CN108015807B - 应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，包括：柄轴、缸轴、缸体、摇臂、垫环、活塞以及至少一个压缩弹簧；缸轴的第一端与柄轴的一端紧固连接，缸轴的第二端穿过缸体顶端的缸盖进入缸体内部与垫环相连，并从缸体底端的缸盖穿出；缸体内部的顶端和底端分别安装有活塞，至少一个压缩弹簧安装在缸体内部的两个活塞之间；柄轴通过连接机构与摇臂相连，摇臂与工业机器人的大臂相连。本发明中的平衡缸通过设置可动的缸体结构，以及在缸体中设置双活塞，从而实现了平衡缸的拉伸或者压缩双向平衡作业。本发明中的平衡缸结构简单紧凑，制作成本低、简单易行，并且不限制机器人臂杆运动范围，适用性广。

Description

应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸。

背景技术

为减小工业机器人的驱动力矩，增加机器人的运动平衡性，在机器人的大臂、小臂甚至腕连接机构上都需要设置平衡装置。从机械驱动的合理性、安全性考虑，机器人的平衡装置还有助于在动力被突然切断时降低对刹车装置的依赖。因此，平衡装置对提高机器人的总体性能和动态特性都十分重要，也是简化编程和控制的重要措施。常见的机器人臂杆平衡技术主要有四种：质量平衡法、弹簧平衡法、气动或液压平衡法，以及平衡力矩电机法。

质量平衡法是指：通过配重来实现机器人臂杆的平衡，质量平衡法成本低廉，简单易行。缺点是只能单向平衡(臂杆质心与配重质心位于臂杆转轴两侧)，而且会增加了机器人腰部转动惯量，限制了机器人臂杆的运动范围，降低了机器人的运动精度。

弹簧平衡法是指：通过拉伸弹簧或压缩弹簧实现机器人臂杆的平衡，弹簧平衡法简单可靠，机器人腰部转动惯量小。缺点是弹簧平衡装置只是单向平衡：拉伸弹簧只在弹簧受拉时起作用；压缩弹簧只在弹簧受压时起作用。在一定程度上限制了机器人臂杆的运动范围。

气动或液压平衡法是指：通过气动缸或液压缸结合特定阀门作用实现机器人臂杆平衡，缺点是反应速度较慢，不适合高速运行的工业机器人使用。

平衡力矩电机法是指：通过使用平衡力矩电机实现机器人臂杆平衡，缺点是成本较高，不利于推广。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸。

根据本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，包括：柄轴、缸轴、缸体、摇臂、垫环、活塞以及至少一个压缩弹簧；其中：

所述缸体的两端分别设置有密封的缸盖，所述缸轴的第一端与柄轴的一端紧固连接，所述缸轴的第二端穿过所述缸体顶端的缸盖进入缸体内部与垫环相连并从所述缸体底端的缸盖穿出；所述缸体内部的顶端和底端分别安装有活塞，且所述垫环位于所述缸体的底端的缸盖和活塞之间，所述至少一个压缩弹簧安装在缸体内部的两个活塞之间；所述柄轴通过连接机构与摇臂相连，所述摇臂与工业机器人的大臂相连。

可选地，所述压缩弹簧包括三组同轴安装的压缩弹簧，分别记为：压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C；其中，所述压缩弹簧A的内径大于所述压缩弹簧B的内径，所述压缩弹簧B的内径大于压缩弹簧C的内径。

可选地，所述连接机构包括：两个轴承B、内筒、外筒；所述柄轴上安装有两个轴承B，所述两个轴承B之间同轴安装有内筒、外筒，所述摇臂通过两个轴承B、内筒、外筒与柄轴相连。

可选地，还包括：压盖和两个端盖，所述两个端盖分别通过沉头螺钉安装在所述柄轴的两端；所述压盖位于柄轴远离缸轴的一端的端面上，所述摇臂的一端经螺钉B、弹簧垫片与压盖连接。

可选地，还包括：缸座、缸销，所述缸销经轴承A与缸体的外壁相连；所述缸销通过螺钉B、弹簧垫圈A与缸座相连；所述缸座通过螺钉A和弹簧垫圈C与工业机器人的腰盘相连。

可选地，还包括：弹簧垫圈D和螺母，所述缸轴的第二端连接所述弹簧垫圈D和螺母；所述螺母通过扣紧螺母锁紧，并通过位于扣紧螺母外端的销进行轴向限位。

可选地，在工业机器人的大臂处于俯身作业状态时，工业机器人的大臂带动所述摇臂绕肩关节轴线向前摆动，所述摇臂带动柄轴运动，所述柄轴通过缸轴、垫环带动缸体底端的活塞沿缸体的轴向向上运动，所述缸体顶端的活塞通过缸盖、缸体的外壁、缸销、缸座与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞之间的压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂俯身作业时载荷。

