第三驱动连杆5相连。
[0023]所述周转连杆7通过第一圆柱光滑铰链14与输出连杆3相连，另一端通过第二圆柱光滑铰链15与第二驱动连杆6相连。
[0024]所述第一限位销轴9固定在输出连杆上。
[0025]所述第二限位销轴8固定在输出连杆上。
[0026]所述周转连杆7长度与第一圆柱光滑铰链14到第四可控电机10距离相等。
[0027]所述第三驱动连杆5长度与第三可控电机13至第二圆柱光滑铰链15距离相等。
[0028]工作原理及过程:
[0029]工作时，由于周转连杆7运动到与输出连杆3重叠的位置，第一限位销轴9伸出限位销使周转连杆与输出连杆3固定，此时第二圆柱光滑铰链15位置与第四可控电机10重合，同时使第一驱动连杆2、第二驱动连杆6与机架形成闭环三角形，使机构处于单自由度状态，通过第三驱动电机13实现货物的稳定运输，到达指定位置，当码垛机关机时，在单自由度状态下，传动连杆4运动到与输出连杆3重叠位置，第二限位销轴8伸出限位销使传动连杆4与输出连杆3固定，此时第三圆柱光滑铰链16位置与第二圆柱光滑铰链15以及第四驱动电机位10置重合，第四驱动电机10启动，使输出连杆3以及通过第一、第二限位销轴9、8固连在一起的周转连杆7与传动连杆4运动到与第二驱动连杆6重叠位置停机，限位销轴的使用能实现两自由度、单自由度机构间转变，使机构既具有在一自由度状态下便于控制，便于货物稳定搬运的特性，又具有机构在二自由度状态下的高敏度定位的特性，又能使机构在停机时占有的三维空间小。
【主权项】
1.一种变构态大空间码垛机器人机构，包括机架、电机、驱动连杆、传动连杆、周转连杆、输出连杆、限位销轴以及圆柱光滑铰链，其特征在于，具体结构和连接关系为: 所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机、第三可控电机和第四可控电机组成，第一可控电机、第二可控电机固定在机架上，第三可控电机固定在第二驱动杆上，第四可控电机固定在输出杆上， 所述驱动连杆包括第一驱动连杆、第二驱动连杆和第三驱动连杆，第一驱动连杆一端固连在第一可控电机转轴上，另一端与输出连杆相连，输出连杆另一端通过第四圆柱光滑铰链与传动连杆相连，输出连杆中间通过第一圆柱光滑铰链与周转连杆连接，第二驱动连杆一端固定连接在第二可控电机转轴上，另一端通过第二圆柱光滑铰链与周转连杆相连，第三驱动连杆一端固连在第三可控电机转轴上，另一端通过第三圆柱光滑铰链与传动连杆相连，传动连杆通过第四圆柱光滑铰链一端固连在输出连杆上，另一端通过第三圆柱光滑铰链与第三驱动连杆相连，限位销轴固定在输出连杆上。
2.根据权利要求1所述的变构态大空间码垛机器人机构，其特征在于，所述周转连杆长度与第一圆柱光滑铰链到第四可控电机的距离相等。
3.根据权利要求1所述的变构态大空间码垛机器人机构，其特征在于，所述第三驱动连杆长度与第三可控电机至第二圆柱光滑铰链的距离相等。
【专利摘要】一种变构态大空间码垛机器人机构，该机构通过第一限位销轴限位，使周转连杆与输出连杆位置重叠，使第一驱动连杆、第二驱动连杆与机架形成闭环三角形，机构处于单自由度状态，实现两自由度与单自由度机构间转变。关机时，通过第二限位销轴限位，同时第四驱动电机启动，使输出连杆以及通过限位销轴固定连接在一起的周转连杆与传动连杆运动到与第二驱动连杆重叠位置，使机构在停机时占有的三维空间小，使码垛机器人机构既具有可控、可调、输出柔性性能，又具有变胞机构多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征，使码垛机器人适应不同任务，灵活应用于不同场合和不同的工作对象。
【IPC分类】B65G61-00, B25J9-08, B25J9-12
【公开号】CN104875201
【申请号】CN201510310666
【发明人】王汝贵, 吴晓波, 张成东, 陈辉庆, 廖益丰, 郑安平, 杨洲
【申请人】广西大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月8日