CN109312805B - 振动抑制装置及机器人 - Google Patents

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Abstract

一种振动抑制装置(10)及机器人，振动抑制装置(10)安装于一工业机器人的一关节处，包括：外缸体(11)、内缸体(12)、活塞(13)、活塞杆(14)、第一通道(15)以及节流阀(16)；内缸体(12)位于外缸体(11)内部，外缸体(11)、活塞(13)以及活塞杆(14)形成第一工作腔(A)，且第一工作腔(A)上设置有第一油口(a)，活塞杆(14)与内缸体(12)形成第二工作腔(B)，且第二工作腔(B)上设置有第二油口(b)，第一油口(a)及第二油口(b)通过第一通道(15)连通，节流阀(16)设置于第一通道(15)上，用于控制第一通道(15)上液压油的流量，并至少产生一与工业机器人运动相反的力，进而能够以被动阻尼方式抑制机器人运动时产生的振动，使机器人运行平稳。

Description

振动抑制装置及机器人
技术领域
本发明涉及机器人抑振技术领域，特别是涉及一种振动抑制装置及机器人。
背景技术
工业机器人是由电机驱动的运动装置，其中，重型工业机器人（负载90kg以上）的二轴负载相对较大，二轴在低速运行过程中常有振动问题。现有工业机器人的振动抑制的方法一般有规避法及驱动器参数调节法。
对于规避法，在机器人的应用中很难规避某段速度，因而不能从根本上解决振动问题，且限制了机器人的应用场景。
对于驱动器参数调节法，复杂且调试难度大，不一定能得到合适的抑振参数，且对驱动器的性能要求高，中低端的伺服驱动系统难以有效抑制振动。
发明内容
本发明提供一种机器人及振动抑制装置，能够将机器人运动过程中产生的振动转化为液压阻尼进而发热耗散，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
本发明采用的一个技术方案是：提供一种振动抑制装置，所述振动抑制装置安装于一工业机器人的一关节处，所述振动抑制装置包括：外缸体、内缸体、活塞、活塞杆、第一通道以及节流阀；其中，所述内缸体位于所述外缸体内部，所述内缸体一端与所述外缸体底部连接，所述活塞连接所述活塞杆并设置于所述内缸体与所述外缸体之间，所述外缸体、活塞以及所述活塞杆形成第一工作腔，且所述第一工作腔上设置有第一油口，所述活塞杆与所述内缸体形成第二工作腔，且所述第二工作腔上设置有第二油口，所述第一油口及所述第二油口通过所述第一通道连通，所述节流阀设置于所述第一通道上，用于控制所述第一通道上液压油的流量，并至少产生一与所述工业机器人运动相反的力，以抑制所述工业机器人运动时产生的振动，其中，所述节流阀控制所述第一通道上液压油的流量，以使得所述第一工作腔与所述第二工作腔所受压力不相等。
其中，所述第一工作腔与所述第二工作腔的截面积相等，以实现所述振动抑制装置的正反向特性对称。
其中，所述第一油口设置于远离外缸体底部一端的外侧壁。
其中，所述第二油口设置于所述内缸体底部且与所述第二工作腔连通。
其中，所述内缸体上设置有第一凸起，所述第一凸起与所述外缸体的靠近所述第一油口处的开合部卡合所述活塞杆。
其中，所述外缸体的底部与所述内缸体的底部一体或分体形成。
其中，所述第一工作腔所受压力大于所述第二工作腔所受到的压力时，产生的压力差，作用于活塞并带动所述活塞杆朝向靠近所述外缸体底部的方向运动。
其中，所述振动抑制装置设置于所述工业机器人的第二关节处；其中，所述活塞杆连接所述工业机器人的大臂，所述外缸体连接所述工业机器人的机座；所述活塞杆作用于工业机器人大臂，并在所述工业机器人的大臂向前运动时，抑制所述工业机器人产生的振动。
其中，所述第一工作腔所受压力小于所述第二工作腔所受到的压力时，产生的压力差，作用于活塞杆并带动所述活塞向远离所述外缸体底部的方向运动。
其中，所述活塞杆作用于工业机器人的第二关节处，并在所述工业机器人朝向所述第一工作腔、第二工作腔的方向运动时，抑制所述工业机器人产生的振动。
其中，进一步包括由所述外缸体、活塞及所述活塞杆形成的第三工作腔，所述第三工作腔设有第一通孔，且所述第一通孔穿设与所述外缸体。
其中，所述节流阀为双向节流阀和比例节流阀的一种。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种工业机器人，所述工业机器人包括如上述任一所述的振动抑制装置。
其中，所述振动抑制装置设置于所述工业机器人的第二关节处。
本发明的有益效果是：提供一机器人及振动抑制装置，通过将该振动抑制装置安装于一工业机器人的关节处，可以在不需要动力源的情况下，调节节流阀以控制第一通道上液压油的流量产生与工业机器人运动相反的力，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
附图说明
图1是本发明振动抑制装置一横截面的剖面结构示意图；
图2是本发明机器人一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明振动抑制装置一横截面的剖面结构示意图。如图所示，该振动抑制装置10安装于一工业机器人的一关节处，包括：外缸体11、内缸体12、活塞13、活塞杆14、第一通道15以及节流阀16。
