CN114179129B - 一种机器人辅助支撑装置的设置方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人辅助支撑装置的设置方法，包括：设置机器人；获取第一极限位置与第二极限位置和总重量；预设包括弹性支撑件的辅助支撑装置，使得弹性支撑件一端与大臂安装座铰接，另一端与大臂铰接；分别计算总重量的第一重力力矩和第二重力力矩；获取调整前大臂电机在第一极限位置的第一扭矩和第二极限位置的第二扭矩；比较第一扭矩和第二扭矩大小以确定回转方向；将弹性支撑件与大臂安装座铰接处绕所述大臂回转轴回转，使其位于靠近第一扭矩或第二扭矩中值较大一侧的第一极限位置或第二极限位置。与现有技术相比较，本发明的机器人能减少单侧大臂电机扭矩过大的情况，降低大臂电机整体所需的扭矩，降低大臂电机的成本和体积。

Description

一种机器人辅助支撑装置的设置方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种机器人辅助装置的设置方法。

背景技术

在仓库、码头、大型工厂等地方，为了节约仓储空间或是从设备上移除完成加工产品，通常会使用人工方式搬运产品并进行堆叠。人工搬运的方式不单工作强度大、需要耗费大量的人力，而且工作效率低、容易出现因堆叠不整齐而引起物品倒落的安全问题，因而人们逐渐采用能承受高负载的码垛机器人替代人工搬运。码垛机器人的设计也成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。

码垛机器人一般配备有抓手，在控制单元的操控下进行多轴运动，从而带动抓手移至产品放置的地方并进行抓取和搬运。然而，在搬运货物的过程中，机器人一般需要承载较高的负载，如果不加以保护容易将会对带动机器人运动的电机带来冲击，造成电机损坏，影响机器人的使用寿命。为此，现有技术中会使用辅助支撑来分担机器人电机转轴的受力。如图1所示，公告号为CN214269393U的专利公开了一种用于码垛机器人的机械手，包括旋转底座1、主臂2、副臂3、取物抓手4、第一摆动杆5、第二摆动杆6和第三摆动杆7。所述主臂2一端铰接在所述旋转底座1上，另一端与所述副臂3铰接。所述取物抓手4铰接在所述副臂3远离所述主臂2的一端。所述第一摆动杆5、所述第二摆动杆6和所述第三摆动杆7组成联动装置并分别于所述主臂2、所述副臂3铰接。所述旋转底座1带动所述主臂2绕轴转动，所述主臂2、所述副臂3和所述取物抓手4相对转动以抓取货物。所述第一摆动杆5、所述第二摆动杆6和所述第三摆动杆7所组成的联动装置配合所述主臂2和所述副臂3运动进行支撑。

从上述码垛机器人可以看出，现有技术中机器人的辅助支撑装置设计时主要从力学结构上进行考虑，以提供稳定性的支撑，从而导致支撑装置结构复杂。并且没有考虑到不同极限位置时所需的电机扭矩不一致的情况，导致出现单侧电机扭矩过大，大大提高电机所需的扭矩，增大电机的成本和体积。

发明内容

为此，本发明提供一种机器人辅助支撑装置的设置方法，通过合理地设置辅助支撑装置在机器人上的安装位置以降低电机所需的最大扭矩。

本发明采取的技术方案如下：

一种机器人辅助支撑装置的设置方法，包括以下步骤：

设置机器人，所述机器人包括大臂、大臂安装座和大臂电机；所述大臂一端与所述大臂安装座铰接，在所述大臂电机带动下，所述大臂相对所述大臂安装座在第一极限位置与第二极限位置之间绕轴摆动，且所述大臂电机在所述第一极限位置与所述第二极限位置的扭矩不相等；

获取所述第一极限位置与所述第二极限位置以及所述大臂负载的总重量，所述总重量为所述大臂电机所带动的负载总重量；

预设辅助支撑装置；所述辅助支撑装置包括弹性支撑件；使得所述弹性支撑件一端与所述大臂安装座铰接，另一端与所述大臂铰接，且所述大臂摆动的回转轴轴线与所述弹性支撑件两铰接处的轴线相互平行；

