CN114179123A - 一种恒温机器人机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种恒温机器人机械臂，包括传动安装在机器人上的大臂，大臂的一端传动安装有小臂，所述大臂上安装有用于对大臂内部进行通风的风机，所述大臂包括大臂壳体及内部的安装腔构成，所述大臂壳体包括内壁与外壁及其中间的夹层组成，所述夹层内靠近内壁的一侧设置有对安装腔进行散热的热交换组件，所述夹层内靠近外壁的一侧设置有水冷机构，所述热交换组件与水冷机构之间通过挡板隔断；本发明采用上述技术方案，具有散热更全面、效果更好的优点，提高机械臂的使用寿命，能够快速地进行机械臂散热，达到冷却效率最高的工作状态，横截面形状呈波纹状的挡板能够最大化增大水与超临界流体的热交换面积，还能够起到加强夹层结构强度的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械臂，尤其涉及一种恒温机器人机械臂。
背景技术
随着现在科技的发展，机器人在很多行业中得到了关注，目前机器人已经能够代替人来完成很多危险、繁杂的事情，尤其是在工业生产者，机器人的出现极大程度上增加了制造业的生产效率，并且节省了人工、压缩成本使企业利益最大化。
但是现阶段的机器人在工作过程中，其多数动作是由电机提供动力，通过液压泵等伸缩杆式传动机构来完成更多的动作，这些装置在运转中会产生热量，若无法及时对这些热能进行冷却，过热的装置会因为电阻持续增大而增加负担，长时间的负荷工作会导致机器停运甚至损坏，尤其是在天气炎热的夏天，大气温度很高，车间内的温度会更高；如果在太阳直晒情况下，机械臂的外壳温度会高于其内部的温度，对其内部的各类装置造成的负荷更大，更不利于长时间的运转。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种恒温机器人机械臂，以解决上述背景技术中提出机械臂无法冷却的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种恒温机器人机械臂，包括传动安装在机器人上的大臂，大臂的一端传动安装有小臂，所述大臂上安装有用于对大臂内部进行通风的风机，所述大臂包括大臂壳体及内部的安装腔构成，所述大臂壳体包括内壁与外壁及其中间的夹层组成，所述夹层内靠近内壁的一侧设置有对安装腔进行散热的热交换组件，所述夹层内靠近外壁的一侧设置有水冷机构，所述热交换组件与水冷机构之间通过挡板隔断。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：
热交换组件包括安装在所述大臂壳体外部的液压泵以及设置在夹层内靠近内壁的一侧的介质流道，所述液压泵的输出端与所述介质流道的一端相连通，所述液压泵的输入端与介质流道的另一端相连通。
进一步的：所述介质流道呈环形布设在夹层内且贯穿整个夹层。
进一步的：所述水冷机构包括固定安装在所述大臂壳体外部的水泵及设置在夹层内靠近外壁一侧的水流通道，所述所述水泵的输出端与所述水流通道的一端相连通，所述水泵的输入端与水流通道的另一端相连通。
进一步的：所述水泵的输入端设置有用于对水进行冷却的小型制冷机。
进一步的：所述热交换组件与所述水冷机构的循环方向相反。
进一步的：所述挡板的横截面形状呈波纹状。
进一步的：所述介质流道内住满用于对安装腔内部热量进行热交换的超临界流体。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，该方案使用超临界流体作为热交换介质，因超临界流体具有具有十分独特的物理性质，它对温度和压力的改变十分敏感，其黏度低、密度大，有良好的流动、传质、传热和溶解性能，因此作为热循环介质具有优异的效果，在本实施例中，作为热交换的介质是最佳材料。
安装在安装腔内的驱动装置在工作中会产生热量，这部分热量在工作腔内很难被排出，因此使用风机对安装腔进行通气，会使安装腔内的空气紊乱，这些热量会被紊乱的气流带动不断地与内壁相接触，并将热能传导给内壁，内壁吸收一部分热能后，再将这部分热能传输给位于介质流道内的超临界流体，超临界流体在液压泵的带动下在介质流道内循环，不断地将内壁上的热量进行交换。
使用风机对安装腔内部进行通风，这样会使安装腔内的气流紊乱，将驱动装置上的热量的带走，并且紊乱的气流会穿梭到驱动装置的各个部位，将每个部位的热量均带走，具有散热更全面、效果更好的优点，并且内壁使用铜制成，因为铜的导热系数仅次于金、银，并且价格相对低廉，因此是最佳的导热材料，其中超临界流体作为新型材料，他的热传导性好并且可以流动，能够快速吸收内壁上的热能，因此作为热交换介质具有很好地效果。
