[发明专利]一种位姿误差自补偿的码垛机器人及其码垛方法

权利要求书

1.一种位姿误差自补偿的码垛机器人，其特征在于，包括：

底座机构，包括由若干钢板焊接而成圆台形框架，固定连接在所述框架下方、并与工作台面固定的下底板，固定连接在所述框架上方的上底板，在所述框架四周焊接有加强筋；其中，所述上底板中心位置设置有一个旋转螺纹孔；所述下底板通过可拆卸螺栓固定于工作台上或移动车辆上；机械臂，包括腰部回转机构，设置在所述回转机构上方的臂部机构，以及与所述臂部机构相连接的腕部机构；

所述腰部回转机构包括：设置在所述上底板上方的腰部支撑座，固定安装在所述腰部支撑座内腰部伺服电机，通过传动齿轮组或传动皮带与所述腰部伺服电机相连接的第一减速机；其中，所述第一减速机的上部的输出端设置在所述腰部支撑座内部，下部的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴穿过所述旋转螺纹孔、且内外螺纹啮合；

所述臂部机构包括：固定安装在所述腰部支撑座上的第一伺服电机和第二伺服电机，设置在所述腰部支撑座上的大臂，与所述大臂通过回转销轴连接的小臂，与所述第一伺服电机输出轴相连接的第一连杆，两端与所述小臂一端和第一连杆通过销轴相连接的第二连杆；其中，所述第一连杆、第二连杆、大臂和小臂组成一个平行四边形；

所述腕部机构包括：与所述小臂的另一端通过销轴相连接的托架，安装在所述回转销轴上的“V”形连接件，连接在所述连接件一侧、并与所述托架相连接的第一拉杆，连接在所述连接件另一侧、并与所述第二伺服电机相连接的第二拉杆和第三拉杆，设置在所述托架上的腕部伺服电机，与所述腕部伺服电机相连接的第二减速机，以及与所述第二减速机输出轴连接的法兰连接盘；其中，所述第一拉杆、小臂、连接件、腕部机构组成一个平行四边形；

所述大臂采用钢板焊接而成；小臂和腕部机构采用槽型铝材制成的空心结构；在所述大臂和框架内置高密度的金属填充物作为平衡装置；

执行机构，包括与所述腕部机构固定连接的固定板，固定安装在所述固定板底部的直线模组和滑动导轨，与设置所述直线模组和滑动导轨上的输出滑块固定连接的机械夹爪，以及设置在所述固定板两侧、且错位排开的两个真空吸盘；

所述机械夹爪通过连接板连接垂直于所述固定板向下，且所述机械夹爪的夹指的指尖向内弯曲，在所述机械夹爪的指根设置有多个防滑件；其中，所述指根下部设置有一个为深度为指根厚度1/3～1/2的凹槽，所述防滑件通过黏合剂固定于所述凹槽内，且其外表面与所指根外表面平齐；所述防滑件采用聚氨酯树脂制成，在其外表面利用冲压加工形成凹凸形状，其中凸起部的形状为正六边形，其占有率为50%，凸起部与凹陷部之间的高低差为0.5cm；

视觉机构，包括设置在所述码垛机器人一侧的激光追踪器，以及固定安装在所述执行机构上的至少六个球靶；

所述直线模组、第一伺服电机、第二伺服电机、腕部伺服电机、腰部伺服电机、激光追踪器和球靶均与可编辑的工控机电连接；

所述码垛机器人的码垛方法，包括如下步骤：

S1、将码垛机器人通过螺栓固定在指定的工作区域，优选为位于传送带的末端，同时，工控机在以底座固定位置原点建立虚拟基座坐标系；

S2、工控机根据传送带的末端作为起始点和码垛托盘指定位置为结束点，结合运动矩阵关系，计算合运动矢量，计算执行末端坐标系在机器人的基座坐标系的D-H参数的位姿

其中，，，，，，，，，为执行末端坐标系在基座坐标系的姿态变换分量，，，为执行末端坐标系在基座坐标系的理论位置变换分量；

S3、通过直线模组控制机械夹爪夹持待搬运货物，真空吸盘进一步固定，模拟手爪抓包的动作；

S4、第一伺服电机带动小臂沿着大臂连接处的销轴旋转，抬起货物；同时，第二伺服电机带动腕部沿着小臂处连接处的销轴旋转，始终保持货物始终朝下；通过腰部伺服电机带动旋转轴沿着基座旋转，将货物运送至码垛托盘上方；

S5、通过激光追踪器检测执行末端的实际坐标，计算得出执行末端的实际位姿为

与通过工控机计算的理论坐标对比，对合成运动矢量做出修正；

S6、以修正后的运动矢量作为运动指令，通过第一伺服电机带动小臂沿着大臂连接处的销轴旋转，放下手臂，至指定位置后，直线模组控制机械夹爪夹持、真空吸盘松开货物，完成一次码垛单元；

S7、重复上述S2步骤~S6步骤，完成全部码垛过程；

所述工控机包括如下模块：用于建立机器人基座坐标系的第一模块；用于根据起始点和结束点位置和运动矩阵关系，计算合运动矢量的第二模块；用于通过激光追踪器检测执行末端的实际位姿的第三模块；用于计算合运动矢量作用下的理论位姿与实际位姿的第四模块；用于重新修正、并输出的合运动矢量第五模块。