分别计算所述总重量在所述第一极限位置的第一重力力矩，以及在所述第二极限位置的第二重力力矩；

获取调整前所述大臂电机在所述第一极限位置的第一扭矩和所述第二极限位置的第二扭矩；

比较所述第一扭矩和所述第二扭矩大小以确定回转方向；

根据所述回转方向，将所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处绕所述大臂回转轴回转，使其位于靠近所述第一扭矩或所述第二扭矩中值较大一侧的所述第一极限位置或所述第二极限位置。

与现有技术相比较，调节辅助支撑的安装位置后降低较大一侧的电机扭矩，缩小两极限位置电机扭矩的差值，从而减少单侧大臂电机扭矩过大的情况，降低大臂电机整体所需的扭矩，达到降低大臂电机的成本和体积的效果。

在一个实施例中，还包括以下步骤：设置回转角度γ，并使得所述第一扭矩等于所述第二扭矩，并计算获取所述回转角度γ的大小；根据所述回转角度γ，在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，绕所述大臂回转轴回转将所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处，实现两侧的电机扭矩相等，达到减少单侧大臂电机扭矩过大的更优效果。

在另一个实施例中，还包括以下步骤：计算所述第一扭矩和所述第二扭矩绝对值的算术平均值；设置回转角度γ，并使得所述大臂电机在所述第一扭矩或所述第二扭矩中值较大一侧的所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述大臂电机的扭矩等于所述算术平均值，计算获取所述回转角度γ的大小，同样能达到减少单侧大臂电机扭矩过大的更优效果。

进一步，绕所述大臂回转轴回转所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处后，还包括以下步骤：在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，连接所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点与所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点以获取第一连线，连接所述大臂回转轴轴心与所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点以获取第二连线；绕所述大臂回转轴回转所述大臂，调节所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点，使得所述第一连线与所述第二连线在同一直线上时，所述弹性支撑件的弹性变形量为零，以简化计算过程。

进一步，运行机器人一段时间后，检测所述第一扭矩和所述第二扭矩是否相等，以保证实际工作能达到预期的效果。

进一步，预设辅助支撑装置时，还包括以下步骤：在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，将所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点设置到过所述大臂回转轴心并与水平面垂直的直线上；设置所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点，使得所述第一连线与所述第二连线在同一直线上时，所述弹性支撑件的弹性变形量为零，进一步简化计算。

进一步，还包括以下步骤：设置第一柔性支撑，使得当所述大臂绕轴回转并接近所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述第一柔性支撑将所述大臂推向远离所述大臂安装座的一侧，以缓冲大臂的运动，并防止弹性支撑件失效时，大臂与大臂安装座发生碰撞。

进一步，还包括以下步骤：设置第二柔性支撑，使得当所述大臂绕轴回转到所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述第二柔性支撑将所述大臂推向远离所述大臂安装座的一侧，以缓冲大臂的运动，并防止弹性支撑件失效时，大臂与大臂安装座发生碰撞。

进一步，还包括以下步骤：设置刚性支撑，使得当所述大臂绕轴回转并超过所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述刚性支撑限制所述大臂继续向靠近所述大臂安装座方向回转，保证弹性支撑件失效时，能限制大臂的运动，使其不与大臂安装座发生碰撞，提高安全性。

进一步，在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，所述第一连接点与所述第二连接点的之间连线与所述大臂回转轴心与所述第一连接点之间的连线在同一直线上时，所述弹性支撑件的变形量为零，以进一步减少单侧大臂电机扭矩过大的情况。

进一步，沿所述大臂回转轴轴线方向对称设置两个以上弹性支撑件，以提供平衡的支撑力。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为现有技术中一种码垛机器人；

