專利名稱：一種配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置，屬于工業(yè)機器人及自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在食品、藥品及電子等行業(yè)的生產(chǎn)中可實現(xiàn)對產(chǎn)品的高速分揀和拾取的裝置。
背景技術(shù)：
在食品、醫(yī)藥以及電子產(chǎn)品行業(yè)，存在著大量的分揀、拾取及包裝工作，目前這些工作主要靠人工完成，具有勞動強度大、生產(chǎn)效率低、易污染等缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人等自動化設(shè)備的引入成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。然而現(xiàn)有的產(chǎn)品主要是單獨的機器人，需要用戶自己配備安裝架、視覺系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)等附屬設(shè)備，安裝調(diào)試復(fù)雜，搬運后需要重新調(diào)試，并且精度和穩(wěn)定性受用戶提供附屬設(shè)備的影響。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種配有視覺系統(tǒng)的高速并聯(lián)機器人拾取裝置。由于機器人本體、安裝架、視覺系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)是一個整體，能夠克服安裝調(diào)試復(fù)雜的缺點，搬運后不需要重新調(diào)試即可使用，且能夠保證精度和穩(wěn)定性不變。該高速并聯(lián)機器人拾取裝置能夠靈活應(yīng)對工作環(huán)境的變化，實現(xiàn)運動目標物體的高速準確地分揀與拾取。本發(fā)明的采用的技術(shù)方案如下該高速并聯(lián)機器人拾取裝置包括機器人本體結(jié)構(gòu)、安裝架、視覺系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)。機器人本體結(jié)構(gòu)包括固定平臺、三組機械手臂、旋轉(zhuǎn)軸和動平臺。其中固定平臺上設(shè)有多個安裝孔，用于安裝機械手臂和旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動機以及固定平臺和安裝架固定連接。所述機械手臂由主動臂和從動臂組成。主動臂的一端通過法蘭盤與驅(qū)動機構(gòu)連接，另一端通過球關(guān)節(jié)與從動臂連接。從動臂是一個平行四邊形機構(gòu)，由球關(guān)節(jié)、從動連桿、銷、銷端螺母和從動臂拉簧組成。其中從動連桿由從動桿連接件、碳纖維管組成。從動臂的一端與主動臂連接，另一端通過球關(guān)節(jié)與動平臺連接。旋轉(zhuǎn)軸由上端軸承組、上端萬向聯(lián)軸器、花鍵軸、花鍵螺母、套筒、旋轉(zhuǎn)軸連接件、下端萬向聯(lián)軸器、下端軸承組組成。上端萬向聯(lián)軸器通過彈性圓柱銷兩端分別與上端軸承組和花鍵軸連接，花鍵螺母與套筒通過鍵和孔用擋圈實現(xiàn)徑向和軸向的定位連接，旋轉(zhuǎn)軸連接件的兩端分別與套筒和下端萬向聯(lián)軸器通過彈性圓柱銷連接，下端萬向聯(lián)軸器和下端軸承組通過彈性圓柱銷連接。旋轉(zhuǎn)軸的兩端通過兩個軸承組分別與固定平臺和動平臺連接。所述動平臺設(shè)有螺紋孔，球關(guān)節(jié)的安裝是可調(diào)的，并通過薄螺母鎖緊。動平臺的中心設(shè)有安裝孔，用于下端軸承組的軸承座的安裝。安裝架由型材焊接而成，設(shè)有安裝孔，用于機器人本體結(jié)構(gòu)、視覺系統(tǒng)中的攝像機和傳輸系統(tǒng)的固定安裝。視覺系統(tǒng)包括CXD攝像機、圖像采集卡和工業(yè)控制計算機。