木工家具大跨距曲臂龙门搬运机器人的制作方法

本实用新型涉及木工家具搬运及输送技术领域，尤其涉及一种大跨距曲臂龙门搬运机器人。

背景技术：

随着国内制造业及相关产业的加速发展，木门加工行业正处于加速发展期。木门等木工工件的加工过程中涉及大跨距搬运和输送，传统的龙门输送机具有固定式外伸臂结构，龙门架易变形，同时存在安全性差、工作空间小和故障率高等问题。为了降低重载工件搬运时的龙门架的变形量，现有改进的龙门架设计了复杂的三角强化结构，导致自重过大、制造和安装成本高；此外，现有龙门架完全依赖人员的直接观察和操作，缺乏自动控制与安全保障装置，因而控制精度低。因此，研制一种大跨距龙门搬运机器人，在三维立体空间范围内实现重载木工工件的快速精确搬运，已成为当务之急。

技术实现要素：

为了解决上述问题和克服现有技术方案中存在的不足，本实用新型提供一种木工家具大跨距曲臂龙门搬运机器人，通过闭环控制，实现重载木工工件在三维空间内的大跨距快速精确搬运。

本实用新型是通过如下措施实现的：一种木工家具大跨距曲臂龙门搬运机器人，包括两相对布置的桁架，连接两桁架的两支撑架，布置在两桁架上的x轴行走机构，两桁架之间的y轴行走机构，z轴升降机构和c轴旋转机构。

具体地，所述c轴旋转机构和z轴升降机构在竖直方向上串接，形成旋转升降机构；在旋转升降机构的末端连接有夹具装置,从而抓取或吸附工件；所述c轴旋转机构可以布置在z轴升降机构的上方或下方。

具体地，所述x轴行走机构包括x轴行走横梁、行走轮一、同步带轮、同步带和闭环控制伺服电机一；所述行走横梁架设在两桁架之间，可沿x方向滑动；所述行走轮一安装在行走横梁下方；所述同步带与x轴平行布置，同步带两端固定在桁架上方，x轴行走机构工作时，同步带保持不动；所述闭环控制伺服电机一的输出轴连接同步带轮，闭环控制伺服电机一驱动同步带轮转动，同步带轮与同步带始终保持啮合传动，从而带动x轴行走横梁沿x方向滑动。

具体的，所述y轴行走机构包括y轴行走架、闭环控制伺服电机二、行走轮二、内侧压紧轮和外侧压紧轮；所述y轴行走机构的驱动原理与x轴类似，采用闭环控制伺服电机二驱动同步带轮相对于同步带运动，从而带动y轴行走架沿y方向滑动；所述内侧压紧轮和外侧压紧轮的轮轴与行走轮二的轮轴垂直，内侧压紧轮和外侧压紧轮通过螺丝调节压紧在x轴行走横梁，可防止y轴行走架在行走过程中横向移动。

具体的，所述z轴升降机构包括上支架、手臂、关节、连接杆、下支架、柔索、驱动电机、绝对型编码器和卷轮；所述上支架、手臂、关节和连接杆依次铰接，构成一组平行四边形，保证关节做平动；所述手臂共有四个，分别为左上手臂、左下手臂、右上手臂和右下手臂；所述驱动电机通过驱动卷轮正反转，实现柔索的卷绕收放，从而实现z轴升降；所述柔索的底端连接在夹具装置的固定座的顶部；所述绝对型编码器可以精确测量手臂与柔索的夹角，通过几何计算公式，间接实现z轴升降机构的精确闭环控制。

具体的，左上手臂和右上手臂之间，均设有两个扇形齿轮，以及设在两个扇形齿轮中间起传递作用的惰轮，保证两相邻手臂实现同速反向转动；左上手臂和左下手臂之间，右上手臂和右下手臂之间，均设有扇形齿轮组，保证两相邻手臂实现同速反向转动。

具体的，c轴旋转机构包括固定板、闭环控制伺服电机三和减速齿轮组；所述闭环控制伺服电机通过减速齿轮组产生旋转运动。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过四轴控制夹具装置在x轴、y轴、z轴方向移动，c轴方向旋转，x轴行走机构沿桁架往复走动，y轴行走机构沿y轴行走梁移动，z轴升降机构通过z轴柔索的卷绕带动手臂弯曲，c轴旋转机构绕闭环控制伺服电机的输出轴做周向转动，实现夹具装置旋转和升降；本实用新型在三维立体空间有效行程范围内，通过x、y、z、c四轴控制，实现木门等重载木工工件的吸附或夹取，并精确放置在三维空间内任意一坐标点；所述x、y、c三轴均为闭环控制伺服电机，可以实现精确闭环控制，所述z轴升降机构的控制精度不受卷绕半径变化的影响，利用所述绝对型编码器和所述计算公式，可以实现z轴升降机构的精确闭环控制；采用本方案木工家具大跨距曲臂龙门搬运机器人，具有翻转操作简便、安全系数和控制精度高、维护和使用成本低等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图3为本实用新型实施例中y轴行走机构，z轴升降机构，c轴旋转机构以及夹具装置之间位置关系的结构示意图。