图2为本发明中具有辅助支撑装置的机器人的立体图；

图3为本发明中具有辅助支撑装置的机器人完成安装后在第一极限位置时的正视图；

图4为本发明中具有辅助支撑装置的机器人完成安装后在第二极限位置时的正视图；

图5为沿图3的Z方向投影的投影图；

图6为本发明中具有辅助支撑装置的机器人的局部立体图；

图7为本发明中第一柔性支撑的立体图；

图8为本发明中第二柔性支撑的立体图；

图9为本发明中具有辅助支撑装置的机器人的辅助支撑装置位于初始位置状态下，在第一极限位置时的正视图；

图10为本发明中具有辅助支撑装置的机器人的辅助支撑装置位于初始位置状态下，在第二极限位置时的正视图；

图11为图3的几何关系简略图；

图12为图4的几何关系简略图；

图13为本发明中一种机器人辅助支撑装置设置方法的流程示意图；

图14为本发明中获取大臂电机的第一扭矩和第二扭矩的流程示意图。

除非另有说明，附图不一定按比例绘制。

通过下面有关图示实施例的详细描述，可以更好地理解本发明及其各种实施例。应当清楚地理解，所示的实施例仅为示例说明，而非限制由权利要求及其等效内容所限定的本发明。

具体实施方式

本发明提供一种具有辅助支撑装置的机器人，其中做大幅摆动的大臂设有辅助支撑装置且所述辅助支撑装置的安装位置根据带动所述大臂摆动的电机扭矩而设置，使得在所述大臂摆动至在两极限位置是电机扭矩接近相等，以减少因极限位置的扭矩大小相差较大、为满足较大扭矩一侧的需要而设置大扭矩电机的情况，从而减少电机所需的扭矩。

具体地，请参阅图2至图4，本发明的一种具有辅助支撑装置的机器人包括底座10、大臂安装座20、大臂30、三轴小臂40、四轴转臂50、五轴转臂60、六轴终端70、抓手80、辅助支撑装置90和控制单元(图未示)。所述底座10设置在水平的工作平台上。所述大臂安装座20安装在所述底座10上方且绕与水平面垂直的回转轴轴线转动。所述大臂30一端与所述大臂安装座20铰接并可绕与水平面平行的回转轴转动。所述三轴小臂40铰接在所述大臂30的另一端并可绕与所述大臂30回转轴轴线平行的轴线转动。所述四轴转臂50安装在所述三轴小臂40一侧，并可绕与水平面平行且轴线与所述大臂30回转轴轴线垂直的回转轴转动。所述五轴转臂60连接在所述四轴转臂50远离所述三轴小臂40的一端，并相对于与所述四轴转臂50同轴回转。所述六轴终端70位于所述五轴转臂60远离所述四轴转臂50的一侧，并可绕轴线与所述大臂30回转轴轴线平行的轴线转动。所述抓手80固定在所述六轴终端70上并随之移动，并抓取待移动物品100。所述大臂安装座20、所述大臂30、所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60、所述六轴终端70和所述抓手80上分别对应设有旋转座电机21、大臂电机31、三轴电机41、四轴电机51、五轴电机61、六轴电机(图未示)和抓手驱动器(图未示)，以分别带动所述大臂安装座20、所述大臂30、所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60和所述六轴终端70绕轴转动以及带动所述抓手80抓取货物。所述转座电机21、所述大臂电机31、所述三轴电机41、所述四轴电机51、所述五轴电机61、所述六轴电机和所述抓手驱动器分别与所述控制单元电连接，在所述控制单元的控制下所述转座电机21、所述大臂电机31、所述三轴电机41、所述四轴电机51、所述五轴电机61、所述六轴电机71和所述抓手驱动器81分别绕轴转动，从而控制所述抓手80移动到所述待移动物品100放置的位置进行抓取。其中，所述抓手80可为机械抓手、气动卡盘、磁性吸盘等夹具。相应地，所述抓手驱动器可为设有电机、气缸、电磁感应耦合电路的装置。所述控制单元可为带有CPU的计算机或是单片机等的控制装置，由于所述抓手80和所述控制单元均为现有技术中常规设置，此处不做详细说明。所述辅助支撑装置90连接在所述大臂安装座与所述大臂30之间以对所述大臂30的摆动提供支撑。

其中，所述辅助支撑装置90包括弹性支撑件91。所述弹性支撑件91为可产生弹性应力的装置。所述弹性支撑件91一端与所述大臂安装座20铰接，另一端与所述大臂30铰接并随之移动，且两铰接处的回转轴轴线均与所述大臂30的回转轴轴线平行。在与所述大臂30的回转轴轴线垂直的平面内，设所述弹性支撑件91与所述大臂安装座20铰接处的轴心为第一连接点A，与所述大臂30铰接处的轴心为第二连接点B，所述大臂30的回转轴轴心为轴心O。所述弹性支撑件91沿连接所述第一连接点A与所述第二连接点B的第一连线AB伸缩而发生弹性变形，所产生弹力作为辅助支撑力对所述大臂30进行支撑，且其弹力相对于所述轴心O产生力矩，与所述大臂30所承受的负载共同作用对所述大臂电机31扭矩大小产生影响。优选地，所述第一连线AB平行于与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面。在所述弹性支撑件91的作用下，降低所述大臂电机31的扭矩。