CXD攝像機通過支撐架固定在安裝架上，圖像采集卡通過PCI總線與工業(yè)控制計算機相連，工業(yè)控制計算機發(fā)出指令對圖像進行采集與處理，將處理后的信息發(fā)給機器人的控制系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)包括電機、減速機構(gòu)、滾筒和傳送帶，通過四個支撐腿固定安裝在安裝架上。本發(fā)明的效果和益處是(I)該高速并聯(lián)機器人拾取裝置是一個整體單元，安裝調(diào)試簡單，且整體移動后不需要再次調(diào)試，能夠有效的保證較高的精度和穩(wěn)定性。(2)該高速并聯(lián)機器人拾取裝置的機器人具有三個平移和一個轉(zhuǎn)動自由度，應(yīng)用范圍廣泛，且機器人旋轉(zhuǎn)軸采用滾珠花鍵結(jié)構(gòu)，加工制造簡單，耐磨損使用壽命長，克服了已有技術(shù)的不足。(3)該并聯(lián)機器人拾取裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的速度。
圖1是本發(fā)明的軸測視圖；圖2是本發(fā)明的機器人本體結(jié)構(gòu)軸測視圖；圖3是本發(fā)明的機器人主動臂和從動臂連接的局部放大圖；圖4是本發(fā)明的機器人動平臺和從動臂連接的局部放大圖；圖5是本發(fā)明的機器人旋轉(zhuǎn)軸的整體視圖；圖6是本發(fā)明的機器人旋轉(zhuǎn)軸上端軸承組的剖視圖；圖7是本發(fā)明的機器人旋轉(zhuǎn)軸下端軸承組的剖視圖；圖8是本發(fā)明的機器人旋轉(zhuǎn)軸的局部剖視圖；圖中I機器人本體結(jié)構(gòu)；II安裝架JII視覺系統(tǒng)；IV傳輸系統(tǒng)；I固定平臺；2機械手臂；3旋轉(zhuǎn)軸；4動平臺；11主動臂；12從動臂；110驅(qū)動機構(gòu)；111主動臂上端連接件；112碳纖維管；113主動臂末端連接件；117電機；118減速器；119減速器連接板；121球關(guān)節(jié)；122從動連桿；123碳纖維管；124銷端螺母；125從動桿連接件；126薄螺母；127銷；128從動臂拉簧；30旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)；31上端軸承組；32上端萬向聯(lián)軸器；33花鍵軸；34套筒；35下端萬向聯(lián)軸器；36下端軸承組；37孔用擋圈；38花鍵螺母；39鍵；40旋轉(zhuǎn)軸連接件；41軸承座；42角接觸球軸承；43軸承端蓋；44軸；50彈性圓柱銷；301CCD攝像機；302支撐架；401支撐腿。
具體實施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖對本發(fā)明提出的配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置進行詳細說明本發(fā)明提出的配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置包括機器人本體結(jié)構(gòu)1、安裝架I1、視覺系統(tǒng)III和傳輸系統(tǒng)IV。其中機器人本體結(jié)構(gòu)I包括固定平臺1、三組機械手臂2、旋轉(zhuǎn)軸3和動平臺4。固定平臺I呈三角形，三角形的每個頂點上設(shè)有兩個安裝孔101，固定平臺I通過這些安裝孔和與安裝架II固定連接。三角行的每條邊的中部設(shè)有一個安裝口，安裝口的一側(cè)設(shè)有螺紋孔102，用于每組機械手臂驅(qū)動部件110的安裝。三角形中心的位置設(shè)有螺紋孔，用于旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動部件30的安裝。
機械手臂2由主動臂11和從動臂12組成。其中主動臂11包括主動臂上端連接件111、碳纖維管112和主動臂末端連接件113組成，從動臂12是由一對從動連桿122通過球關(guān)節(jié)121組成的平行四邊形機構(gòu)，包含球關(guān)節(jié)121、從動連桿122、銷127、銷端螺母124和從動臂拉簧128，其中從動連桿122由從動桿連接件125、碳纖維管123組成。機械手臂的驅(qū)動機構(gòu)110包括電機117和減速器118，減速器118通過減速器連接板119固定在固定平臺I上。減速器118和主動臂上端連接件111通過法蘭盤連接。主動臂11和從動臂12通過球關(guān)節(jié)121連接，球關(guān)節(jié)121在主動臂末端連接件113上的安裝長度可調(diào)，通過薄螺母126鎖緊。從動臂12的另一端通過球關(guān)節(jié)121和動平臺4連接，球關(guān)節(jié)121的安裝長度可調(diào)，通過薄螺母126鎖緊。安裝時，必須保證從動臂12兩端球關(guān)節(jié)121的安裝長度相同。每個減速器連接板119上通過螺釘固定安裝有制動塊，用于限制主動臂的旋轉(zhuǎn)角度。制動塊上設(shè)有安裝孔，裝有限位傳感器。制動塊的兩端粘貼有橡膠塊，當主動臂和制動塊碰撞時起緩沖作用。旋轉(zhuǎn)軸3包括上端軸承組31、上端萬向聯(lián)軸器32、花鍵軸33、花鍵螺母38、套筒34、旋轉(zhuǎn)軸連接件40、下端萬向聯(lián)軸器35、下端軸承組36。上端軸承組31固定在固定平臺I上，其轉(zhuǎn)動軸一端通過聯(lián)軸器與固定在固定平臺I上旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)30連接，另一端通過上端萬向聯(lián)軸器32與花鍵軸33連接，花鍵螺母38與套筒34連接，套筒34通過下端萬向聯(lián)軸器35與下端軸承組36的轉(zhuǎn)動軸的頂端連接。下端軸承組36轉(zhuǎn)動軸的末端設(shè)有螺紋孔，用于安裝吸盤和手抓等執(zhí)行機構(gòu)。動平臺4大致呈三角行，對稱設(shè)有三組螺紋孔，用于從動臂12下端球關(guān)節(jié)的安裝。中心設(shè)有一個較大的沉頭孔，用于下端軸承組36的軸承座的安裝。安裝架II是由型材焊接而成的立方體結(jié)構(gòu)，拐角處有加強筋，從而能很好的提升整體的剛度。頂端設(shè)有螺紋孔用于機器人本體結(jié)構(gòu)I和攝像機支撐架302的懸掛固定，橫梁上設(shè)有螺紋孔用于傳輸系統(tǒng)IV的固定安裝。視覺系統(tǒng)III包括CXD攝像機301、圖像采集卡和工業(yè)控制計算機。CXD攝像機301通過支撐架302固定在安裝架上，圖像采集卡直接安插在工業(yè)控制計算機的PCI插槽上。工業(yè)控制計算機通過圖像采集卡控制CCD攝像機進行圖像的采集，采集到的圖像經(jīng)處理后將目標物體的位姿信息反饋給工業(yè)控制計算機，進一步傳送給機器人控制系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)IV主要由電機、減速機構(gòu)、滾筒和傳送帶組成，通過四個支撐腿402固定安裝在安裝架上。具體動作過程目標物體隨傳送帶移動，工業(yè)控制計算機通過圖像采集卡控制CCD攝像機采集目標物體圖像，通過對采集到的圖像進行處理得到目標物體的位姿信息，工業(yè)控制計算機中的上層程序?qū)⒛繕宋矬w的位姿信息轉(zhuǎn)化成控制信號，傳送給機器人的控制系統(tǒng)，進一步轉(zhuǎn)化為驅(qū)動信號傳遞給各個伺服電機。三組機械手臂的在伺服電機的驅(qū)動下率禹合出相應(yīng)的運動,帶動動平臺末端執(zhí)行機構(gòu)完成相應(yīng)的動作，同時旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機的通過旋轉(zhuǎn)軸使末端執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)目標物體的高速拾取。
權(quán)利要求
1.一種配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置，包括機器人本體結(jié)構(gòu)(I )、安裝架(II)、視覺系統(tǒng)(III)和傳輸系統(tǒng)(IV)，其特征在于 機器人本體結(jié)構(gòu)(I)包括固定平臺(I)、三組機械手臂(2)、旋轉(zhuǎn)軸(3)和動平臺(4)；固定平臺(I)上設(shè)有安裝孔(101)，用于機器人本體結(jié)構(gòu)的固定，螺紋孔(102)用于機器人的驅(qū)功機構(gòu)(110)的固定安裝； 機械手臂(2)由主動臂(11)和從動臂(12)組成，主動臂由主動臂上端連接件(111)、碳纖維管(112)、主動臂末端連接件(113)組成；從動臂(12)由一對從動連桿(122)通過球關(guān)節(jié)(121)組成平行四邊形機構(gòu)，包括球關(guān)節(jié)(121)、從動連桿(122)、銷(127)、銷端螺母(124)和從動臂拉簧(128 );其中從動連桿由從動桿連接件(125 )、碳纖維管(123 )組成，球關(guān)節(jié)(121)與主動臂末端連接件(113)和動平臺(4)通過螺紋連接，通過鎖緊螺母(126)鎖緊；主動臂(11)直接和固定在固定平臺上的驅(qū)動機構(gòu)(110)連接，從動臂(12)—端與主動臂(11)連接，另一端與動平臺(4)連接； 旋轉(zhuǎn)軸(3 )由上端軸承組(31)、上端萬向聯(lián)軸器(32 )、花鍵軸(33 )、花鍵螺母(38 )、套筒(34)、旋轉(zhuǎn)軸連接件(40)、下端萬向聯(lián)軸器(35)、下端軸承組(36)組成；上端萬向聯(lián)軸器(32 )通過彈性圓柱銷(50 )兩端分別與上端軸承組(31)和花鍵軸(33 )連接，花鍵螺母(38 )與套筒(34)通過鍵(39)和孔用擋圈(37)實現(xiàn)徑向和軸向的定位，旋轉(zhuǎn)軸連接件(40)的兩端分別與套筒(34)和下端萬向聯(lián)軸器(35)通過彈性圓柱銷(50)連接，下端萬向聯(lián)軸器(35)和下端軸承組(36)通過彈性圓柱銷(50)連接；其中軸承組(31、36)由軸承座(41)、角接觸球軸承(42)、軸(44)和軸承端蓋(43)組成；上端軸承組(31)與固定平臺(I)固定連接，通過聯(lián)軸器與固定在固定平臺(I)上的旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)(30)相連，下端軸承組(36)與動平臺(4)固定連接，下端軸承組(36)的末端設(shè)有螺紋孔，安裝執(zhí)行機構(gòu)； 動平臺(4)對稱設(shè)有三組螺紋孔，用于從動臂(12)下端球關(guān)節(jié)的安裝；中心設(shè)有一個較大的沉頭孔，用于下端軸承組(36)的安裝； 安裝架(II)由型材焊接而成，設(shè)有螺紋孔，用于機器人本體結(jié)構(gòu)(I )、視覺系統(tǒng)(III)中CXD攝像機(301)和傳輸系統(tǒng)(IV)的固定安裝； 視覺系統(tǒng)(III)包括CXD攝像機(301)、圖像采集卡和工業(yè)控制計算機；(XD攝像機通過支撐架(302)固定在安裝架(II)上，圖像采集卡通過PCI總線與工業(yè)控制計算機相連； 傳輸系統(tǒng)(IV)包括電機、減速機構(gòu)、滾筒和傳送帶，通過四個支撐腿(401)固定安裝在安裝架(II)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種配有視覺的高速并聯(lián)機器人拾取裝置，主要包括機器人本體結(jié)構(gòu)、安裝架、視覺系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)。其中機器人本體結(jié)構(gòu)包括固定平臺、三組機械手臂、旋轉(zhuǎn)軸和動平臺。視覺系統(tǒng)主要包括CCD攝像機、圖像采集卡和工業(yè)控制計算機，其中CCD攝像機固定在安裝架上。傳輸系統(tǒng)固定在安裝架上，包括電機、減速機構(gòu)、滾筒和傳送帶。上述高速機器人拾取裝置速度高、精度高、剛性好，可用于食品、藥品、電子等行業(yè)物品的高速分揀或拾取。
文檔編號B25J19/04GK103009378SQ201210540480
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者叢明, 仲崇權(quán), 田濤, 劉冬, 李稚春, 肖樂 申請人:大連理工計算機控制工程有限公司