通过小型制冷机将水进行冷却，在超临界流体吸收一部分热后，会通过温度较低的水将热量散去，需要说明的是，使用超临界流体作为介质对安装腔进行降温，而不直接使用水进行降温，是因为超临界流体的导热性比水的导热性更好，能够更快的将热量吸收，以达到快速将安装腔内进行降温的目的，并且作为性价比最高的传导材料铜在遇到水的时候容易发生氧化，氧化后的铜导热性能极差，因此选择使用超临界流体与内壁接触，不会造成铜的氧化，保证内壁的使用寿命。
所述热交换组件与所述水冷机构的循环方向还可以呈相反方向布设，所述超临界流体朝向一侧流动，安装腔内的气流可能会将热量集中于部分内壁上，这样超临界流体朝末端的温度会明显低于前端的温度，而水的前端温度会明显低于末端，在实际工作中，前端的较高温度的超临界流体通过温度较高的水带走部分热量，并且位于该位置的水由于温度较高，与外界的热交换效率与位于前端的温度较低的水相比较，具有分子更活跃的物理特性，因此该位置的水具有更好的散热性，能够通过外壁将部分热量散出，减小小型冷却器的工作压力，在一定程度上减小了能源。
在工作中还能出现另外一种可能，安装腔内紊乱的气流可能会将热量均匀地传输给内壁，是超临界流体在介质流道内流动的时候，温度会越来越高，在到达介质流道末端的时候，温度会达到最大值，此位置恰好为温度最低的水流通道的前端，由于超临界流体与水的温差较大，能够快速地进行热交换，及时对超临界流体进行冷却，达到冷却效率最高的工作状态。
由于安装腔内的气流紊乱，气流与内壁的最大热交换点是不能将控制的，而且会随时变化，所以需要通过改变热交换组件与所述水冷机构的循环方向来应对不同情况，以达到冷却的最佳效果。
横截面形状呈波纹状的挡板能够最大化增大水与超临界流体的热交换面积，起到最佳的冷却效果，并且还能够起到加强夹层结构强度的作用。
附图说明
图1为本发明的总体流程示意图；
图2为图1的主视图；
图3为本发明中大臂壳体4的结构示意图；
图4为图3中A处的放大图。
具体实施方式
实施例：请参阅图1-4，一种恒温机器人机械臂，包括传动安装在机器人上的大臂1，大臂1的一端传动安装有小臂2，所述大臂1上安装有用于对大臂1内部进行通风的风机3，所述大臂1包括大臂壳体4及内部的安装腔5构成，所述大臂壳体4包括内壁6与外壁7及其中间的夹层8组成，所述夹层8内靠近内壁6的一侧设置有对安装腔5进行散热的热交换组件，所述夹层8内靠近外壁7的一侧设置有水冷机构，所述热交换组件与水冷机构之间通过挡板9隔断。
所述热交换组件包括安装在所述大臂壳体4外部的液压泵以及设置在夹层8内靠近内壁6的一侧的介质流道10，所述介质流道10内住满用于对安装腔5内部热量进行热交换的超临界流体，所述液压泵的输出端与所述介质流道10的一端相连通，所述液压泵的输入端与介质流道10的另一端相连通，所述液压泵能够将质流道内的超临界流体进行循环流动。
该方案使用超临界流体作为热交换介质，因超临界流体具有具有十分独特的物理性质，它对温度和压力的改变十分敏感，其黏度低、密度大，有良好的流动、传质、传热和溶解性能，因此作为热循环介质具有优异的效果，在本实施例中，作为热交换的介质是最佳材料。
所述安装腔5内安装有用于驱动机械臂完成各个动作的电机等驱动装置，所述内壁6使用的材质为铜制材料。
在工作中，安装在安装腔5内的驱动装置在工作中会产生热量，这部分热量在工作腔内很难被排出，因此使用风机3对安装腔5进行通气，会使安装腔5内的空气紊乱，这些热量会被紊乱的气流带动不断地与内壁6相接触，并将热能传导给内壁6，内壁6吸收一部分热能后，再将这部分热能传输给位于介质流道10内的超临界流体，超临界流体在液压泵的带动下在介质流道10内循环，不断地将内壁6上的热量进行交换。
这样设计，使用风机3对安装腔5内部进行通风，这样会使安装腔5内的气流紊乱，将驱动装置上的热量的带走，并且紊乱的气流会穿梭到驱动装置的各个部位，将每个部位的热量均带走，具有散热更全面、效果更好的优点，并且内壁6使用铜制成，因为铜的导热系数仅次于金、银，并且价格相对低廉，因此是最佳的导热材料，其中超临界流体作为新型材料，他的热传导性好并且可以流动，能够快速吸收内壁6上的热能，因此作为热交换介质具有很好地效果。
所述所述介质流道10呈环形布设在夹层8内且贯穿整个夹层8。
所述水冷机构包括固定安装在所述大臂壳体4外部的水泵12及设置在夹层8内靠近外壁7一侧的水流通道11，所述所述水泵12的输出端与所述水流通道11的一端相连通，所述水泵12的输入端与水流通道11的另一端相连通，所述水泵12的输入端设置有用于对水进行冷却的小型制冷机，所述水流通道11内住满水。
