CN108890695A - 一种机器人关节力矩平衡装置 - Google Patents

一种机器人关节力矩平衡装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108890695A
CN108890695A CN201811025231.2A CN201811025231A CN108890695A CN 108890695 A CN108890695 A CN 108890695A CN 201811025231 A CN201811025231 A CN 201811025231A CN 108890695 A CN108890695 A CN 108890695A
Authority
CN
China
Prior art keywords
eccentric cam
robot
joint
oil pump
hydraulic oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811025231.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108890695B (zh
Inventor
方明
梁艺
刘玉飞
吴路路
钟相强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Polytechnic University
Original Assignee
Anhui Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Polytechnic University filed Critical Anhui Polytechnic University
Priority to CN201811025231.2A priority Critical patent/CN108890695B/zh
Publication of CN108890695A publication Critical patent/CN108890695A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108890695B publication Critical patent/CN108890695B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008—Balancing devices
    • B25J19/0012—Balancing devices using fluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/109—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising mechanical programming means, e.g. cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种机器人关节力矩平衡装置，包括偏心凸轮，所述偏心凸轮的中轴与RV减速机的输出端固定连接，机器人手臂固定在偏心凸轮上；多个平衡油缸，多个所述平衡油缸以偏心凸轮的对称轴线为轴对称的布置在偏心凸轮的两侧，平衡油缸的活动端抵靠在偏心凸轮的外轮廓上；液压油泵，所述液压油泵通过输油管路与多个所述平衡油缸相连接，用于驱动所述平衡油缸动作；角度编码器，用于检测所述偏心凸轮或者机器人手臂的角度信号；PLC，用于接收所述角度编码器发送的角度信号，并控制所述液压油泵动作。本发明的效果是：结构紧凑，占用空间小，平衡力矩可自由调整，且随大臂转角变化而动态变化，可实现全工作范围内力矩平衡。

