CN112388667B - 机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法，其中机器人关节轴驱动结构，包括第一关节轴、第二关节轴，其中所述第一关节轴受控于第一主驱动电机的驱动产生运动，所述第二关节轴受控于第二主驱动电机的驱动产生运动，还包括位置切换装置以及连接于所述位置切换装置上的辅助驱动电机，所述辅助驱动电机能够在所述位置切换装置的作用下被选择地驱动所述第一关节轴或者第二关节轴运转。根据本发明，辅助驱动电机能够被选择驱动第一关节轴或者第二关节轴，有效防止第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载带来的报警停机以及电机损坏后降低生产效率的现象发生。

Description

机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法

技术领域

本发明属于机器人设计技术领域，具体涉及一种机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法。

背景技术

近年来，随着智能装备技术的快速发展，水平四关节机器人被广泛地应用在汽车行业、3C行业等，机器人的工作环境也变得更加复杂。对于现有技术中的水平四关节机器人，其每个关节轴驱动机构大多是由一个电机驱动，单电机驱动系统存在电机损坏后，机器人无法运行、电机工作效率低，机器人负载超出额定负载，在速度超过一定范围后机器人会电机过载报警，降低生产效率、无法满足生产等。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法，辅助驱动电机能够被选择驱动第一关节轴或者第二关节轴，有效防止第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载带来的报警停机以及电机损坏后降低生产效率的现象发生。

为了解决上述问题，本发明提供一种机器人关节轴驱动结构，包括第一关节轴、第二关节轴，其中所述第一关节轴受控于第一主驱动电机的驱动产生运动，所述第二关节轴受控于第二主驱动电机的驱动产生运动，还包括位置切换装置以及连接于所述位置切换装置上的辅助驱动电机，所述辅助驱动电机能够在所述位置切换装置的作用下被选择地驱动所述第一关节轴或者第二关节轴运转。

优选地，所述第一关节轴通过第一减速齿轮与所述第一主驱动电机的动力输出轴驱动连接，所述第二关节轴通过第二减速齿轮与所述第二主驱动电机的动力输出轴驱动连接。

优选地，所述辅助驱动电机处于所述第一减速齿轮与所述第二减速齿轮之间的区域。

优选地，所述机器人关节轴驱动结构还包括与所述第二减速齿轮啮合的传动齿轮，所述辅助驱动电机的动力输出轴能够与所述传动齿轮驱动连接。

优选地，所述位置切换装置包括安装底板以及与所述安装底板连接的第一电磁铁、第二电磁铁，当所述第一电磁铁通电时，所述辅助驱动电机能够驱动所述第一关节轴，当所述第二电磁铁通电时，所述辅助驱动电机能够驱动所述第二关节轴。

优选地，所述第一电磁铁与所述辅助驱动电机之间设有第一复位弹簧，所述第二电磁铁与所述辅助驱动电机之间设有第二复位弹簧。

本发明还提供一种机器人，包括上述的机器人关节轴驱动结构。

本发明还提供一种机器人控制方法，用于控制上述的机器人，包括：

获取第一主驱动电机及第二主驱动电机的运行状态；

根据获取的运行状态控制位置切换装置运行使辅助驱动电机的位置发生切换。

优选地，根据获取的运行状态控制位置切换装置运行使辅助驱动电机的位置发生切换包括：

所述辅助驱动电机具有与第一关节轴驱动连接的第一位置，与第二关节轴驱动连接的第二位置，以及与第一关节轴和第二关节轴脱离驱动连接的中位位置，

当获取的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态时，

控制位置切换装置运行使辅助驱动电机处于所述第一位置；

或者，

当获取的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态时，

控制位置切换装置运行使辅助驱动电机处于所述第二位置；

或者，

当获取的运行状态为主驱动电机正常运行状态时，

控制位置切换装置运行使辅助驱动电机处于所述中位位置。

优选地，获取第一主驱动电机及第二主驱动电机的运行状态，包括：

检测所述第一主驱动电机的第一实时运行电流Isa超过所述第一主驱动电机的最大限制运行电流Ieamax，判定所述第一主驱动电机的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态，当Isa≤Ieamax时，判定所述第一主驱动电机的运行状态为主驱动电机正常运行状态；

或者，

检测所述第二主驱动电机的第二实时运行电流Isb超过所述第二主驱动电机的最大限制运行电流Iebmax，判定所述第二主驱动电机的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态，当Isb≤Iebmax时，判定所述第二主驱动电机的运行状态为主驱动电机正常运行状态。

