CN104890010B - 平衡装置以及具备该平衡装置的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供平衡装置以及具备该平衡装置的机器人。一种平衡装置，用于具有大臂的机器人，所述平衡装置包括平衡缸、平衡缸轴、重叠配置的多个弹簧部件、以及用于支承所述弹簧部件的一端部的弹簧座，所述平衡缸包括相对配置的平衡缸前盖和平衡缸后盖、以及缸身，所述缸身包括连结部件以及多个受力传递部件，所述平衡缸是由通过多个受力传递部件将所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖以及所述连结部件连结成的框架而构成的，所述连结部件位于所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖之间，所述弹簧部件的另一端部被所述平衡缸前盖支承，所述平衡缸轴被设置为在所述大臂转动时离开或进入所述平衡缸。

Description

平衡装置以及具备该平衡装置的机器人

技术领域

本发明涉及平衡装置以及具备该平衡装置的机器人。

背景技术

以往，工业机器人包括基座、平衡装置、大臂、小臂、以及手腕部件。在所述大臂中设置有驱动大臂转动的伺服电机。平衡装置包括平衡缸、被设置在所述平衡缸中的重叠配置的多个弹簧部件、用于支承该弹簧部件的端部的弹簧座、以及平衡缸轴。在该平衡缸轴上安装有关节轴承，该关节轴承通过平衡装置转轴与大臂连接。平衡缸轴被设置为在机器人工作时离开或进入所述平衡缸以压缩或释放被设置在所述平衡缸中的弹簧部件，由此能够将能量储存到所述弹簧部件中或从所述弹簧部件中释放，以用于抵消因大臂的重力负载而引起的旋转力矩。一般地，所述平衡缸通过平衡缸筒构成，该平衡缸筒由较厚的钢板形成，在平衡器平衡大臂的重力负载时，该重力负载全部作用于平衡缸筒上，由平衡缸筒传递力，由此导致长期反复工作时，缸筒容易疲劳损坏，并且在疲劳损坏时需要更换整个缸筒外壳，造成浪费。并且，为了承受大臂的重力负载，如上所述平衡缸筒由较厚的钢板形成，由此导致现有平衡装置重量大，用料较多，不经济，并且受力不合理。另外，平衡装置在维修时需要拆装整个平衡缸筒的外壳，费时费力，不方便维修，有改良的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平衡装置以及具备该平衡装置的机器人，能够减少平衡装置的平衡缸材料用量，使其平衡装置受力更加合理，从而减少了平衡装置的重量，降低了成本，另外，也有方便维修保养的优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种平衡装置，用于具有大臂的机器人，所述平衡装置包括平衡缸、平衡缸轴、重叠配置的多个弹簧部件、以及用于支承所述弹簧部件的一端部的弹簧座，所述平衡缸包括相对配置的平衡缸前盖和平衡缸后盖、以及缸身，所述缸身包括连结部件以及多个受力传递部件，所述平衡缸是由通过多个受力传递部件将所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖以及所述连结部件连结成的框架而构成的，所述连结部件位于所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖之间，所述弹簧部件的另一端部被所述平衡缸前盖支承，所述平衡缸轴被设置为在所述大臂转动时离开或进入所述平衡缸。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：在所述受力传递部件的两端设置有预定长度的螺纹部，在所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖分别设置有孔部，在所述连结部件的侧面上设置有螺孔，所述受力传递部件通过穿过所述孔部与所述连结部件螺合将所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖以及所述连结部件连结起来。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：在所述连结部件中的设置所述螺孔的位置处局部加厚所述连结部件。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：所述受力传递部件被所述连结部件截成两段。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：所述受力传递部件由钢管构成。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：在所述平衡缸的所述缸身的外部设置有平衡缸保护罩。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：所述机器人具有基座，所述平衡装置通过所述连结部件和连接轴而被固定到所述基座上。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：在所述平衡缸前盖上设置有卡槽，在所述弹簧座上设置有卡槽，所述弹簧部件的两端部被固定到所述卡槽中。