Description

一种机器人关节力矩平衡装置
技术领域
本发明涉及6轴串联工业机器人技术领域，具体的说是串联机器人关节的重力矩平衡装置，更具体的说是一种机器人关节力矩平衡装置。
背景技术
工业机器人特别是6轴串联工业机器人的关节部件主要为驱动电机加上RV减速机，驱动电机固定在底座上，驱动电机的输出轴连接RV减速机的输入端，RV减速机的输出端与机器人手臂固定连接，使用时，通过机器人的控制系统发送指令给驱动电机，驱动电机运转，通过减速机带动机器人手臂以及机器人手臂上固定的目标物体运动。现有技术中，为了将机器人手臂固定在目标位置，主要是采用在驱动电机侧安装抱闸，然后通过抱闸固定驱动电机输出轴的方式来固定机器人手臂。
但是这种方式存在较多的问题：
1、机器人手臂运行过程中，机器人手臂与水平面之间的夹角不断的变化，导致机器人手臂自重以及所提物品的重力产生的合力矩不断的变化，对驱动电机以及减速机带来不断变化的负载冲击，有损驱动电机以及减速机的寿命；
2、机器人手臂运行过程中，如果发生电器系统故障，会导致抱闸失灵，机器人手臂及其所提重物失去抱闸力后在重力的作用下自由摆动，存在安全隐患；
3、工业机器人示教编程作业中，有时需要由人工导引机器人末端执行器(安装于机器人关节结构末端的夹持器、工具、焊枪、喷枪等)，来使机器人完成预期的动作，而现有的结构，操作者需要耗费极大的体力来拉动或者推动机器人手臂来实现示教编程作用，非常的不便。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提出了一种机器人关节力矩平衡装置，致力于解决前述背景技术中的技术问题之一。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
一种机器人关节力矩平衡装置，包括偏心凸轮，所述偏心凸轮的中轴与RV减速机的输出端固定连接，机器人手臂固定在偏心凸轮上；多个平衡油缸，多个所述平衡油缸以偏心凸轮的对称轴线为轴对称的布置在偏心凸轮的两侧，平衡油缸的活动端抵靠在偏心凸轮的外轮廓上；液压油泵，所述液压油泵通过输油管路与多个所述平衡油缸相连接，用于驱动所述平衡油缸动作；角度编码器，用于检测所述偏心凸轮或者机器人手臂的角度信号；PLC，用于接收所述角度编码器发送的角度信号，并控制所述液压油泵输出油压。
作为本发明的进一步的改进，多个所述平衡油缸之间并接，每个平衡油缸与液压油泵相连接的输油管路上均安装有比例调压阀，平衡油缸、输油管路、比例调压阀及液压油泵形成了多个油缸-液压泵回路。
作为本发明的进一步的改进，所述比例调压阀可以根据偏心凸轮所处转角位置，实时调整液压油泵输出压力的功能，保证平衡油压压力随偏心凸轮转角位置变化。
作为本发明的进一步的改进，所述平衡油缸的活动端安装有可转动的接触滚轮，接触滚轮抵靠在凸轮的外轮廓上。
作为本发明的进一步的改进，还包括内外挡板和骨架油封，内外挡板和骨架油封均固定在外壳体上，用于密封凸轮与外壳体之间腔体的润滑油脂。
作为本发明的进一步的改进，还包括外壳体，所述外壳体位于所述偏心凸轮的外部，外壳体固定在RV减速机的壳体上，平衡油缸的固定端与外壳体的内壁固定连接。
作为本发明的进一步的改进，偏心凸轮的对称轴线与机器人手臂的中心线之间的夹角为0°或者180°。
本发明的有益效果是：
本发明的效果是：结构紧凑，占用空间小，平衡力矩可自由调整，且随大臂转角变化而动态变化，可实现全工作范围内力矩平衡。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本具体实施方式的主视图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图2的B-B剖面图；
图4为本具体实施方式的油缸-液压泵回路的局部详图；
图5为本具体实施方式的逻辑框图。
其中，RV减速机-2，外壳体-3，平衡油缸-4，比例调压阀-5，偏心凸轮-6，接触滚轮-7，内外挡板-8,骨架油封-9，机器人手臂-10，液压油泵-11，控制系统-12,角度编码器-13。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1至图5所示，一种机器人关节力矩平衡装置，包括偏心凸轮6，偏心凸轮6的中轴与RV减速机2的输出端固定连接，机器人手臂10固定在偏心凸轮6上，且偏心凸轮6的对称轴线与机器人手臂10的中心线之间呈一个固定的夹角，优选的夹角为0°或者180°。偏心凸轮6外部设有外壳体3，外壳体3固定在RV减速机2壳体上，偏心凸轮6与外壳体3之间布置有多个平衡油缸4，平衡油缸4以偏心凸轮6的对称轴线为轴对称的布置在偏心凸轮6的两侧，平衡油缸4的固定端与外壳体3的内壁固定连接，平衡油缸4的活动端抵靠在偏心凸轮6的外轮廓上。还包括液压油泵11，液压油泵11通过输油管路与多个平衡油缸4相连接，多个平衡油缸4之间并接，每个平衡油缸4与液压油泵11相连接的输油管路上均安装有比例调压阀5，平衡油缸4、输油管路、比例调压阀5及液压油泵11形成了多个油缸-液压泵回路。
比例调压阀5可以根据偏心凸轮6所处转角位置，实时调整液压油泵11输出压力的功能，保证平衡油压压力随偏心凸轮6转角位置变化。
还包括PLC和角度编码器13，角度编码器13、液压油缸、比例调压阀5分别与PLC电性连接，角度编码器13固定安装在偏心凸轮6上或者机器人手臂10上，用于检测偏心凸轮6或者机器人手臂10的角度信号，并将检测信号传递给PLC。优选的，角度编码器13固定安装在偏心凸轮6上，角度编码器13的检测结果直接为偏心凸轮6的角度信号，PLC进行换算后可以直接得出偏心凸轮6的位置信息，角度编码器13也可以安装在机器人手臂10上，因为机器人手臂10固定安装在偏心凸轮6上，角度编码器13检测得到机器人手臂10的角度信息后，根据机器人手臂10的中心线与偏心凸轮6的对称轴线的夹角，进行简单的换算即可得到偏心凸轮6的角度信息，PLC再进行换算后得到偏心凸轮6的位置信息。