优选地，当所述机器人由停机状态切换为上电状态时，在获取第一主驱动电机及第二主驱动电机的运行状态之前还包括：

获取TCP末端实时负载Ls并与TCP末端的额定负载Le比较，

当Ls＞Le时，控制所述机器人进入双电机工作模式，并控制所述控制位置切换装置运行使辅助驱动电机处于所述第一位置；

当Ls≤Le时，控制所述机器人进入单电机工作模式，并控制位置切换装置运行使辅助驱动电机处于所述中位位置。

本发明提供的一种机器人关节轴驱动结构、机器人及其控制方法，所述辅助驱动电机能够根据具体的工况被选择性控制驱动所述第一关节轴或者第二关节轴，一方面能够在所述第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载保护时协助对应的第一主驱动电机或者第二主驱动电机共同驱动所述第一关节轴或第二关节轴运转，有效防止对应的主驱动电机过载保护报警导致停机，另一方面则能够在第一主驱动电机或第二主驱动电机损坏故障时替代所述第一主驱动电机或者第二主驱动电机运转驱动对应的第一关节轴或者第二关节轴运转，进而保证机器人能够满足生产任务的需求，并在完成相应的作业任务后再对所述第一主驱动电机或者第二主驱动电机进行维修而不影响生产任务的时间要求，也即采用了本发明的技术方案，能够有效防止第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载带来的报警停机以及电机损坏后降低生产效率的现象发生。

附图说明

图1为本发明一种实施例的机器人关节轴驱动结构的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的机器人的控制方法的步骤示意图。

附图标记表示为：

1、第一关节轴；11、第一主驱动电机；12、第一减速齿轮；2、第二关节轴；21、第二主驱动电机；22、第二减速齿轮；31、位置切换装置；311、安装底板；312、第一电磁铁；313、第二电磁铁；314、第一复位弹簧；315、第二复位弹簧；32、辅助驱动电机；4、传动齿轮；100、基座。

具体实施方式

结合参见图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供一种机器人关节轴驱动结构，包括第一关节轴1、第二关节轴2，其中所述第一关节轴1受控于第一主驱动电机11的驱动产生运动，所述第二关节轴2受控于第二主驱动电机21的驱动产生运动，还包括位置切换装置31以及连接于所述位置切换装置31上的辅助驱动电机32，所述辅助驱动电机32能够在所述位置切换装置31的作用下被选择地驱动所述第一关节轴1或者第二关节轴2运转。该技术方案中，所述辅助驱动电机32能够根据具体的工况被选择性控制驱动所述第一关节轴1或者第二关节轴2，一方面能够在所述第一主驱动电机11或者第二主驱动电机12过载保护时协助对应的第一主驱动电机11或者第二主驱动电机12共同驱动所述第一关节轴1或第二关节轴2运转，有效防止对应的主驱动电机过载保护报警导致停机，另一方面则能够在第一主驱动电机11或第二主驱动电机12损坏故障时替代所述第一主驱动电机11或者第二主驱动电机12运转驱动对应的第一关节轴1或者第二关节轴2运转，进而保证机器人能够满足生产任务的需求，并在完成相应的作业任务后再对所述第一主驱动电机11或者第二主驱动电机12进行维修而不影响生产任务的时间要求，也即采用了本发明的技术方案，能够有效防止第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载带来的报警停机以及电机损坏后降低生产效率的现象发生。

作为一种具体实施方式，以下结合一种水平四关节(轴)机器人对本发明的技术方案进行介绍，具体的，所述第一关节轴1通过基座100安装于相应的预设平台上，所述第一主驱动电机11则被设置于所述基座100具有内部空间内，而由于所述基座100的体积较大且内部具有较大的容纳空间，所述位置切换装置31以及辅助驱动电机32也优选安装于所述基座100的内部，进而使所述机器人的结构更加紧凑。

所述第一关节轴1通过第一减速齿轮12与所述第一主驱动电机11的动力输出轴驱动连接，所述第二关节轴2通过第二减速齿轮22与所述第二主驱动电机21的动力输出轴驱动连接，作为一种简单的实施方式，所述第一减速齿轮12以及所述第二减速齿轮22通过与所述第一主驱动电机11以及所述第二主驱动电机21的输出轴上具有的齿轮部之间的模数比实现减速需求即可，当然，所述第一减速齿轮12以及所述第二减速齿轮22还可以被减速齿轮系替代。

最好的，所述辅助驱动电机32处于所述第一减速齿轮12与所述第二减速齿轮22之间的区域，以能够控制所述辅助驱动电机32产生较小的位移即可以能够被选择地驱动连接所述第一关节轴1或者第二关节轴2。

进一步的，所述机器人关节轴驱动结构还包括与所述第二减速齿轮22啮合的传动齿轮4，所述辅助驱动电机32的动力输出轴能够与所述传动齿轮4驱动连接，所述传动齿轮4可以使所述辅助驱动电机32的运动距离进一步减少，进而减小所述位置切换装置31的尺寸。

