CN110605739B - 一种工业机器人关节主动减振装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人关节主动减振装置，包括壳体、挡环部、连接元件、弹性元件和主动阻尼减振组件；其中，挡环部设于所述壳体的内侧壁上；连接元件相配合嵌套于所述挡环部的内圈内且可相对挡环部旋转；弹性元件嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的右端面上；主动阻尼减振组件嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的左端面上。本发明提供的工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用；还提供一种具有该工业机器人关节主动减振装置的机器人。

Description

一种工业机器人关节主动减振装置和机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人关节主动减振装置；还涉及一种具有该工业机器人关节主动减振装置的机器人。

背景技术

随着我国制造业由制造大国向制造强国的转变，工业机器人无可替代地在其中扮演着至关重要的角色，但是机器人在运行过程中难免会产生振动，尤其是急加速急减速时产生的振动，同时机器人臂在停止时产生的颤振影响也较大，如果这些振动过大，不但对零部件造成损害，使其使用寿命缩短，而且进一步影响整机性能，使可靠性大幅度降低。为了减小机器人运行时产生的振动，各大厂商及科研院所采取了各种减振手段，归纳起来，主要由三类：主动、半主动、被动减振方法，其中主动减振控制主要通过控制算法来减小振动，但可靠性较差，算法结合智能减振材料减振则相对更少；半主动减振控制主要通过控制增加的电机等减振部件来减小振动，但体积较大，结构复杂，成本较高；被动减振主要通过橡胶材料来减小振动，虽然结构简单，成本低廉，但存在减振效果差，橡胶材料本身不稳定等缺点。

申请号为201711185460.6的专利公开了一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，此专利主要由外圈、内圈、金属橡胶等组成，虽然也能对机器人关节驱动时起到减振的作用，但实时减振效果相对较差，不能迅速衰减振动，而且缓冲振动作用也不是很好。

申请号为201711182977.X的专利公开了柔性机器人关节上能力矩的紧凑型金属橡胶弹性元件，此专利主要由外圈、内圈、金属橡胶、多个电阻式应变片组成，虽然也能减振，并利用电阻式应变片测量力矩，但减振效果有限，衰减振动速度相对较慢。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用的工业机器人关节主动减振装置；还提供一种具有该工业机器人关节主动减振装置的机器人。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种工业机器人关节主动减振装置，包括壳体；还包括：

挡环部，其设于所述壳体的内侧壁上；

连接元件，其相配合嵌套于所述挡环部的内圈内且可相对挡环部旋转；

弹性元件，其嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的右端面上；

主动阻尼减振组件，其嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的左端面上。

进一步地，所述挡环部包括：

至少两块圆弧挡环支撑部，其均设于所述壳体的内侧壁上且沿同一圆周均匀分布；相邻的两块所述圆弧挡环支撑部的端部之间设有定位卡口；

两块挡块，其对应每块圆弧挡环支撑部分别设于该圆弧挡环支撑部的左右端面上且分别与所述壳体的内侧壁连接；

所述连接元件包括：

法兰本体，其相配合嵌设于所述挡环部的内圈内且可相对所述挡环部旋转；

至少两个第一卡挡部，其对应每个定位卡口设置于所述法兰本体左端的外侧壁上且相配合穿过所述定位卡口与所述圆弧挡环支撑部的左端面同一侧，并随所述法兰本体相对所述挡环部同步旋转；

至少两个第二卡挡部，其设于所述法兰本体右端的外侧壁上且与所述圆弧挡环支撑部的右端面同一侧，并随所述法兰本体相对所述挡环部同步旋转；

所述主动阻尼减振组件具有至少四个；

每个所述主动阻尼减振组件对应嵌套于每个所述壳体、法兰本体、圆弧挡环支撑部、挡块和第一卡挡部之间形成的空腔内；

所述弹性元件具有至少四个；

每个所述弹性元件对应嵌套于每个所述壳体、法兰本体、圆弧挡环支撑部、挡块和第二卡挡部之间形成的空腔内。

进一步地，所述第一卡挡部的外侧壁和第二卡挡部的外侧壁均与所述壳体的内侧壁相配合接触。

进一步地，所述圆弧挡环支撑部具有两个。

进一步地，所述第一卡挡部具有两个；所述第二卡挡部具有两个；相邻的第一卡挡部和第二卡挡部的垂直投影之间延伸相交形成的夹角为90度。

进一步地，所述第一卡挡部相对所述法兰本体由小渐大向外延伸。

进一步地，所述弹性元件为减振弹簧。

进一步地，所述主动阻尼减振组件包括磁流变弹性体和电磁线圈；所述磁流变弹性体嵌套于所述电磁线圈内。

进一步地，还包括设于所述壳体的左右端面上的左端盖和右端盖；所述左端盖通过螺钉与所述壳体连接；所述右端盖通过螺钉与所述壳体连接；所述右端盖具有与所述壳体的腔体相连通的通口。

