CN104029205B - 一种调节机器人驱动装置所需扭矩的系统 - Google Patents
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Abstract
一种调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，属于移动机器人技术领域，解决现有移动机器人主体结构固定、重心不可调整、转动惯量过大的问题，包括配重块、配重支撑部件和配重移动部件，所述配重块通过配重支撑部件与配重移动部件连接，配重块能够在机器人结构内改变位置。本发明所提供的系统，相对于传统结构固定系统控制性能明显提高，一方面能可控地改变机器人系统重心，调节整体系统的转动惯量，减少扭矩，降低驱动器的工作强度；另一方面能较精确地控制机器人的姿态，提高机器人的操作性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域，更具体的说，涉及一种通过调整机器人重心来调节驱动器所需扭矩的系统。
背景技术
一般地，移动机器人的本体部分都是固定结构，机器人通过轮式结构或机械臂结构调节位姿。移动机器人在位姿调节过程中存在转动，由于重心不能与所有转动轴重合，机器人沿特定转轴转动时，驱动器必须提供很大的扭矩，往往需要减速箱等装置，这大大提高了机器人的结构复杂度和能量损耗，同时也降低了机器人的操作性能。
针对重心调整机构，国内在移动机器人领域运用得很少，均采用减速箱机构来增大驱动转矩，在其他特定领域有部分应用。在其他领域，经文献检索发现，中国专利公开号为CN103293938A，专利名称为：具有调节惯量功能的摆轮及具有该摆轮的机械表，该发明的装置通过在摆轮的轮缘周边上设置有调节环，通过调节调节环相对于安装部的转动位置，使调节环出现对摆轮的不同的重力作用，从而改变摆轮的转动惯量。中国专利公开号为CN101852641A，专利名称为：船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置，该发明通过内转动部分和外支撑部分，利用微复摆原理和平行移轴定理，根据摆动周期测量和调节船模的纵、横摇转动惯量。上述几种惯量调节系统，相对于传统结构固定系统控制性能明显提高。但在移动机器人领域，尚未检索到通过调整机器人重心来调节驱动器所需扭矩的结构。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，解决现有技术所存在的移动机器人主体结构固定，重心和转动惯量无法调节，对转动关节驱动器扭矩要求高等问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，包括配重块、配重支撑部件和配重移动部件，所述配重块通过配重支撑部件与配重移动部件连接，配重块能够在机器人结构内改变位置。
所述配重块是刚性配重箱，承担机器人结构主体重量，其内部安装的部件在箱体内对称放置，保证整体结构紧凑，重心、形心和质心重合。
所述配重支撑部件为高结构强度部件，设置有两套连接件，用于固定配重箱和配重移动部件。
所述配重移动部件包含导轨和配重调节减速器，通过配重调节减速器移动配重箱沿导轨移动，控制配重箱在机器人结构中的位置，所述配重支撑部件固定于导轨上，并沿导轨滑动，导轨支撑配重箱的主要重量。
所述导轨形状布局与机器人系统的任务有关，导轨穿过机器人结构转轴，并能沿垂直于转轴方向调节配重箱的位置。
所述配重调节减速器使用履带或者丝杠螺母结构，配重箱通过配重支撑部件固定于履带或螺母上，重心调整驱动装置通过变速箱控制履带或者丝杠运动，配重箱可以跟随履带或螺母沿特定方向运动。
本发明技术方案，利用配重调节减速器移动配重块在机器人结构中的位置，可控地改变机器人系统重心，调节整体系统的转动惯量，能够有效降低驱动器的工作强度，提高控制机器人姿态的控制精度，提高机器人的操作性能。
附图说明
图1是本发明系统实施例的整体结构示意图；
图2是图1的正视图；
图3是图1的侧视图；
图4是图3中区域A局部放大的正视图。
其中：
1、行驶驱动装置；2、从动轮；3、钢缆；4、连杆；5、回转驱动装置；6、俯仰驱动装置；7、铝型材；8、滑块；9、配重块；10、重心调整丝杠；11、重心调整螺母；12、重心调整驱动装置。
具体实施方式
以下通过具体实施例结合说明书附图对本发明技术方案做进一步详细的说明。
本发明所提供的通过调整重心来调节单臂悬挂式移动机器人的转动惯量和驱动部件所需扭矩的系统，包括：配重块、配重支撑部件和配重移动部件，配重块通过配重支撑部件与配重移动部件连接，配重块能够在机器人结构内改变位置。
配重块是刚性箱体，内部固定安装电源和控制器等部件，配重块承担机器人结构主体重量。电源和控制器等部件在配重箱内对称放置，保证整体结构紧凑，重心、形心和质心重合。