作为所述位置切换装置31的一种具体实施方式，优选地，所述位置切换装置31包括安装底板311以及与所述安装底板311连接的第一电磁铁312、第二电磁铁313，当所述第一电磁铁312通电时，所述辅助驱动电机32能够驱动所述第一关节轴1，当所述第二电磁铁313通电时，所述辅助驱动电机32能够驱动所述第二关节轴2，可以理解的，所述第一电磁铁312以及第二电磁铁313在断电时，其不能对所述辅助驱动电机32的位置进行切换变动。作为一种更为优选的技术方案，所述辅助驱动电机32的壳体安装于导轨组件上，以保证其能够在所述第一电磁铁312或者第二电磁铁313的吸力作用下顺畅的切换位置，并对运动轨迹形成限定与导向。所述导轨组件可以理解的包括与所述壳体固定连接的滑块以及与所述安装底板311固定连接的滑轨构成。

最好的，所述第一电磁铁312与所述辅助驱动电机32之间设有第一复位弹簧314，所述第二电磁铁313与所述辅助驱动电机32之间设有第二复位弹簧315，所述第一复位弹簧314与所述第二复位弹簧315在所述第一电磁铁312以及所述第二电磁铁313皆断电时使所述辅助驱动电机32处于居中位置，既不与所述第一关节轴1驱动连接也不与所述第二关节轴2驱动连接。

而可以理解的是，所述第一主驱动电机11、第二主驱动电机21以及辅助驱动电机32则受电机驱动器的驱动，所述电机驱动器则受控于所述机器人的控制模块(例如主控制器)的控制，所述控制模块能够接收各种反馈信号例如传感机制(包括TCP末端负载检测部件)的反馈信号，进而依据相应的控制逻辑运算得到相应的控制信号并发送相应的控制指令至所述电机驱动器进而实现对所述第一主驱动电机11、第二主驱动电机21以及辅助驱动电机32的转速、位置等的具体控制。

根据本发明的实施例，还提供一种机器人，包括上述的机器人关节轴驱动结构。

根据本发明的实施例，还提供一种机器人控制方法，用于控制上述的机器人，包括：

获取第一主驱动电机11及第二主驱动电机21的运行状态；

根据获取的运行状态控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32的位置发生切换。

具体的，根据获取的运行状态控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32的位置发生切换包括：所述辅助驱动电机32具有与第一关节轴1驱动连接的第一位置，与第二关节轴2驱动连接的第二位置，以及与第一关节轴1和第二关节轴2脱离驱动连接的中位位置，当获取的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态时，控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32处于所述第一位置；或者，当获取的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态时，控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32处于所述第二位置；或者，获取的运行状态为主驱动电机正常运行状态时，控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32处于所述中位位置。该技术方案中，通过对所述第一主驱动电机11以及所述第二主驱动电机12的运行状态对所述辅助驱动电机32的位置进行切换从而实现对第一关节轴1或者第二关节轴2的协同驱动或者对所述第一主驱动电机11及第二主驱动电机12的替代驱动，能够有效防止第一主驱动电机或者第二主驱动电机过载带来的报警停机以及电机损坏后降低生产效率的现象发生。

优选地，获取第一主驱动电机11及第二主驱动电机21的运行状态，可以采用检测相应的电机的实时运行电流、实时运行功率、实时运转速度与相应的预设值之间的大小关系予以明确，以检测相应的实时运行电流为例，具体包括：检测所述第一主驱动电机11的第一实时运行电流Isa超过所述第一主驱动电机11的最大限制运行电流Ieamax，判定所述第一主驱动电机11的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态，当Isa≤Ieamax时，判定所述第一主驱动电机11的运行状态为主驱动电机正常运行状态；或者，检测所述第二主驱动电机21的第二实时运行电流Isb超过所述第二主驱动电机21的最大限制运行电流Iebmax，判定所述第二主驱动电机21的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态，当Isb≤Iebmax时，判定所述第二主驱动电机21的运行状态为主驱动电机正常运行状态。

