CN106239498A - 一种重力平衡工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力平衡工业机器人，包括基座、机身、大臂、用于连接负载的小臂、连杆、臂体一、臂体二、动力装置一和动力装置二；臂体一和臂体二分别与机身两侧连接；大臂一端与臂体一连接，另一端与小臂铰接；连杆一端与臂体二铰接，另一端与小臂铰接；动力装置一包括大臂驱动电机和与大臂驱动电机连接的减速器一，大臂驱动电机的中心轴和减速器一的中心轴相互平行；动力装置二包括小臂驱动电机和与小臂驱动电机连接的减速器二，小臂驱动电机的中心轴和减速器二的中心轴相互平行。本发明采用大臂驱动电机和小臂驱动电机的重量来平衡机器人上部重量，使得该工业机器人可具备重力平衡的性能，从而使得该工业机器人适用于较大负荷作业。

Description

一种重力平衡工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域。

背景技术

由于工业机器人的臂杆的重心不通过其转轴的中心，因而会对转轴产生重力力矩，它随机器人臂杆的运动位置不同而发生变化，这种重力力矩的产生不利于机器人的控制，它不仅增大传动载荷与机械磨损，同时还增大对臂杆转动扭矩的需求。在实际设计中，若要增大转动扭矩，要么提高电机的输出扭矩，要么增大减速器的减速比。而在保持电机转速不变时提高其输出扭矩增就意味着电机重量与成本的增大；目前，国内高减速比的减速器主要依赖进口，选用大减速比的减速器减，其成本会随之增大。

对于大负载的工业机器人，在实际设计中往往采用重力平衡装置来改善其重力矩不平衡问题。常用的平衡方式有配重式、弹簧式、气缸式等。然而平衡装置的存在体积大、重量重的问题，进一步导致工业机器人出现干涉半径变大等问题。因此，如何解决这个问题，是工业机器人研制过程中的一个重要难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种重力平衡工业机器人，该工业机器人无需采用专门的重力平衡装置就可具备重力平衡的性能，从而使得该工业机器人适用于较大负荷作业。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种重力平衡工业机器人，其特征在于：包括基座、与基座可转动连接的机身、大臂、用于连接负载的小臂、连杆、臂体一、臂体二、用于驱动大臂的动力装置一和用于驱动小臂的动力装置二；所述臂体一和臂体二分别与机身两侧连接；所述大臂一端与臂体一连接，另一端与小臂铰接；所述连杆一端与臂体二铰接，另一端与小臂铰接；

所述动力装置一设置在臂体一上并与机身一侧连接，实现臂体一与机身可转动连接，动力装置一包括大臂驱动电机和与大臂驱动电机连接的减速器一，大臂驱动电机的中心轴和减速器一的中心轴相互平行；

所述动力装置二设置在臂体二上并与机身另一侧连接，实现臂体二与机身可转动连接，动力装置二包括小臂驱动电机和与小臂驱动电机连接的减速器二，小臂驱动电机的中心轴和减速器二的中心轴相互平行。

在上述方案中，本发明的大臂驱动电机与减速器一以及小臂驱动电机与减速器二均不是直接安装的，而是错开安装，即大臂驱动电机的中心轴和减速器一的中心轴相互平行，小臂驱动电机的中心轴和减速器二的中心轴相互平行。这种将驱动电机与减速器错开安装的结构，以便可利用这大臂驱动电机和小臂驱动电机的重量来平衡机器人上部的重力力矩。本发明的重力平衡机器人采用电机自重来配重的方式，省去了一般工业机器人上的重力平衡装置，使得该工业机器人无需采用专门的重力平衡装置就可具备重力平衡的性能，从而不仅使得该工业机器人适用于较大负荷作业，而且降低了对驱动电机扭矩和减速器减速比的要求，从而降低了机器人的成本。同时，该结构使得机器人整体结构更紧凑，可进一步降低机器人的成本。

具体地说，所述臂体一由相互连通的腔体一和腔体二组成，大臂驱动电机设置在腔体一上，减速器一设置在上腔体二内。

所述大臂一端与臂体一的腔体二连接。本发明是将机器人的大臂驱动电机布置在大臂的下方，通过大臂驱动电机的重量来平衡大臂上部的重量。

本发明还包括设置在腔体一和腔体二内部的传动装置一，大臂驱动电机通过传动装置一与减速器一连接；所述传动装置一为齿轮传动装置一或同步带传动装置一。本发明通过设置作为大臂驱动电机与减速器一连接部件的传动装置一，可实现大臂驱动电机的中心轴与减速器一的中心轴相互平行，从而达到两者错开一定距离安装的效果，以便利用大臂驱动电机的重量来平衡机器人上部的重力力矩。