配重支撑部件为高结构强度，拥有两套连接件，用于固定配重块和配重移动部件。
配重移动部件包含导轨和配重调节减速器，通过配重调节减速器移动配重箱沿导轨移动，控制配重箱在机器人结构中的位置，配重支撑部件固定于导轨上，并沿导轨滑动，导轨支撑配重箱的主要重量。
导轨形状布局与机器人系统的任务有关，导轨穿过机器人结构转轴，并能沿垂直于转轴方向调节配重箱的位置。
配重调节减速器使用履带或者丝杠螺母结构，配重箱通过配重支撑部件固定于履带或螺母上，重心调整驱动装置通过变速箱控制履带或者丝杠运动，配重箱可以跟随履带或螺母沿特定方向运动。
参见图1～图4所示，本发明一实施例的结构示意图，在连杆4上方装配运动驱动装置1和从动轮2，使机器人可以沿钢缆3移动。此处讨论的是机器人静止时的转动惯量调节问题，故未画出驱动装置和从动轮的具体细节。连杆中间装有回转驱动装置5，下方装有俯仰驱动装置6，可以控制作为导轨的铝型材7的水平转动和俯仰运动。配重块9通过滑块8装配在铝型材7下方，可以沿铝型材7前后滑动。
如图2，本实施例的正视图，滑块8为配重支撑部件，滑块8固定于配重块9正中间，悬挂于铝型材7上。铝型材7的凹槽与滑块8相匹配，使滑块8只能沿铝型材7的凹槽滑动。
如图3，本实施例的侧视图,其中区域A局部放大的正视图如图4所示，提供了铝型材7、滑块8、重心调整丝杠10和重心调整螺母11组成的配重调节减速器、以及配重块9装配的具体细节。滑块8沿铝型材7的凹槽滑动,重心调整螺母11固定安装在滑块8上，重心调整驱动装置12带动重心调整丝杠转动，重心调整丝杠10和重心调整螺母11铰接。当重心调整驱动装置12带动重心调整丝杠转动时，重心调整螺母11带动悬挂在滑块8下配重块9一起运动。
下面，结合上述装置，针对通过调整配重块的位置来调节移动机器人的转动惯量和驱动部件所需扭矩的情况进行说明。
当实施例中的单悬臂式移动机器人需要调节铝型材7的水平转动时，将配重块9沿铝型材导轨滑动到悬臂的正下方，并相对于铝型材保持静止。此时整体结构沿水平转动时的转动惯量最小，回转驱动装置5所需要的扭矩最小。
当实施例中的单悬臂式移动机器人需要调节铝型材7的俯仰运动时，通过控制器实时控制配重块9沿铝型材导轨滑动，使其重心始终保持于悬臂的正下方，此时铝型材7做俯仰运动时，俯仰驱动装置6所需要的扭矩最小。与水平转动不同，此处配重块动态平衡于悬臂正下方。
上述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定权利要求的保护范围。凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，包括配重块、配重支撑部件和配重移动部件，所述配重块通过配重支撑部件与配重移动部件连接，配重块能够在机器人结构内改变位置，在机器人运动过程中，实时控制配重块的滑动，当实施单悬臂俯仰运动时，使机器人重心始终保持于机器人悬臂的正下方，当实施单悬臂水平转动时，使配重块始终保持在悬臂的正下方，从而使机器人驱动装置所需扭矩最小，以精确控制机器人的姿态。
2.根据权利要求1所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述配重块是刚性配重箱，承担机器人结构主体重量，其内部安装的部件在箱体内对称放置，保证整体结构紧凑，重心、形心和质心重合。
3.根据权利要求2所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述配重支撑部件为高结构强度部件，设置有两套连接件，用于固定配重箱和配重移动部件。
4.根据权利要求2所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述配重移动部件包含导轨和配重调节减速器，通过配重调节减速器移动配重箱沿导轨移动，控制配重箱在机器人结构中的位置，所述配重支撑部件固定于导轨上，并沿导轨滑动，导轨支撑配重箱的主要重量。
5.根据权利要求4所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述导轨形状布局与机器人系统的任务有关，导轨穿过机器人结构转轴，并能沿垂直于转轴方向调节配重箱的位置。
6.根据权利要求2所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述配重调节减速器使用履带或者丝杠螺母结构，配重箱通过配重支撑部件固定于履带或螺母上，重心调整驱动装置通过变速箱控制履带或者丝杠运动，配重箱可以跟随履带或螺母沿特定方向运动。
7.根据权利要求1所述的调节机器人驱动装置所需扭矩的系统，其特征在于，所述驱动装置包括回转驱动装置和俯仰驱动装置。
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