通过小型制冷机将水进行冷却，在超临界流体吸收一部分热后，会通过温度较低的水将热量散去，需要说明的是，使用超临界流体作为介质对安装腔5进行降温，而不直接使用水进行降温，是因为超临界流体的导热性比水的导热性更好，能够更快的将热量吸收，以达到快速将安装腔5内进行降温的目的，并且作为性价比最高的传导材料铜在遇到水的时候容易发生氧化，氧化后的铜导热性能极差，因此选择使用超临界流体与内壁6接触，不会造成铜的氧化，保证内壁6的使用寿命。
在本实施例中，所述热交换组件与所述水冷机构的循环方向还可以呈相反方向布设，所述超临界流体朝向一侧流动，安装腔5内的气流可能会将热量集中于部分内壁6上，这样超临界流体朝末端的温度会明显低于前端的温度，而水的前端温度会明显低于末端，在实际工作中，前端的较高温度的超临界流体通过温度较高的水带走部分热量，并且位于该位置的水由于温度较高，与外界的热交换效率与位于前端的温度较低的水相比较，具有分子更活跃的物理特性，因此该位置的水具有更好的散热性，能够通过外壁7将部分热量散出，减小小型冷却器的工作压力，在一定程度上减小了能源。
在工作中还能出现另外一种可能，安装腔5内紊乱的气流可能会将热量均匀地传输给内壁6，是超临界流体在介质流道10内流动的时候，温度会越来越高，在到达介质流道10末端的时候，温度会达到最大值，此位置恰好为温度最低的水流通道11的前端，由于超临界流体与水的温差较大，能够快速地进行热交换，及时对超临界流体进行冷却，达到冷却效率最高的工作状态。
由于安装腔5内的气流紊乱，气流与内壁6的最大热交换点是不能将控制的，而且会随时变化，所以需要通过改变热交换组件与所述水冷机构的循环方向来应对不同情况，以达到冷却的最佳效果。
所述挡板9的横截面形状呈波纹状。
这样能够最大化增大水与超临界流体的热交换面积，起到最佳的冷却效果，并且还能够起到加强夹层8结构强度的作用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种恒温机器人机械臂，包括传动安装在机器人上的大臂(1)，大臂(1)的一端传动安装有小臂(2)，其特征在于：所述大臂(1)上安装有用于对大臂(1)内部进行通风的风机(3)，所述大臂(1)包括大臂壳体(4)及内部的安装腔(5)构成，所述大臂壳体(4)包括内壁(6)与外壁(7)及其中间的夹层(8)组成，所述夹层(8)内靠近内壁(6)的一侧设置有对安装腔(5)进行散热的热交换组件，所述夹层(8)内靠近外壁(7)的一侧设置有水冷机构，所述热交换组件与水冷机构之间通过挡板(9)隔断。
2.根据权利要求1所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：热交换组件包括安装在所述大臂壳体(4)外部的液压泵以及设置在夹层(8)内靠近内壁(6)的一侧的介质流道(10)，所述液压泵的输出端与所述介质流道(10)的一端相连通，所述液压泵的输入端与介质流道(10)的另一端相连通。
3.根据权利要求2所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述介质流道(10)呈环形布设在夹层(8)内且贯穿整个夹层(8)。
4.根据权利要求1所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述水冷机构包括固定安装在所述大臂壳体(4)外部的水泵(12)及设置在夹层(8)内靠近外壁(7)一侧的水流通道(11)，所述所述水泵(12)的输出端与所述水流通道(11)的一端相连通，所述水泵(12)的输入端与水流通道(11)的另一端相连通。
5.根据权利要求4所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述水泵(12)的输入端设置有用于对水进行冷却的小型制冷机。
6.根据权利要求1所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述热交换组件与所述水冷机构的循环方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述挡板(9)的横截面形状呈波纹状。
8.根据权利要求2所述的一种恒温机器人机械臂，其特征在于：所述介质流道(10)内住满用于对安装腔(5)内部热量进行热交换的超临界流体。
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