本申请还公开一种机器人，包括上述所述的工业机器人关节主动减振装置。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的工业机器人关节主动减振装置通过在壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且分别在挡环部的左右端面上设置主动阻尼减振组件和弹性元件，利用主动阻尼减振组件和弹性元件并联的方式，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的工业机器人关节主动减振装置的分解图。

图2是本发明的工业机器人关节主动减振装置的壳体和挡环部的俯视图。

图中包括：

壳体1、挡环部2、圆弧挡环支撑部21、挡块22、定位卡口23、连接元件3、法兰本体31、第一卡挡部32、第二卡挡部33、弹性元件4、主动阻尼减振组件5、磁流变弹性体51、电磁线圈52、左端盖6、右端盖7。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图2，一种工业机器人关节主动减振装置，包括壳体1、挡环部2、连接元件3、弹性元件4和主动阻尼减振组件5。其中，所述壳体1具有一腔体；该腔体呈圆柱状。挡环部2设于所述壳体1的内侧壁上且位于所述腔体内；连接元件3相配合嵌套于所述挡环部2的内圈内且可相对挡环部2旋转；弹性元件4嵌套于所述壳体1、连接元件3和挡环部2之间形成的空腔内且位于所述挡环部2的右端面上；主动阻尼减振组件5嵌套于所述壳体1、连接元件3和挡环部2之间形成的空腔内且位于所述挡环部2的左端面上。

该工业机器人关节主动减振装置通过在壳体1、连接元件3和挡环部2之间形成的空腔内且分别在挡环部2的左右端面上设置主动阻尼减振组件5和弹性元件4，利用主动阻尼减振组件5和弹性元件4并联的方式，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

所述弹性元件4为减振弹簧。通过减振弹簧作为弹性元件4，使该弹性元件4具有良好的弹性作用，避免以本身不稳定的橡胶作为弹性元件4，导致弹性元件4出现减振效果差的问题，有助于提高该工业机器人关节主动减振装置的减振能力，具有良好的减振效果。

所述主动阻尼减振组件5包括磁流变弹性体51和电磁线圈52；所述磁流变弹性体51嵌套于所述电磁线圈52内。该主动阻尼减振组件5采用磁流变弹性体51作为智能减振材料，这种智能减振材料具有：响应快、能量需求小、结构相对简单、阻尼特性可无级可调、无磁流变液沉降问题等优点，通过改变电磁线圈52电流的大小，使磁场强度发生改变，进而改变磁性颗粒的物理形态，使磁流变弹性体51阻尼特性发生变化。在机器人运行时，由于减速机与连接元件3连接，即连接元件3与减速机同步运动，该主动阻尼减振组件5与弹性元件4相结合，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

具体的，所述挡环部2包括圆弧挡环支撑部21和挡块22。其中，至少两块圆弧挡环支撑部21均设于所述壳体1的内侧壁上且沿同一圆周均匀分布；相邻的两块所述圆弧挡环支撑部21的端部之间设有定位卡口23；两块挡块22对应每块圆弧挡环支撑部21分别设于该圆弧挡环支撑部21的左右端面上且分别与所述壳体1的内侧壁连接；所述连接元件3包括法兰本体31和第一卡挡部32。其中，法兰本体31相配合嵌设于所述挡环部2的内圈内且可相对所述挡环部2旋转；至少两个第一卡挡部32对应每个定位卡口23设置于所述法兰本体31左端的外侧壁上且相配合穿过所述定位卡口23与所述圆弧挡环支撑部21的左端面同一侧，并随所述法兰本体31相对所述挡环部2同步旋转；至少两个第二卡挡部33，其设于所述法兰本体31右端的外侧壁上且与所述圆弧挡环支撑部21的右端面同一侧，并随所述法兰本体31相对所述挡环部2同步旋转；所述主动阻尼减振组件5具有至少四个；每个所述主动阻尼减振组件5对应嵌套于每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第一卡挡部32之间形成的空腔内；所述弹性元件4具有至少四个；每个所述弹性元件4对应嵌套于每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第二卡挡部33之间形成的空腔内。

该工业机器人关节主动减振装置通过设置至少两块圆弧挡环支撑部21，则对应的位于圆弧挡环支撑部21左右端面的挡块22各具有至少两块，对应的定位卡口23至少有两个，对应的第一卡挡部32至少有两个，对应的第二卡挡部33至少有两个；进而使所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第二卡挡部33之间形成的空腔具有至少四个，使每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第一卡挡部32之间形成的空腔具有至少四个；将每个所述弹性元件4对应嵌套于每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第二卡挡部33之间形成的空腔内，再通过每个所述主动阻尼减振组件5对应嵌套于每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第一卡挡部32之间形成的空腔内，保证所需的精度。