其中，内缸体12位于外缸体11内部，内缸体12一端与外缸体11底部连接，活塞13连接活塞杆14并设置于内缸体12与外缸体11之间，以形成一封闭系统。
进一步地，内缸体12上设置有第一凸起121，该第一凸起121与外缸体11的靠近第一油口a处的开合部111卡合活塞杆14，且该活塞杆14的厚度即为外缸体11的开合部111与内缸体12第一凸起121间的距离。具体地，该外缸体11的底部与内缸体12的底部一体或分体形成。在具体实施例中，外缸体11的底部与内缸体12的底部成一体化，或内缸体12为独立设置的部件，并通过固定元件与外缸体11进行固定连接。
优选地，该振动抑制装置10选用单出杆的方式，缩短了其轴向安装空间。即在具体实施例中，活塞杆14设置于远离外缸体11底部的一端。
进一步地，外缸体11、活塞13以及活塞杆14形成第一工作腔A。具体地，该第一工作腔A的截面可以为环形。可选地，第一工作腔A上设置有第一油口a，且该第一油口a贯穿于外缸体11的外侧壁。本实施例中，第一油口a开设于远离外缸体11底部的一端的外侧壁。
进一步地，活塞杆14与内缸体12形成第二工作腔B。具体地，该第二工作腔B的截面可以为圆形。优选地，第二工作腔B上设置有第二油口b，且该第二油口b设置于外缸体11与内缸体12底部且与第二工作腔B连通。
可选地，第一油口a及第二油口b通过第一通道15连接。进一步地，节流阀16设置于第一通道15上，用于控制第一通道15上液压油的流量。
在具体实施例中，通过设置第一工作腔A的内外径的尺寸以及第二工作腔B的尺寸，以使得第一工作腔A及第二工作腔B的作用面积相等，以实现该振动抑制装置10的正反向特性对称。可选地，当二者作用面积相等且通过第一通道15连通时，可形成一闭式液压系统，且无需外部供油。也就是说当第一工作腔A及第二工作腔B的作用面积相等，液压油从第一工作腔A或第二工作腔B经由第一通道流向第二工作腔B或第一工作腔A时，不需要外部储油系统便可以实现两工作腔液压油量的平衡。
进一步地，节流阀16用于控制第一通道15上液压油的流量。其中，节流阀16可以为包括但不限于双向节流阀和比例节流阀。其中，双向节流阀流通过改变其截面或节流长度可以对液压回路中液压油从第一工作腔A流向第二工作腔B以及液压油由从第二工作腔B流向第一工作腔A的液压油流量都进行节流控制。可选地，比例节流阀即为在普通节流阀的基础上，利用电、机械比例转换器对节流阀口进行控制。
可选地，节流阀16对第一通道15上液压油的流量控制主要是指对该液压油的流向、速度以及加减速度的控制，并产生作用于活塞13及活塞杆14的作用力，以抑制工业机器人运动时产生的振动。
此外，该振动抑制装置还进一步包括由外缸体11、活塞13及活塞杆14形成的第三工作腔C，且该第三工作腔C设置有第一通孔c，且第一通孔c设置于靠近外缸体11的底部一端的外侧壁，且第一油口a与第一通孔c相对设置，以使得所述第一工作腔A密封。
具体地，该第三工作腔C通过第一通孔c与外界连接，即该第三工作腔C为空气腔。进一步地，可以在第一通孔c处放置净化装置，具体可以是空气滤芯，以保证该振动抑制装置10内部空气洁净。
在本发明一应用场景中，该振动抑制装置10安装于一工业机器人的第二关节处。其中，活塞杆14连接工业机器人的大臂，外缸体11连接工业机器人的机座，且该振动抑制装置10会随着该机器人的第二关节向前或向后相对运动。进一步地，该工业机器人包括但不限于六轴机器人，且在其它实施例中，该振动抑制装置也可以安装于工业机器人的其它关节处，此处本发明不作具体限定。
进一步地，所述振动抑制装置10中不包括动力源，即在该机器人的运动的过程中，振动抑制装置10会随着该机器人的运动而产生相对位移。
具体地，可以分为如下两种情况：
1. 工业机器人的大臂向后运动。
机器人的大臂向后运动时，会受到该振动抑制装置10的阻尼作用，将机器人大臂及前端的振动通过阻尼作用转化为热量。其中，节流阀16起能量转化的作用，将振动转化为液压阻尼进而发热耗散，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
具体原理如下，节流阀16控制第一通道15上液压油的流量，以使得第一工作腔A与第二工作腔B所受压力不相等。当第一工作腔A所受压力小于第二工作腔B所受到的压力时，产生一压力差，该压力差作动活塞杆14并带动活塞13向远离外缸体底部的方向运动。
进一步地，该活塞杆14作用于工业机器人的第二关节处，并在工业机器人的大臂向后运动时，抑制工业机器人产生的振动，需要说明的是，该压力差作动活塞杆运动的方向与该工业机器人的运动方向相反。
2. 工业机器人的大臂向前运动。
当机器人的大臂向前运动时，会受到该振动抑制装置10的阻尼作用，将机器人大臂及前端的振动通过阻尼作用转化为热量。其中，节流阀16起能量转化的作用，将振动转化为液压阻尼进而发热耗散，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
当第一工作腔A所受压力大于第二工作腔所B受到的压力时，产生一压力差，该压力差作动活塞13并带动活塞杆14朝向第一工作腔A、第二工作腔B的方向运动。