进一步的，为了降低平衡油缸4的活动端与凸轮的外轮廓之间的摩擦阻力，在平衡油缸4的活动端安装有可转动的接触滚轮7，接触滚轮7抵靠在凸轮的外轮廓上，进而将机器人手臂10转动过程中凸轮与平衡油缸4之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低摩擦阻力。
该机器人关节力矩平衡装置还包括内外挡板8和骨架油封9，均固定在外壳体3上，用于密封凸轮与外壳体3之间腔体的润滑油脂。
本发明的工作原理是：工作时，操作者向机器人的控制系统12传递指令信息，控制系统12接收到该指令信息后，控制驱动电机运行，通过RV减速机2的传递，带动偏心凸轮6运转，进而驱动机器人手臂10运转，从而实现对机器人手臂10的控制，偏心凸轮6与机器人手臂10运行的过程中，角度编码器13连续的采集偏心凸轮6的角度信息，转换后即可得到偏心凸轮6的位置信息，并将位置信息传递给PLC，PLC接收到角度编码器13传递来的位置信息后，根据偏心凸轮6的位置信息计算平衡力矩，并根据计算结果控制各个油缸-液压泵回路运行，使多个油缸-液压泵回路中液压油缸产生的合力矩能够抵消机器人手臂10自重以及所提物品的重力产生的合力矩，实现实时动态的平衡机器人手臂10及其所提物品产生的合力矩，从而消除或者降低工业机器人运行过程中该合力矩对驱动电机以及RV减速机2的负载冲击。
同样的，当驱动电机未工作状态下，操作者需要拉动或者推动机器人手臂10时，偏心凸轮6与机器人手臂10运行的过程中，角度编码器13连续的采集偏心凸轮6的角度信息，转换后即可得到偏心凸轮6的位置信息，并将位置信息传递给PLC，PLC接收到角度编码器13传递来的位置信息后，根据偏心凸轮6的位置信息计算平衡力矩，并根据计算结果控制各个油缸-液压泵回路运行，使多个油缸-液压泵回路中液压油缸产生的合力矩能够抵消机器人手臂10自重以及所提物品的重力产生的合力矩，从而使操作者能够轻松方便的移动机器人手臂10。
原理公式为：
其中：Fi为液压油缸推力；
Li为对应油缸与凸轮接触点到偏心凸轮6旋转中心的距离；
G为大臂重力；
Lm为大臂重心到偏心凸轮6旋转中心的距离；
mg为所提物品的重力；
L为所提物品的重心到偏心凸轮6旋转中心的距离。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：包括
偏心凸轮，所述偏心凸轮的中轴与RV减速机的输出端固定连接，机器人手臂固定在偏心凸轮上；
多个平衡油缸，多个所述平衡油缸以偏心凸轮的对称轴线为轴对称的布置在偏心凸轮的两侧，平衡油缸的活动端抵靠在偏心凸轮的外轮廓上；
液压油泵，所述液压油泵通过输油管路与多个所述平衡油缸相连接，用于驱动所述平衡油缸动作；
角度编码器，用于检测所述偏心凸轮或者机器人手臂的角度信号；
PLC，用于接收所述角度编码器发送的角度信号，并控制所述液压油泵输出油压。
2.根据权利要求1所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：多个所述平衡油缸之间并接，每个平衡油缸与液压油泵相连接的输油管路上均安装有比例调压阀，平衡油缸、输油管路、比例调压阀及液压油泵形成了多个油缸-液压泵回路。
3.根据权利要求2所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：所述比例调压阀可以根据偏心凸轮所处转角位置，实时调整液压油泵输出压力的功能，保证平衡油压压力随偏心凸轮转角位置变化。
4.根据权利要求1所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：所述平衡油缸的活动端安装有可转动的接触滚轮，接触滚轮抵靠在凸轮的外轮廓上。
5.根据权利要求1所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：还包括内外挡板和骨架油封，内外挡板和骨架油封均固定在外壳体上，用于密封凸轮与外壳体之间腔体的润滑油脂。
6.根据权利要求1所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：还包括外壳体，所述外壳体位于所述偏心凸轮的外部，外壳体固定在RV减速机的壳体上，平衡油缸的固定端与外壳体的内壁固定连接。
7.根据权利要求1所述的机器人关节力矩平衡装置，其特征在于：偏心凸轮的对称轴线与机器人手臂的中心线之间的夹角为0°或者180°。
CN201811025231.2A 2018-09-04 2018-09-04 一种机器人关节力矩平衡装置 Active CN108890695B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811025231.2A CN108890695B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种机器人关节力矩平衡装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811025231.2A CN108890695B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种机器人关节力矩平衡装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108890695A true CN108890695A (zh) 2018-11-27
CN108890695B CN108890695B (zh) 2021-04-23