可选地，在工业机器人的大臂处于仰身作业状态时：工业机器人的大臂带动所述摇臂绕肩关节轴线向后摆动，所述摇臂带动柄轴运动，所述柄轴通过缸轴带动缸体顶端的活塞沿缸体的轴向向下运动；所述缸体底端的活塞通过缸盖、缸体、缸销、缸座与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞之间的压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂仰身作业载荷。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，通过设置可动的缸体结构，以及在缸体中设置双活塞，从而实现了平衡缸的拉伸或者压缩双向平衡作业。本发明中的平衡缸结构简单紧凑，制作成本低、简单易行，并且不限制机器人臂杆运动范围，适用性广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的立体结构示意图；

图2为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的一剖面结构示意图；

图3为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的另一剖面结构示意图。

图中：

1-柄轴；

2-缸轴；

3-垫环；

4-活塞；

5-缸体；

6-缸销；

7-缸盖；

8-摇臂；

9-端盖；

10-压盖；

11-缸座；

12-内筒；

13-外筒；

14-压缩弹簧A；

15-压缩弹簧B；

16-压缩弹簧C；

17-轴承A；

18-轴承B；

19-螺母；

20-螺钉A；

21-螺钉B；

22-螺钉C；

23-扣紧螺母；

24-沉头螺钉；

25-销；

26-弹簧垫圈A；

27-弹簧垫圈B；

28-弹簧垫片；

29-弹簧垫圈C；

30-弹簧垫圈D。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的立体结构示意图；图2为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的一剖面结构示意图；图3为为本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸的另一剖面结构示意图。如图1-图3所示，本发明中的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，包括：柄轴1、缸轴2、缸体5、摇臂8、垫环3、活塞4以及至少一个压缩弹簧；其中：缸体5的两端分别设置有密封的缸盖7，缸轴2的第一端与柄轴1的一端紧固连接，缸轴2的第二端穿过缸体5顶端的缸盖7进入缸体5内部与垫环3相连并从缸体5底端的缸盖7穿出；缸体5内部的顶端和底端分别安装有活塞4，且垫环3位于缸体5的底端的缸盖7和活塞4之间，至少一个压缩弹簧安装在缸体5内部的两个活塞4之间；柄轴1通过连接机构与摇臂8相连，摇臂8与工业机器人的大臂相连。

本发明提供的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，通过设置可动的缸体结构，以及在缸体中设置双活塞，从而实现了平衡缸的拉伸或者压缩双向平衡作业。本发明中的平衡缸结构简单紧凑，制作成本低、简单易行，并且不限制机器人臂杆运动范围，适用性广。

具体的，缸轴2第一端连接柄轴1，缸轴2第二端连接垫环3，在缸轴2和垫环3之间安装两个活塞4，活塞4连接缸体5，缸体5经轴承A17连接缸销6，缸体5两端安装两个缸盖7，两个缸盖7之间同轴安装压缩弹簧A14、压缩弹簧B15和压缩弹簧C16；柄轴1经两个轴承B18连接摇臂8，摇臂8连接工业机器人的大臂；两个轴承B18之间同轴安装内筒12和外筒13，柄轴1两端通过沉头螺钉24连接两个端盖9，摇臂8一端经螺钉B21和弹簧垫片28连接压盖10；缸销6经螺钉B21和弹簧垫圈A26连接缸座11，缸座11经螺钉A20和弹簧垫圈C29连接工业机器人的腰盘；缸轴2第二端连接弹簧垫圈D30和螺母19，螺母19经扣紧螺母23锁紧，并通过销25轴向限位。

进一步地，将本发明中的并联压缩弹簧式双作用平衡缸应用在工业机器人中，具体的工作状态如下：

在工业机器人的大臂处于俯身作业状态时，工业机器人的大臂带动摇臂8绕肩关节轴线向前摆动，摇臂8带动柄轴1运动，柄轴1通过缸轴2、垫环3带动缸体5底端的活塞4沿缸体5的轴向向上运动，缸体5顶端的活塞4通过缸盖7、缸体5的外壁、缸销6、缸座11与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞4之间的压缩弹簧A14、压缩弹簧B15、压缩弹簧C16进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂俯身作业时载荷。