另外，在本发明涉及的平衡装置中，优选的是：所述连结部件由具有预定宽度和厚度的钢板构成。

另外，本发明是包括上述任一项记载的平衡装置的机器人。

根据本发明涉及的平衡装置，在平衡装置工作时，弹簧部件压缩产生的弹力通过所述平衡缸前盖而完全作用于多个所述缸身连杆上，由所述缸身连杆传递至基座，因此传递路径简单，受力明确，避免了由传统的平衡缸筒的外壳传递力，由此避免了外壳由较厚的钢板形成。因此，本发明涉及的平衡缸重量轻，用料少，降低了制造成本。另外，在所述平衡缸的缸身的外部设置有用于防止灰尘等入侵的具有预定强度、刚度以及厚度的平衡缸保护罩，由于该平衡缸保护罩不如传统的平衡缸那样用于承受载荷，因此所述保护罩例如可由轻质金属板、金属板网、塑料板或纺织品构成。因此，可以比传统的平衡缸缸身更薄、更轻，减少了材料用量，减轻了平衡缸重量，降低了平衡缸的制造成本。另外，由于平衡缸的缸身由多根所述缸身连杆构成，所述缸身连杆并非沿整个平衡缸缸身通长配置，而是被所述中间盖板截成两段，因此在进行维修保养时，根据情况只需要在需要保养的位置处选择性地拆卸掉一根或几根短的所述缸身连杆而空出工作空间，即可完成加注工作油、更换损耗的弹簧部件等维修保养工作，非常灵活方便操作，提高了工作效率，而传统的平衡缸维修保养时，需要拆卸掉整个平衡缸外壳，工作费时费力。

附图说明

图1是表示本发明涉及的具备平衡装置的机器人的整体视图；

图2是表示平衡装置的结构的示意图。

标号说明

100机器人、1基座、2平衡装置、3大臂、4小臂、5手腕部件、 P0基准面、A1第一轴、A2第二轴、A3第三轴、A4第四轴、A5第五轴、 31伺服电机、21平衡缸、22螺旋弹簧、23弹簧座、24平衡缸轴、25平衡缸轴座筒、6关节轴承、7平衡装置转轴、221、222螺旋弹簧、29通孔、 26螺纹部、27螺母、28a卡槽、28b卡槽、30连接轴、211平衡缸前盖、 212平衡缸后盖、213缸身、213a缸身连杆、213b中间盖板

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的具体实施方式。

图1是表示本发明涉及的具备平衡装置的机器人100的整体视图。本发明涉及的机器人100包括基座1、平衡装置2、大臂3、小臂4、以及手腕部件5。

在图1中，以基准面P0为参照基准定义了三维坐标系XYZ。其中，XY平面与基准面P0平行，Z轴垂直于基准面P0。在图1中，基座1被固定于基准面P0，大臂3与基准面P0垂直；小臂4及手腕部件5与大臂3 垂直，并平行于基准面P0。这里所称的“垂直”、“平行”等，并不要求其所成的角度是90度或0度，而是允许一定的公差或误差。

基座1是工业机器人100的底座，用于将机器人100安装固定于工作场所，并支撑机器人100的其他部件。通常情况下，基座1可以由金属、合金等坚固的材料制成，也可以由其他各种材料制成，只要其刚度、挠性等性能满足需求即可。基座可以通过铸造等制造工艺形成。基座1的上部与大臂3及平衡装置2相连结。基座1的底部通过机械连结等方式被固定到基准面P0上。需要说明的是，尽管大多情况下基座1被直接固定于地面(此时地面即为基准面P0)，但并不限于此，也可以被固定于工作台等其他平面。例如，当需要将工业机器人100倒置进行悬挂设置时，基座1 可被固定于天花板等的下表面上。

大臂3其一端通过大臂轴被安装于基座1，能够绕垂直于基准面P0的第一轴A1相对于基座1进行相对旋转(第一旋转运动)。由图1可以看出，该第一旋转位于XY平面内。此外，大臂3还能够绕平行于基准面的第二轴A2(大臂轴)进行旋转运动(第二旋转运动)。如图1所示，该第二旋转位于XZ平面内。大臂3的另一端与小臂4相连。如图1所示，大臂3与小臂4能够绕第三轴A3进行相对旋转(第三旋转运动)。在大臂3中设置有驱动大臂3转动的伺服电机31。

小臂4呈杆状，能够在伺服电机的驱动下，绕其第四轴A4进行旋转 (第四旋转运动)。如上所述，小臂4的一端与大臂3相连。此外，小臂 4的另一端与手腕部件5相连。如图1所示，小臂4与手腕部件5能够绕平行于基准面P0的第五轴A5进行相对旋转(第五旋转运动)。

除了上述第一至第五旋转运动，本实施例的工业机器人100还包括第六旋转运动。所述第六旋转运动是指与手腕部件5的末端相连结的执行部件(图中未示出)绕其轴心旋转的运动。由此，本实施例的工业机器人 100的各个部件的旋转运动合计具有六个旋转轴，因此该工业机器人100 也被称为六轴机器人。

为上述第一旋转运动提供动力的伺服电机被设置于基座1的内部(图中未示出)。为上述第二旋转运动提供动力的伺服电机31被设置于第二轴A2附近。为上述第三旋转运动提供动力的伺服电机被设置于第三轴A3 附近(图中未示出)。为上述第四及第五旋转运动提供动力的伺服电机41 被设置于小臂4的一端，其动力通过减速器等动力传递装置向手腕体及小臂传递。

平衡装置2包括平衡缸21、被设置在平衡缸21中的重叠配置的多个螺旋弹簧22(这里，图示了两个)、用于支承该螺旋弹簧22的一个端部的弹簧座23、平衡缸轴24、以及平衡缸轴座筒25。在所述平衡缸轴24上安装有关节轴承6，该关节轴承6通过平衡装置转轴7与大臂3连接。平衡缸轴24被设置为在机器人100作时离开或进入平衡缸21以压缩或释放被设置在平衡缸21中的螺旋弹簧22，由此能够将能量储存到螺旋弹簧 22中或从弹簧部件22中释放，以用于抵消因大臂3的重力负载而引起的旋转力矩。具体地说，如图1所示，大臂3处于竖立状态，此时称为初始位置，当伺服电机31起动而驱动大臂3从初始位置转动时，通过与平衡缸轴24连接的关节轴承6和平衡装置转轴7将平衡缸轴24从平衡缸21拉出，螺旋弹簧22被压缩，通过螺旋弹簧22对大臂3施加与大臂3转动方向相反方向的旋转力矩，由此抵消因大臂3的转动变化产生的重力负载而引起的旋转力矩。

除上述部分之外，工业机器人100至少还包括：电力供应系统、以及动作控制系统。所述电力供应系统能够向各个伺服电机提供其工作所需的电力。通过科学地规划布置电力输送线路，来满足各个伺服电机的用电需求。此外，所述动作控制系统能够对各个运动部件的动作进行控制。所述动作控制系统能够按照用户预先设定的程序，控制各个运动部件的动作。

接着，参照附图2来详细说明平衡装置2的结构。图2是表示平衡装置的结构的示意图。如图2所示，该平衡装置2中的平衡缸21包括相对配置的平衡缸前盖211和平衡缸后盖212、以及缸身213。所述缸身213包括作为受力传递部件的由钢管构成的多个缸身连杆213a(例如图中示出了 8根)以及作为连结部件的具有预定宽度的中间盖板213b，所述中间盖板213b例如由具有预定厚度的钢板形成。该平衡装置2包括作为弹簧部件的重叠配置的两个螺旋弹簧221、222。该螺旋弹簧221、222被设置成其一端部被支承在平衡缸前盖211上，另一端部被支承在弹簧座23上。在弹簧座23的中央部上设置有用于穿过平衡缸轴24的顶端的通孔29，在平衡缸轴24的顶端设置有螺纹部26，通过螺纹部26与螺母27螺合，将平衡缸轴24的顶端固定在弹簧座23上。在弹簧座23上设置有卡槽28a，螺旋弹簧222的一端被固定在卡槽28a内，卡槽28a的大小稍大于螺旋弹簧 222的直径，同样地，在平衡缸前盖211上的与卡槽28a相对应的位置也设置有卡槽28b，卡槽28b的大小与卡槽28a的大小相同，螺旋弹簧222的另一端被固定在卡槽28b中。螺旋弹簧221的一端部由平衡缸前盖211 上的卡槽28b外的端表面支承，螺旋弹簧221的另一端部由弹簧座23上的卡槽28a外的端表面支承。平衡装置2通过连接轴30和中间盖板213b而被安装于基座1上。所述平衡缸轴座筒25被固定到所述平衡缸前盖211上，所述平衡缸轴24穿过所述平衡缸轴座筒25。所述平衡缸21是由通过多个缸身连杆213a将平衡缸前盖211和平衡缸后盖212以及所述中间盖板 213b连结成的框架而构成的，在缸身连杆213a的两端设置有预定长度的螺纹部，在平衡缸前盖211和平衡缸后盖212分别设置有孔部，在所述中间盖板213b的侧面上设置有螺孔，缸身连杆213a通过穿过所述孔部与所述中间盖板213b螺合等将平衡缸前盖211和平衡缸后盖212以及所述中间盖板213b连结起来。在如上构成的平衡缸21中，在平衡装置工作时，螺旋弹簧22压缩产生的弹力通过所述平衡缸前盖211而完全作用于多个所述缸身连杆213a上，由所述缸身连杆213a传递至基座1，因此传递路径简单，受力明确，避免了由传统的平衡缸筒的外壳传递力，由此避免了外壳由较厚的钢板形成。因此，本发明涉及的平衡缸重量轻，用料少，降低了制造成本。

另外，在所述平衡缸21的缸身213的外部设置有用于防止灰尘等入侵的具有预定强度、刚度以及厚度的平衡缸保护罩，由于该平衡缸保护罩不如传统的平衡缸那样用于承受载荷，因此所述保护罩例如可由轻质金属板、金属板网、塑料板或纺织品构成。因此，可以比传统的平衡缸缸身更薄、更轻，减少了材料用量，减轻了平衡缸重量，降低了平衡缸的制造成本。

另外，如上所述，由于平衡缸的缸身由多根缸身连杆213a构成，缸身连杆213a并非沿整个平衡缸缸身通长配置，而是被所述中间盖板213b 截成两段，因此在进行维修保养时，根据情况只需要在需要保养的位置处选择性地拆卸掉一根或几根短的缸身连杆213a而空出工作空间，即可完成加注工作油、更换损耗的弹簧部件等维修保养工作，非常灵活方便操作，提高了工作效率，而传统的平衡缸维修保养时，需要拆卸掉整个平衡缸外壳，工作费时费力。

另外，为了确保所述中间盖板213b的强度，在所述中间盖板213b中的设置螺孔的位置处可局部加厚盖板，具体厚度可根据情况酌情设计，由此无需加厚整个中间盖板213b的厚度，因此节省了材料用量，减轻了平衡装置的重量。

另外，螺旋弹簧的直径大小以及螺距可以根据机器人用途等具体情况来酌情设计。

在本实施方式中，例示了缸身213由8根缸身连杆213a构成，但是本发明不限于8根，可以根据具体情况进行设计，例如12根或16根。并且，在本实施方式中，例示了所述多个缸身连杆213a由钢管构成，但是本发明不限于此，只要是具有预定强度和刚度的能够传递载荷的部件均可。

以上，参考附图对本发明的具体实施方式进行了说明，但这些附图以及说明书中公开的内容以及所适用的特定的术语仅仅是用于说明本发明的，而并非用于限定含义或限制权利要求书中记载的本发明范围的。因此，本领域技术人员能够在不脱离本发明宗旨的范围内依照本发明的思想作出各种变形以及其它等同实施方式，而且能够理解这些变形以及其它等同实施方式也被包含在本申请权利要求书中限定的本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种平衡装置，用于具有大臂的机器人，所述平衡装置包括平衡缸、平衡缸轴、重叠配置的多个弹簧部件、以及用于支承所述弹簧部件的一端部的弹簧座，所述平衡缸包括相对配置的平衡缸前盖和平衡缸后盖、以及缸身，所述缸身包括连结部件以及多个受力传递部件，所述平衡缸是由通过多个受力传递部件将所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖以及所述连结部件连结成的框架而构成的，所述连结部件位于所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖之间，所述弹簧部件的另一端部被所述平衡缸前盖支承，所述平衡缸轴被设置为在所述大臂转动时离开或进入所述平衡缸，

在所述受力传递部件的两端设置有预定长度的螺纹部，在所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖分别设置有孔部，在所述连结部件的侧面上设置有螺孔，所述受力传递部件通过穿过所述孔部与所述连结部件螺合将所述平衡缸前盖和所述平衡缸后盖以及所述连结部件连结起来，

所述受力传递部件被所述连结部件截成两段，

在所述连结部件中的设置所述螺孔的位置处局部加厚所述连结部件。

2.如权利要求1所述的平衡装置，其中，

所述受力传递部件由钢管构成。

3.如权利要求1所述的平衡装置，其中，

在所述平衡缸的所述缸身的外部设置有平衡缸保护罩。

4.如权利要求1所述的平衡装置，其中，

所述机器人具有基座，所述平衡装置通过所述连结部件和连接轴而被固定到所述基座上。

5.如权利要求1所述的平衡装置，其中，

在所述平衡缸前盖上设置有卡槽，在所述弹簧座上设置有卡槽，所述弹簧部件的两端部被固定到所述卡槽中。

6.如权利要求1所述的平衡装置，其中，

所述连结部件由具有预定宽度和厚度的钢板构成。

7.一种机器人，包括权利要求1至6中任一项所述的平衡装置。