进一步的，当所述机器人由停机状态切换为上电状态时，由于各个关节轴并未实际产生运动，也即所述第一主驱动电机11以及所述第二主驱动电机21由于并未运转而其被实时检测的电流并不能真实反映机器人的真实负载情况，而事实上，所述机器人末端负载却可能存在，基于此，在获取第一主驱动电机11及第二主驱动电机21的运行状态之前还包括：获取TCP末端实时负载Ls并与TCP末端的额定负载Le比较，当Ls＞Le时，控制所述机器人进入双电机工作模式，并控制所述控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32处于所述第一位置，以通过对所述第一关节轴1的驱动实现对末端较大负载的助力克服，也即所述双电机工作模式是指辅助驱动电机32运行的同时运行所述第一主驱动电机11或者第二主驱动电机21；当Ls≤Le时，控制所述机器人进入单电机工作模式，并控制位置切换装置31运行使辅助驱动电机32处于所述中位位置，所述单电机运行模式是指辅助驱动电机32不运行，所述第一主驱动电机11与所述第二主驱动电机21则正常运行。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人关节轴驱动结构，其特征在于，包括第一关节轴(1)、第二关节轴(2)，其中所述第一关节轴(1)受控于第一主驱动电机(11)的驱动产生运动，所述第二关节轴(2)受控于第二主驱动电机(21)的驱动产生运动，还包括位置切换装置(31)以及连接于所述位置切换装置(31)上的辅助驱动电机(32)，所述辅助驱动电机(32)能够在所述位置切换装置(31)的作用下被选择地驱动所述第一关节轴(1)或者第二关节轴(2)运转；所述辅助驱动电机(32)具有与第一关节轴(1)驱动连接的第一位置，与第二关节轴(2)驱动连接的第二位置，以及与第一关节轴(1)和第二关节轴(2)脱离驱动连接的中位位置，当获取的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态时，控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)处于所述第一位置；或者，当获取的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态时，控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)处于所述第二位置；或者，当获取的运行状态为主驱动电机正常运行状态时，控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)处于所述中位位置。

2.根据权利要求1所述的机器人关节轴驱动结构，其特征在于，所述第一关节轴(1)通过第一减速齿轮(12)与所述第一主驱动电机(11)的动力输出轴驱动连接，所述第二关节轴(2)通过第二减速齿轮(22)与所述第二主驱动电机(21)的动力输出轴驱动连接。

3.根据权利要求2所述的机器人关节轴驱动结构，其特征在于，所述辅助驱动电机(32)处于所述第一减速齿轮(12)与所述第二减速齿轮(22)之间的区域。

4.根据权利要求3所述的机器人关节轴驱动结构，其特征在于，还包括与所述第二减速齿轮(22)啮合的传动齿轮(4)，所述辅助驱动电机(32)的动力输出轴能够与所述传动齿轮(4)驱动连接。

5.根据权利要求1所述的机器人关节轴驱动结构，其特征在于，所述位置切换装置(31)包括安装底板(311)以及与所述安装底板(311)连接的第一电磁铁(312)、第二电磁铁(313)，当所述第一电磁铁(312)通电时，所述辅助驱动电机(32)能够驱动所述第一关节轴(1)，当所述第二电磁铁(313)通电时，所述辅助驱动电机(32)能够驱动所述第二关节轴(2)。

6.根据权利要求5所述的机器人关节轴驱动结构，其特征在于，所述第一电磁铁(312)与所述辅助驱动电机(32)之间设有第一复位弹簧(314)，所述第二电磁铁(313)与所述辅助驱动电机(32)之间设有第二复位弹簧(315)。

7.一种机器人，包括机器人关节轴驱动结构，其特征在于，所述机器人关节轴驱动结构为权利要求1至6中任一项所述的机器人关节轴驱动结构。

8.一种机器人控制方法，其特征在于，用于控制权利要求7中所述的机器人，包括：

获取第一主驱动电机(11)及第二主驱动电机(21)的运行状态；

根据获取的运行状态控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)的位置发生切换。

9.根据权利要求8所述的机器人控制方法，其特征在于，获取第一主驱动电机(11)及第二主驱动电机(21)的运行状态，包括：

检测所述第一主驱动电机(11)的第一实时运行电流Isa超过所述第一主驱动电机(11)的最大限制运行电流Ieamax，判定所述第一主驱动电机(11)的运行状态为第一主驱动电机过载状态或者故障状态，当≤Ieamax时，判定所述第一主驱动电机(11)的运行状态为主驱动电机正常运行状态；

或者，

检测所述第二主驱动电机(21)的第二实时运行电流Isb超过所述第二主驱动电机(21)的最大限制运行电流Iebmax，判定所述第二主驱动电机(21)的运行状态为第二主驱动电机过载状态或者故障状态，当Isb≤Iebmax时，判定所述第二主驱动电机(21)的运行状态为主驱动电机正常运行状态。

10.根据权利要求8所述的机器人控制方法，其特征在于，当所述机器人由停机状态切换为上电状态时，在获取第一主驱动电机(11)及第二主驱动电机(21)的运行状态之前还包括：

获取TCP末端实时负载Ls并与TCP末端的额定负载Le比较，

当Ls＞Le时，控制所述机器人进入双电机工作模式，并控制所述控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)处于所述第一位置；

当Ls≤Le时，控制所述机器人进入单电机工作模式，并控制位置切换装置(31)运行使辅助驱动电机(32)处于所述中位位置。

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