图4为图3的主视图。

图5为图4的局部结构示意图。

图6中图(1)为图4的a区局部放大结构示意图。

图6中图(2)为图5的b区局部放大结构示意图。

图7为本实用新型实施例中z轴升降机构的结构示意图。

图8为本实用新型实施例中z轴控制原理图。

图9为本实用新型实施例中z轴控制流程图。

图10为本实用新型实施例中c轴旋转机构的结构示意图。

其中，附图标记为：1、桁架；2、支撑架；4、x轴行走机构；40、x轴行走横梁；41、行走轮一；42、同步带轮；43、同步带；44、闭环控制伺服电机一；5、y轴行走机构；51、y轴行走架；52、闭环控制伺服电机二；53、行走轮二；54、内侧压紧轮；55、外侧压紧轮；6、z轴升降机构；60、上支架；61、手臂；610、左上手臂；611、左下手臂；612、右上手臂；613、右下手臂；62、关节；63、连接杆；64、下支架；65、柔索；66、驱动电机；67、绝对型编码器；68、卷轮；7、c轴旋转机构；70、固定板；71、闭环控制伺服电机三；72、减速齿轮组；8、夹具装置。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1至图10，一种木工家具大跨距曲臂龙门搬运机器人，包括两相对布置的桁架1，连接两桁架1的两支撑架2，控制机箱3，布置在两桁架1上的x轴行走机构4，两桁架1之间的y轴行走机构5，z轴升降机构6和c轴旋转机构7。

c轴旋转机构7和z轴升降机构6在竖直方向上串接，形成旋转升降机构；在旋转升降机构的末端连接有夹具装置8,从而抓取或吸附工件。

x轴行走机构4包括x轴行走横梁40、行走轮一41、同步带轮42、同步带43和闭环控制伺服电机44；行走横梁40架设在两桁架1之间，可沿x方向滑动；行走轮一41安装在行走横梁40下方；同步带43与x轴平行布置，同步带43两端固定在桁架1上方，x轴行走机构4工作时，同步带43保持不动；闭环控制伺服电机一44的输出轴连接同步带轮42，闭环控制伺服电机一44驱动同步带轮42转动，同步带轮42与同步带43始终保持啮合传动，从而带动行走横梁40沿x方向滑动。

y轴行走机构5包括y轴行走架51、闭环控制伺服电机二52、行走轮二53、内侧压紧轮54和外侧压紧轮55；y轴行走机构的驱动原理与x轴类似，采用闭环控制伺服电机二52驱动同步带轮相对于同步带运动，从而带动y轴行走架51沿y方向滑动。内侧压紧轮54和外侧压紧轮55的轮轴与行走轮二53轮轴垂直，内侧压紧轮54和外侧压紧轮55通过螺丝调节压紧在x轴行走横梁40，可防止y轴行走架51在行走过程中横向移动。

如图4至图7，z轴升降机构6包括上支架60、手臂61、关节62、连接杆63、下支架64、柔索65、驱动电机66、绝对型编码器67和卷轮68。上支架60、手臂61、关节62和连接杆63依次铰接，构成一组平行四边形，保证关节62做平动；手臂61共有四个，分别为左上手臂610、左下手臂611、右上手臂612和右下手臂613。

如图6中图(1)的a放大图所示，同理，左上手臂610和右上手臂612之间，均设有两个扇形齿轮，以及设在两个扇形齿轮中间的起传递作用的惰轮，保证两相邻手臂实现同速反向转动；如图6中的图(2)的b放大图所示，左上手臂610和左下手臂611之间，右上手臂612和右下手臂613之间，均设有扇形齿轮组b，保证两相邻手臂实现同速反向转动；驱动电机66通过驱动卷轮68正反转，实现柔索65的卷绕收放，从而实现z轴升降。

如图8至图9，作为优选的，绝对型编码器67的中心轴与右下手臂613底端铰接孔固连，且绝对型编码器67的中心轴与右下手臂613底端铰接孔同轴；绝对型编码器67可以精确测量右下手臂613与柔索65的夹角∠dab，通过几何计算公式1和2，间接实现z轴升降机构的精确闭环控制。作为优选的，具体实现方法为：

1)用户自定义期望下降高度lae；

2)绝对型编码器67直接精确获得当前夹角∠dab；

3)通过几何计算公式1：lda＝2*lab*cos∠dab+lbc计算当前柔索长度lda；

4)根据自定义的期望下降高度lae和当前柔索长度lda，然后根据几何计算公式2：lda+lae＝2*lab*cos∠def+lbc，计算得到目标角度∠def；

5)判断当前角度∠dab是否等于目标角度∠def；

6)若相等，则z轴方向已经下降到目标高度；

7)若不等，则继续控制电机释放柔索，直到当前角度∠dab等于目标角度∠def；

如图10，c轴旋转机构7包括固定板70、闭环控制伺服电机71和减速齿轮组72。

本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。