通过至少四个弹性元件4和主动阻尼减振组件5共同作用，利用主动阻尼减振组件5和弹性元件4并联的方式相结合，在机器人运行时，由于减速机与连接元件3连接，即连接元件3与减速机同步运动，带动第一卡挡部32和第二卡裆部同步旋转，通过挡块22和第二卡挡部33压缩弹性元件4，使弹性元件4发生变形，刚度特性发生改变，从而起到缓冲振动冲击的作用，同时，机器人的控制器通过接收安装在机器人臂上的振动加速度信号，尤其是急加速急减速产生的振动，根据振动加速度信号大小，控制器计算出当前需施加到电磁线圈52上电流的大小，通过改变缠绕在磁流变弹性体51上电磁线圈52电流的大小，使磁场强度发生改变，进而改变磁流变弹性体51内磁性颗粒的物理形态，使其阻尼特性发生变化，最终起到快速衰减机器人运行时产生的振动，特别是急加速急减速产生的振动以及机器人臂在停止时产生的颤振，同时又能起到缓冲振动冲击的作用，使机器人运行时平稳性更好，以此改善机器人运行时的噪声振动水平，从而提高机器人整体性能。

优选的，所述第一卡挡部32的外侧壁和第二卡挡部33的外侧壁均与所述壳体1的内侧壁相配合接触。通过这样的方式设置第一卡挡部32和壳体1之间的关系、第二卡挡部33和壳体1之间的关系，使该工业机器人关节主动减振装置形成紧凑的结构，改变了常规机器人关节减振零部件尺寸偏大的问题。

为了提高连接元件3在壳体1内的稳定性，所述第一卡挡部32相对所述法兰本体31由小渐大向外延伸。通过设置第一卡挡部32相对所述法兰本体31由小渐大向外延伸，则对应的定位卡口23也相对圆弧挡环支撑部21的外侧壁由大渐小向内延伸，呈类似扇形状，在机器人运行时，连接元件3随减速机同步运动，带动第一卡挡部32和第二卡裆部同步旋转，与挡块22相结合，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

在本具体实施方式中，所述圆弧挡环支撑部21具有两个。然而，可知对应的位于圆弧挡环支撑部21左右端面的挡块22各具有两块，对应的定位卡口23有两个，对应的第一卡挡部32有两个，对应的第二卡挡部33有两个；进而使所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第二卡挡部33之间形成的空腔具有四个，使每个所述壳体1、法兰本体31、圆弧挡环支撑部21、挡块22和第一卡挡部32之间形成的空腔具有四个；通过四个弹性元件4和主动阻尼减振组件5共同作用，利用主动阻尼减振组件5和弹性元件4并联的方式相结合，在机器人运行时，由于减速机与连接元件3连接，即连接元件3与减速机同步运动，带动第一卡挡部32和第二卡裆部同步旋转，通过挡块22和第二卡挡部33压缩弹性元件4，使弹性元件4发生变形，刚度特性发生改变，从而起到缓冲振动冲击的作用，同时，机器人的控制器通过接收安装在机器人臂上的振动加速度信号，尤其是急加速急减速产生的振动，根据振动加速度信号大小，控制器计算出当前需施加到电磁线圈52上电流的大小，通过改变缠绕在磁流变弹性体51上电磁线圈52电流的大小，使磁场强度发生改变，进而改变磁流变弹性体51内磁性颗粒的物理形态，使其阻尼特性发生变化，最终起到快速衰减机器人运行时产生的振动，特别是急加速急减速产生的振动以及机器人臂在停止时产生的颤振，同时又能起到缓冲振动冲击的作用，使机器人运行时平稳性更好，以此改善机器人运行时的噪声振动水平，从而提高机器人整体性能。

当然，根据需求，圆弧挡环支撑部21可以具有3个、4个等，则对应的定位卡口23、第一卡挡部32、第二卡挡部33、挡块22等结构的数量发生相应的变化，使主动阻尼减振组件5和弹性元件4相结合，在机器人的运行中，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

优选的，所述第一卡挡部32具有两个；所述第二卡挡部33具有两个；相邻的第一卡挡部32和第二卡挡部33的垂直投影之间延伸相交形成的夹角为90度。通过这样设置第一卡挡部32和第二卡挡部33，以此把挡环部2的左右两个大腔体各分割为4个小腔体，以便于安装弹性元件4和主动阻尼减振组件5。

该工业机器人关节主动减振装置还包括设于所述壳体1的左右端面上的左端盖6和右端盖7；所述左端盖6通过螺钉与所述壳体1连接；所述右端盖7通过螺钉与所述壳体1连接；所述右端盖7具有与所述壳体1的腔体相连通的通口。左端盖6上均布有8个螺栓孔，以便与机器人臂和壳体1连接，同时起到密封作用，不致受到外界影响。而右端盖7上均布有8个螺栓孔，以便与壳体1连接，且右端盖7为中空结构，以便使减速机通过安装。