在工业机器人的大臂处于仰身作业状态时：工业机器人的大臂带动摇臂8绕肩关节轴线向后摆动，摇臂8带动柄轴1运动，柄轴1通过缸轴2带动缸体5顶端的活塞4沿缸体5的轴向向下运动；缸体5底端的活塞4通过缸盖7、缸体5、缸销6、缸座11与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞4之间的压缩弹簧A14、压缩弹簧B15、压缩弹簧C16进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂仰身作业载荷。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，包括：柄轴(1)、缸轴(2)、缸体(5)、摇臂(8)、垫环(3)、活塞(4)以及至少一个压缩弹簧；其中：

所述缸体(5)的两端分别设置有密封的缸盖(7)，所述缸轴(2)的第一端与柄轴(1)的一端紧固连接，所述缸轴(2)的第二端穿过所述缸体(5)顶端的缸盖(7)进入缸体(5)内部与垫环(3)相连并从所述缸体(5)底端的缸盖(7)穿出；所述缸体(5)内部的顶端和底端分别安装有活塞(4)，且所述垫环(3)位于所述缸体(5)的底端的缸盖(7)和活塞(4)之间，所述至少一个压缩弹簧安装在缸体(5)内部的两个活塞(4)之间；所述柄轴(1)通过连接机构与摇臂(8)相连，所述摇臂(8)与工业机器人的大臂相连；其中，柄轴(1)通过缸轴(2)、垫环(3)带动缸体(5)底端的活塞(4)沿缸体(5)的轴向向上运动，柄轴(1)通过缸轴(2)带动缸体(5)顶端的活塞(4)沿缸体(5)的轴向向下运动，当缸轴(2)沿轴向上拉或者向下压过程中，平衡缸中的压缩弹簧均处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，所述压缩弹簧包括三组同轴安装的压缩弹簧，分别记为：压缩弹簧A(14)、压缩弹簧B(15)、压缩弹簧C(16)；其中，所述压缩弹簧A(14)的内径大于所述压缩弹簧B(15)的内径，所述压缩弹簧B(15)的内径大于压缩弹簧C(16)的内径。

3.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，所述连接机构包括：两个轴承B(18)、内筒(12)、外筒(13)；所述柄轴(1)上安装有两个轴承B(18)，所述两个轴承B(18)之间同轴安装有内筒(12)、外筒(13)，所述摇臂(8)通过两个轴承B(18)、内筒(12)、外筒(13)与柄轴(1)相连。

4.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，还包括：压盖(10)和两个端盖(9)，所述两个端盖(9)分别通过沉头螺钉(24)安装在所述柄轴(1)的两端；所述压盖位于柄轴(1)远离缸轴(2)的一端的端面上，所述摇臂(8)的一端经螺钉B(21)、弹簧垫片(28)与压盖(10)连接。

5.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，还包括：缸座(11)、缸销(6)，所述缸销(6)经轴承A(17)与缸体(5)的外壁相连；所述缸销(6)通过螺钉B(21)、弹簧垫圈A(26)与缸座(11)相连；所述缸座(11)通过螺钉A(20)和弹簧垫圈C(29)与工业机器人的腰盘相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，还包括：弹簧垫圈D(30)和螺母(19)，所述缸轴(2)的第二端连接所述弹簧垫圈D(30)和螺母(19)；所述螺母(19)通过扣紧螺母(23)锁紧，并通过位于扣紧螺母(23)外端的销(25)进行轴向限位。

7.根据权利要求6所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，在工业机器人的大臂处于俯身作业状态时，工业机器人的大臂带动所述摇臂(8)绕肩关节轴线向前摆动，所述摇臂(8)带动柄轴(1)运动，所述柄轴(1)通过缸轴(2)、垫环(3)带动缸体(5)底端的活塞(4)沿缸体(5)的轴向向上运动，所述缸体(5)顶端的活塞(4)通过缸盖(7)、缸体(5)的外壁、缸销(6)、缸座(11)与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞(4)之间的压缩弹簧A(14)、压缩弹簧B(15)、压缩弹簧C(16)进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂俯身作业时载荷。

8.根据权利要求6所述的应用于工业机器人的并联压缩弹簧式双作用平衡缸，其特征在于，在工业机器人的大臂处于仰身作业状态时：工业机器人的大臂带动所述摇臂(8)绕肩关节轴线向后摆动，所述摇臂(8)带动柄轴(1)运动，所述柄轴(1)通过缸轴(2)带动缸体(5)顶端的活塞(4)沿缸体(5)的轴向向下运动；所述缸体(5)底端的活塞(4)通过缸盖(7)、缸体(5)、缸销(6)、缸座(11)与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞(4)之间的压缩弹簧A(14)、压缩弹簧B(15)、压缩弹簧C(16)进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂仰身作业载荷。

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