所述减速机二设置在臂体二内部，小臂驱动电机设置在臂体二上。同样，本发明是将机器人的小臂驱动电机布置在机器人下部，可以起到平衡机器人上部重量的作用。

本发明还包括设置在臂体二内部的传动装置二；小臂驱动电机通过传动装置二与减速器二连接；所述传动装置二为齿轮传动装置二或同步带传动装置二。本发明通过设置作为小臂驱动电机与减速器二连接部件的传动装置二，可实现小臂驱动电机的中心轴与减速器二的中心轴相互平行，从而达到两者错开一定距离安装的效果，以便利用小臂驱动电机的重量来平衡机器人上部的重力力矩。

所述减速器一的中心轴与减速器二的中心轴在同一水平线上，两者中心轴作为臂体一和臂体二与机身转动连接的旋转轴。本发明同一水平线的减速器一的中心轴与减速器二的中心轴可作为臂体一和臂体二与机身转动的旋转轴，大臂驱动电机的中心轴与减速器一的中心轴平行设置，小臂驱动电机的中心轴与减速器二的中心轴平行设置，这样可以利用两个电机重量对旋转轴产生的力矩来平衡负载对旋转轴产生的力矩，从而达到本发明机器人采用电机自重来配重的效果。

所述小臂与大臂和连杆的铰接处分别为铰接点一和铰接点二；所述连杆与臂体二的铰接处为铰接点三；所述铰接点一与铰接点二的连线、大臂的轴线、连杆的轴线和铰接点三与旋转轴的中心的连线连接形成平行四连杆结构。本发明通过平行四连杆结构，将小臂驱动电机转移到臂体二之上，减轻了小臂重力载荷，降低了其对旋转扭矩的需求，因而可选用输出扭矩较小的电机，或者选用减速比较小的减速器，以降低机器人的成本。

所述小臂的末端设置有与小臂末端连接的第4轴关节和与第4轴关节连接的第5轴关节；所述第4轴关节和第5轴关节均可绕其中心轴线旋转。本发明的机器人可通过第4轴关节和第5轴关节完成码垛和物资搬运等作业。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明的重力平衡工业机器人通过平行四连杆结构，将小臂驱动电机转移到连杆之上，减轻了小臂重力载荷，降低了其对旋转扭矩的需求，因而可选用输出扭矩较小的电机，或者选用减速比较小的减速器，以降低电机的成本。

2、本发明的重力平衡工业机器人采用大臂驱动电机和小臂驱动电机的重量来平衡机器人上部重量，省去了一般工业机器人上的重力平衡装置，使得该工业机器人无需采用专门的重力平衡装置就可具备重力平衡的性能，从而不仅使得该工业机器人适用于较大负荷作业，而且降低了对驱动电机扭矩和减速器减速比的要求，从而降低了机器人的成本。同时，该结构使得机器人整体结构更紧凑，可进一步降低机器人的成本。

附图说明

图1是本发明重力平衡工业机器人的示意图；

图2是本发明重力平衡工业机器人的侧面示意图；

其中，1为基座、2为机身、3为臂体一、4为小臂驱动电机、5为臂体二、6为铰接点三、7为减速器二、8为连杆、9为铰接点二、10为铰接点一、11为小臂、12为第4轴关节、13为第5轴关节、14为大臂、15为减速器一、16为旋转轴、17为大臂驱动电机、18为传动装置一、19为传动装置二。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1和图2所示，本发明的重力平衡工业机器人包括基座1、与基座1可转动连接的机身2、大臂14、用于连接负载的小臂11、连杆8、臂体一3、臂体二5、用于驱动大臂14的动力装置一和用于驱动小臂11的动力装置二，其中，臂体一3和臂体二5分别与机身2两侧连接，大臂14一端与臂体一3连接，另一端与小臂11铰接，连杆8一端与臂体二5铰接，另一端与小臂11铰接。

本发明的动力装置一设置在臂体一3内并与机身2一侧连接，实现臂体一3与机身2可转动连接，动力装置一包括大臂驱动电机17和与大臂驱动电机17连接的减速器一15，大臂驱动电机17的中心轴和减速器一15的中心轴相互平行。而动力装置二设置在臂体二5内并与机身2另一侧连接，实现臂体二5与机身2可转动连接，动力装置二包括小臂驱动电机4和与小臂驱动电机4连接的减速器二7，小臂驱动电机4的中心轴和减速器二7的中心轴相互平行。