Family

ID=64359848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811025231.2A Active CN108890695B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种机器人关节力矩平衡装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108890695B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912487A (zh) * 2019-10-28 2020-03-24 北京信息科技大学 一种用于抽油机平衡动态调节融合多级调压节能控制方法
CN113199507A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 杭州新松机器人自动化有限公司 一种混合驱动的工业机器人平衡缸系统及方法
CN114872084A (zh) * 2022-06-30 2022-08-09 浙江大学 一种机器人关节平衡装置
CN116038039A (zh) * 2023-03-27 2023-05-02 湖南中大创远数控装备有限公司 一种具有卸荷装置的齿轮加工机床

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29613275U1 (de) * 1996-07-31 1996-09-19 Gerhard Schubert GmbH, 74564 Crailsheim Kulissensteuerung
CN202510464U (zh) * 2012-03-21 2012-10-31 河北钢铁股份有限公司唐山分公司 一种液压随动重力平衡装置
CN104727372A (zh) * 2015-02-26 2015-06-24 华侨大学 一种工程机械动臂节能驱动系统
CN106363666A (zh) * 2016-12-06 2017-02-01 希美埃（芜湖）机器人技术有限公司 一种机器人手臂重力平衡装置
CN107738275A (zh) * 2017-10-31 2018-02-27 上海理工大学 一种机械臂重力补偿的凸轮拉簧机构
EP3311962A1 (de) * 2016-10-20 2018-04-25 Bucher Hydraulics Erding GmbH Roboter sowie lastausgleichsanordnung für einen roboter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29613275U1 (de) * 1996-07-31 1996-09-19 Gerhard Schubert GmbH, 74564 Crailsheim Kulissensteuerung
CN202510464U (zh) * 2012-03-21 2012-10-31 河北钢铁股份有限公司唐山分公司 一种液压随动重力平衡装置
CN104727372A (zh) * 2015-02-26 2015-06-24 华侨大学 一种工程机械动臂节能驱动系统
EP3311962A1 (de) * 2016-10-20 2018-04-25 Bucher Hydraulics Erding GmbH Roboter sowie lastausgleichsanordnung für einen roboter
CN106363666A (zh) * 2016-12-06 2017-02-01 希美埃（芜湖）机器人技术有限公司 一种机器人手臂重力平衡装置
CN107738275A (zh) * 2017-10-31 2018-02-27 上海理工大学 一种机械臂重力补偿的凸轮拉簧机构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陆由斌 等: "工业机器人平衡缸参数的分析与优化", 《机电产品开发与创新》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912487A (zh) * 2019-10-28 2020-03-24 北京信息科技大学 一种用于抽油机平衡动态调节融合多级调压节能控制方法
CN110912487B (zh) * 2019-10-28 2021-06-08 北京信息科技大学 一种用于抽油机平衡动态调节融合多级调压节能控制方法
CN113199507A (zh) * 2021-04-29 2021-08-03 杭州新松机器人自动化有限公司 一种混合驱动的工业机器人平衡缸系统及方法
CN114872084A (zh) * 2022-06-30 2022-08-09 浙江大学 一种机器人关节平衡装置
CN114872084B (zh) * 2022-06-30 2022-09-23 浙江大学 一种机器人关节平衡装置
CN116038039A (zh) * 2023-03-27 2023-05-02 湖南中大创远数控装备有限公司 一种具有卸荷装置的齿轮加工机床

Also Published As

Publication number Publication date
CN108890695B (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108890695A (zh) 一种机器人关节力矩平衡装置
CN106401561B (zh) 一种皮带式抽油机实时工况诊断方法
CN202952263U (zh) 一种机器人
CN105965503A (zh) 一种适用于盾构机换刀作业的液压机械臂
CN104502011B (zh) 一种多绳提升机钢丝绳张力监测装置
CN102720503A (zh) 一种顶管掘进机主动型自动纠偏装置
CN109397277B (zh) 一种机械臂用节能省力机构
CN105643612B (zh) 一种用于更换螺旋衬板的机器人
US20180001947A1 (en) Railless tugger train
CN107991199A (zh) 一种平面涂层抗冲击性能检测装置
CN110815282A (zh) 一种六自由度液压机械臂
CN201170224Y (zh) 重型齿轮齿条摆动液压缸
CN103291292A (zh) 高效掘进机用横向可伸缩切割装置
CN202955055U (zh) 一种重力平衡装置以及使用该重力平衡装置的工业机器人
CN105386719B (zh) 一种空间全滚动凸轮弹簧式冲击机构
CN107127750A (zh) 一种能在可燃环境下安全工作的液压驱动机械手装置
CN105108777A (zh) 工业机器人第二关节平衡机构
CN205043806U (zh) 工业机器人第二关节平衡机构
CN106184448A (zh) 一种基于巴斯噶蜗线非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构
CN207315399U (zh) 自行式工程机械手
CN109051608A (zh) 一种气动转向输送机
CN104084456B (zh) 波纹管校波机
CN203955783U (zh) 波纹管校波机
CN202704864U (zh) 油缸驱动的集装箱起重机起升机构及集装箱起重机
CN209363537U (zh) 一种锻造操作机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant