[00112202]一种用于酒瓶批量翻转的三自由度机器人

①课题来源与背景 在对物流进行短距离简单重复性搬运作用,例如将瓶子进行上下翻转,采用多自由度（四自由度及以上）关节机器人因不能充分发挥设备的生产潜能造成资源浪费,通用的工业机器人,例如SCARA机器人、轻型码垛机器人的结构精密、造价昂贵且控制程序复杂。为满足轻负载快速稳定工序作业的需求,采用同向布置驱动支链外加多重驱动装置同步驱动是一个相对较好的发展方向。对环境要求不高,更具有柔性。可以提高机器人的研发速度,降低成本,为机器人进一步设计提供了方向及理论依据。 ②技术原理及性能指标 一种用于酒瓶批量翻转的三自由度机器人,该机器人包括固定机架、翻转装置、两套驱动支链;两套驱动支链的结构相同且间隔一定距离安装在固定机架,每个驱动支链包括三个驱动电机,驱动电机均通过减速器将动力输出,第一驱动电机、第二驱动电机同心布置分别带动大臂转动,第二驱动电机打动小臂转动,大臂、小臂、小臂拉杆与支撑姿态杆的一段形成铰链平行四边形,第三驱动电机带动点头法兰转动,点头法兰的另一端与保姿态杆铰接,保姿态杆的另一端与三角连接架的一个顶点铰接,三角支架的另两个顶点分贝与支撑姿态杆、传动姿态杆铰接,三角连接架、支撑姿态杆、传动姿态杆、姿态杆连接座形成铰链平行四边形,翻转装置的两端固定在两套驱动支链的姿态杆连接座的下端,通过两个铰接平行四边形的限制,翻转装置的两端始终位于同一水平线上,翻转装置包括驱动电机和夹持机构,夹持机构用于夹持成排酒瓶队列,驱动电机带动夹持机构旋转从而将酒店翻转。 ③技术的创造性与先进性 本装置采用两套完全相同的驱动支链驱动翻转装置,两套驱动支链在两套相同驱动装置驱动下同步作业,同时在驱动支链中采用了连杆杆件的平行四边形定理,限制了翻转装置的运动轨迹,保证翻转装置有确定的稳定性以及位置精度,两套驱动支链的共同约束作用下,限制了翻转装置的回转自由度,保证了机器人带动翻转装置运动时姿态的稳定性。 本发明中两套驱动支链共包括六个驱动电机,六个动力源通过连杆传动方式传递到翻转装置上,为冗余驱动,增加了搬运过程中的稳定性。 本发明的翻转装置由两列完全相同的驱动支链驱动,通过构建铰链平行四边形来限制翻转装置的转动,提供两个平动自由度,两列驱动支链同步运动,保证位置精度。 翻转装置包括两个驱动电机和夹持机构,夹持机构包括两根定位安装板,每个驱动电机的输出端安装两个对称设置在驱动气缸,电机带动驱动气缸绕水平轴线转动,两个定位安装板的两端分别与两个同侧的驱动气缸的输出端相连,瓶爪排列在定位安装板,瓶爪为仿形半环抱式,增大接触面积,两个定位安装板在气缸的带动下相对运动从而实现抓取与松开酒瓶;翻转装置的两端均匀驱动支链相连,驱动装置及翻转装置中驱动电机共同带动定位安装板在两个方向上平动及一个绕轴转动。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 该技术涉及的用于酒瓶批量翻转的机器人已经制造出了样机,通过更换瓶爪能够对多种外形的酒瓶进行翻转,对驱动支链末端的各个运动部件进行受力分析,对驱动支链中部件尺寸采用遗传算法进行优化,实验效果良好,技术成熟可靠。该用于酒瓶批量翻转的机器人通过切换相应的瓶爪,能够对多种材质的瓶子进行搬运及翻转,例如玻璃酒瓶、陶瓷酒瓶、塑料瓶子等,能够适应于食品、药品、化学、化工等多种领域,具有极好的市场前景,采用该种制造成本较低的机器人进行翻转酒瓶代替人工作业提高了生产效率,简单人工操作失误造成的人身和设备伤害。 ⑤应用情况及存在的问题 该种技术能够适应于2kg之内物料的短程搬运及翻转,单次的翻转酒瓶个数可达到12个,在实际应用过程可以根据现场实际环境对驱动电机进行具体选型,对翻转装置中瓶爪的尺寸及外形进行优化设计,该装置正在积极开展应用于医药制品、化妆品等行业的小型瓶装物料的翻转。