本申请公开的工业机器人关节主动减振装置的工作原理如下：

在机器人运行时，由于减速机与连接元件3连接，即连接元件3与减速机同步运动，带动第一卡挡部32和第二卡裆部同步旋转，通过挡块和第二卡挡部33压缩弹性元件4，使弹性元件4发生变形，刚度特性发生改变，从而起到缓冲振动冲击的作用，同时，机器人的控制器通过接收安装在机器人臂上的振动加速度信号，尤其是急加速急减速产生的振动，根据振动加速度信号大小，控制器计算出当前需施加到电磁线圈52上电流的大小，通过改变缠绕在磁流变弹性体51上电磁线圈52电流的大小，使磁场强度发生改变，进而改变磁流变弹性体51内磁性颗粒的物理形态，使其阻尼特性发生变化，最终起到快速衰减机器人运行时产生的振动，特别是急加速急减速产生的振动以及机器人臂在停止时产生的颤振，同时又能起到缓冲振动冲击的作用，使机器人运行时平稳性更好，以此改善机器人运行时的噪声振动水平，从而提高机器人整体性能。

本申请还公开一种机器人，包括上述所述的工业机器人关节主动减振装置。通过在该机器人上设置该工业机器人关节主动减振装置，不仅能快速衰减机器人运行时产生的振动，尤其是机器人急加速急减速时产生的振动与机器人臂在停止时产生的颤振，而且能缓冲机器人运行时产生的冲击，使该工业机器人关节主动减振装置既能实现减振又能实现缓冲，起到良好的缓冲振动冲击的作用，平稳性更好。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种工业机器人关节主动减振装置，包括壳体；其特征在于，还包括：

挡环部，其设于所述壳体的内侧壁上；

连接元件，其相配合嵌套于所述挡环部的内圈内且可相对挡环部旋转；

弹性元件，其嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的右端面上；

主动阻尼减振组件，其嵌套于所述壳体、连接元件和挡环部之间形成的空腔内且位于所述挡环部的左端面上；

所述挡环部包括：

至少两块圆弧挡环支撑部，其均设于所述壳体的内侧壁上且沿同一圆周均匀分布；相邻的两块所述圆弧挡环支撑部的端部之间设有定位卡口；

两块挡块，其对应每块圆弧挡环支撑部分别设于该圆弧挡环支撑部的左右端面上且分别与所述壳体的内侧壁连接；

所述连接元件包括：

法兰本体，其相配合嵌设于所述挡环部的内圈内且可相对所述挡环部旋转；

至少两个第一卡挡部，其对应每个定位卡口设置于所述法兰本体左端的外侧壁上且相配合穿过所述定位卡口与所述圆弧挡环支撑部的左端面同一侧，并随所述法兰本体相对所述挡环部同步旋转；

至少两个第二卡挡部，其设于所述法兰本体右端的外侧壁上且与所述圆弧挡环支撑部的右端面同一侧，并随所述法兰本体相对所述挡环部同步旋转；

所述主动阻尼减振组件具有至少四个；

每个所述主动阻尼减振组件对应嵌套于每个所述壳体、法兰本体、圆弧挡环支撑部、挡块和第一卡挡部之间形成的空腔内；

所述弹性元件具有至少四个；

每个所述弹性元件对应嵌套于每个所述壳体、法兰本体、圆弧挡环支撑部、挡块和第二卡挡部之间形成的空腔内；

所述弹性元件为减振弹簧。

2.根据权利要求1所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，所述第一卡挡部的外侧壁和第二卡挡部的外侧壁均与所述壳体的内侧壁相配合接触。

3.根据权利要求1所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，所述圆弧挡环支撑部具有两个。

4.根据权利要求3所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，所述第一卡挡部具有两个；所述第二卡挡部具有两个；相邻的第一卡挡部和第二卡挡部的垂直投影之间延伸相交形成的夹角为90度。

5.根据权利要求1所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，所述第一卡挡部相对所述法兰本体由小渐大向外延伸。

6.根据权利要求1所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，所述主动阻尼减振组件包括磁流变弹性体和电磁线圈；所述磁流变弹性体嵌套于所述电磁线圈内。

7.根据权利要求1所述的工业机器人关节主动减振装置，其特征在于，还包括设于所述壳体的左右端面上的左端盖和右端盖；所述左端盖通过螺钉与所述壳体连接；所述右端盖通过螺钉与所述壳体连接；所述右端盖具有与所述壳体的腔体相连通的通口。

8.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的工业机器人关节主动减振装置。