进一步地，该活塞杆14作用于工业机器人的第二关节处，并在工业机器人的大臂向前运动时，抑制所述工业机器人产生的振动，需要说明的是，该压力差作动活塞运动的方向与该工业机器人的运动方向相反。
上述实施方式，通过将该振动抑制装置安装于一工业机器人的关节处，可以在不需要动力源的情况下，调节节流阀以控制第一通道上液压油的流量产生与工业机器人运动相反的力，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
请参阅图2，图2是本发明机器人一实施方式的结构示意图。如图所示，该工业机器人20包括上述任一所述的振动抑制装置10，且该振动抑制装置10安装于工业机器人20的关节处，用于抑制工业机器人20在运动过程中产生的振动。
可选地，该振动抑制装置10安装于工业机器人20的第二关节处，当然在其它实施例中，也可以是其他关节处，本发明不作具体限定。进一步地，该工业机器人包括但不限于六轴机器人。其中，该振动抑制装置10的具体结构参见上文，此处不再赘述。
综上所述，本领域技术人员容易理解，本发明提供一种机器人及振动抑制装置，通过将该振动抑制装置安装于一工业机器人的关节处，可以在不需要动力源的情况下，调节节流阀以控制第一通道上液压油的流量产生与工业机器人运动相反的力，以被动阻尼方式使机器人运行平稳。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种振动抑制装置，所述振动抑制装置安装于一工业机器人的一关节处，其中，所述振动抑制装置包括：外缸体、内缸体、活塞、活塞杆、第一通道以及节流阀；
其中，所述内缸体位于所述外缸体内部，所述内缸体一端与所述外缸体底部连接，所述活塞连接所述活塞杆并设置于所述内缸体与所述外缸体之间，所述外缸体、活塞以及所述活塞杆形成第一工作腔，且所述第一工作腔上设置有第一油口，所述活塞杆与所述内缸体形成第二工作腔，且所述第二工作腔上设置有第二油口，所述第一油口及所述第二油口通过所述第一通道连通，所述节流阀设置于所述第一通道上，用于控制所述第一通道上液压油的流量，并至少产生一与所述工业机器人运动相反的力，以抑制所述工业机器人运动时产生的振动；
其中，所述节流阀控制所述第一通道上液压油的流量，以使得所述第一工作腔与所述第二工作腔所受压力不相等；
其中，所述第一工作腔与所述第二工作腔的作用面积相等，以实现所述振动抑制装置的正反向特性对称；
其中，当所述第一工作腔与所述第二工作腔的作用面积相等且通过所述第一通道连通时，形成闭式液压系统以使得无需外部储油系统即可实现所述第一工作腔与所述第二工作腔的液压油量的平衡。
2.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述第一油口设置于远离外缸体底部一端的外侧壁。
3.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述第二油口设置于所述内缸体底部且与所述第二工作腔连通。
4.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述内缸体上设置有第一凸起，所述第一凸起与所述外缸体的靠近所述第一油口处的开合部卡合所述活塞杆。
5.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述外缸体的底部与所述内缸体的底部一体或分体形成。
6.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述第一工作腔所受压力大于所述第二工作腔所受到的压力时，产生的压力差，作用于活塞并带动所述活塞杆朝向靠近所述外缸体底部的方向运动。
7.根据权利要求6所述的振动抑制装置，其中，所述振动抑制装置设置于所述工业机器人的第二关节处；
其中，所述活塞杆连接所述工业机器人的大臂，所述外缸体连接所述工业机器人的机座；
所述活塞杆作用于工业机器人大臂，并在所述工业机器人的大臂向前运动时，抑制所述工业机器人产生的振动。
8.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述第一工作腔所受压力小于所述第二工作腔所受到的压力时，产生的压力差，作用于活塞杆并带动所述活塞向远离所述外缸体底部的方向运动。
9.根据权利要求8所述的振动抑制装置，其中，所述活塞杆作用于工业机器人的第二关节处，并在所述工业机器人的大臂向后运动时，抑制所述工业机器人产生的振动。
10.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，进一步包括由所述外缸体、活塞及所述活塞杆形成的第三工作腔，所述第三工作腔设有第一通孔，且所述第一通孔穿设于所述外缸体。
11.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其中，所述节流阀为双向节流阀和比例节流阀中的一种。
12.一种工业机器人，其中，所述工业机器人包括如权利要求1-11任一所述的振动抑制装置。
13.根据权利要求12所述的机器人，其中，所述振动抑制装置设置于所述工业机器人的第二关节处。
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