本发明的臂体一3由相互连通的腔体一和腔体二组成，大臂驱动电机17设置在腔体一上，减速器一15设置在腔体二内。大臂14一端与臂体一5的腔体二连接。本发明还包括在腔体一和腔体二内部的传动装置一18，传动装置一18为同步带传动装置，大臂驱动电机17通过传动装置一18与减速器一15连接。

本发明的减速机二7设置在臂体二5内部，小臂驱动电机4设置在臂体二5上。本发明还包括设置在臂体二5内部的传动装置二19，传动装置二19为同步带传动装置，小臂驱动电机4通过传动装置二19与减速器二7连接。

本发明减速器一15的中心轴与减速器二7的中心轴在同一水平线上，两者中心轴作为臂体一3和臂体二5与机身2转动连接的旋转轴16。由于大臂驱动电机17的中心轴与减速器一15的中心轴平行设置，小臂驱动电机4的中心轴与减速器二7的中心轴平行设置，这样可以利用两个电机重量对旋转轴16产生的力矩来平衡负载对旋转轴16产生的力矩，从而达到本发明机器人采用电机自重来配重的效果。

而小臂11与大臂14和连杆8的铰接处分别为铰接点一10和铰接点二9，连杆8与臂体二5的铰接处为铰接点三6。本发明铰接点一10与铰接点二9的连线、大臂14的轴线、连杆8的轴线和铰接点三6与旋转轴16的中心的连线连接形成平行四连杆结构。本发明通过平行四连杆结构，将小臂驱动电机4转移到臂体二5之上，减轻了小臂11重力载荷，降低了其对旋转扭矩的需求，因而可选用输出扭矩较小的电机，或者选用减速比较小的减速器，以降低机器人的成本。

本发明小臂11的末端设置有与小臂11末端连接的第4轴关节12和与第4轴关节12连接的第5轴关节13，该第4轴关节12和第5轴关节13均可绕其中心轴线旋转，以完成码垛和物资搬运等作业。

实施例二

本实施例与实施例一不同之处仅在于：传动装置一和传动装置二为齿轮传动装置。

本实施例的其它结构与实施例一一致。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种重力平衡工业机器人，其特征在于：包括基座、与基座可转动连接的机身、大臂、用于连接负载的小臂、连杆、臂体一、臂体二、用于驱动大臂的动力装置一和用于驱动小臂的动力装置二；所述臂体一和臂体二分别与机身两侧连接；所述大臂一端与臂体一连接，另一端与小臂铰接；所述连杆一端与臂体二铰接，另一端与小臂铰接；

所述动力装置一设置在臂体一上并与机身一侧连接，实现臂体一与机身可转动连接，动力装置一包括大臂驱动电机和与大臂驱动电机连接的减速器一，大臂驱动电机的中心轴和减速器一的中心轴相互平行；

所述动力装置二设置在臂体二上并与机身另一侧连接，实现臂体二与机身可转动连接，动力装置二包括小臂驱动电机和与小臂驱动电机连接的减速器二，小臂驱动电机的中心轴和减速器二的中心轴相互平行。

2.根据权利要求1所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述臂体一由相互连通的腔体一和腔体二组成，大臂驱动电机设置在腔体一上，减速器一设置在上腔体二内。

3.根据权利要求2所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述大臂一端与臂体一的腔体二连接。

4.根据权利要求2所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：还包括设置在腔体一和腔体二内部的传动装置一，大臂驱动电机通过传动装置一与减速器一连接；所述传动装置一为齿轮传动装置一或同步带传动装置一。

5.根据权利要求1所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述减速机二设置在臂体二内部，小臂驱动电机设置在臂体二上。

6.根据权利要求1所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：还包括设置在臂体二内部的传动装置二；小臂驱动电机通过传动装置二与减速器二连接；所述传动装置二为齿轮传动装置二或同步带传动装置二。

7.根据权利要求1所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述减速器一的中心轴与减速器二的中心轴在同一水平线上，两者中心轴作为臂体一和臂体二与机身转动连接的旋转轴。

8.根据权利要求7所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述小臂与大臂和连杆的铰接处分别为铰接点一和铰接点二；所述连杆与臂体二的铰接处为铰接点三；所述铰接点一与铰接点二的连线、大臂的轴线、连杆的轴线和铰接点三与旋转轴的中心的连线连接形成平行四连杆结构。

9.根据权利要求1所述的重力平衡工业机器人，其特征在于：所述小臂的末端设置有与小臂末端连接的第4轴关节和与第4轴关节连接的第5轴关节；所述第4轴关节和第5轴关节均可绕其中心轴线旋转。