进一步，所述弹性支撑件91设有沿所述第一连线AB做直线往复运动以压缩介质的活塞，通过压缩介质获取支撑力。优选地，所述弹性支撑件91为液压缸，例如油缸，其活塞沿所述第一连线AB做直线往复移动，压缩液体所产生的可变应力为弹性支撑力，与使用弹簧提供同样的支撑力相比较，使用液压缸时除了可简化结构，减少所述弹性支撑件91占用的体积外，还可以节约成本；进一步，所述弹性支撑件91为气缸，例如氮气缸，其活塞沿所述第一连线AB做直线往复移动，在提供与液压缸相同支撑力的情况下，可进一步减少所述弹性支撑件91的占用体积。所述第一连接点A与所述轴心O的连线为第二连线AO，所述第二连线AO与过所述轴心O且垂直于水平面的直线不重合且成回转角度γ。所述回转角度γ大小根据所述大臂30在两侧极限位置时的电机扭矩而定，比较两侧极限位置的电机扭矩，所述第一连接点A靠近电机扭矩较大的一侧极限位置。优选地，调整所述回转角度γ大小和所述第二连接点B在所述大臂30上的位置，使得所述大臂3绕所述轴心O转动至所述第一连线AB与所述第二连线AO位于同一直线上的位置时，所述弹性支撑件91的弹性变形量为零。进一步，请参阅图5，所述弹性支撑件91的数量为两个以上，且沿所述大臂30的回转轴轴线方向对称设置在所述大臂30两侧。

进一步，请参阅图6至图8，所述辅助支撑装置90还包括柔性支撑92和刚性支撑93，以在所述弹性支撑件91发生漏气等故障或是支撑力不足时进一步提供支撑力或对所述大臂30的运动进行缓冲，从而减少所述大臂30的损坏。所述柔性支撑92设置在所述大臂安装座20上，当所述大臂30绕回转轴转动接近或超过极限位置时提供柔性支撑以对大臂30的运动进行缓冲。在本实施例中，所述柔性支撑92包括第一柔性支撑921和第二柔性支撑922。所述第一柔性支撑921包括第一弹簧组9211、第一安装块9212和第一顶板9213，所述第一安装块9212固定在所述大臂安装座20朝向所述大臂30的侧面上，所述第一顶板9213板面平行于水平面。所述第一弹簧组9211连接在所述第一安装块9212和所述第一顶板9213之间且弹性变形方向与水平面方向垂直，通过弹性变形提供柔性支撑。所述第二柔性支撑922包括第二弹簧组9221、第二安装块9222和第二顶板9223，所述第二安装块9222固定在所述大臂安装座20朝向所述大臂30的侧面上，所述第二顶板9223板面平行于水平面。所述第二弹簧组9221连接在所述第二安装块9222和所述第二顶板9223之间且弹性变形方向与水平面方向垂直，通过弹性变形提供柔性支撑。并且所述第二顶板9223到所述大臂安装座20的垂直距离小于所述第一顶板9213到所述大臂安装座20的垂直距离，当所述大臂30转动并接近一侧的极限位置时，所述大臂30压到所述第一柔性支撑921的第一顶板9213上，使得所述第一弹簧组9211发生弹性变形并产生向上的弹力，以对所述大臂3进行支撑与缓冲。当所述大臂30转动至一侧的极限位置时，所述大臂30压到所述第二柔性支撑922的第二顶板9223，所述第二弹簧组9221发生弹性变形，并产生指向所述大臂30的弹力，进一步对其运动进行支撑与缓冲。所述刚性支撑93包括设置在所述大臂30上的第一凸块931和设置在所述大臂安装座20上第二凸块932。当所述大臂30转动并超过一侧的极限位置时，所述第一凸块931与所述第二凸块932相接且所述第二凸块932顶住所述第一凸块931以进行支撑，从而限制所述大臂30进一步转动。在本实施例中，在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述大臂30其中一侧极限位置为绕轴顺时针转动至所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的夹角为30度的位置。当所述大臂30转动到所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的夹角为32度的位置，所述大臂30压在所述第一顶板9213上；当所述大臂30转动到所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的夹角为30度的位置，所述大臂30压在所述第二顶板9223上；当所述大臂30转动到所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的夹角为28度的位置，所述第二凸块932顶住所述第一凸块931并限制所述大臂30进一步顺时针转动。

请参阅图13，上述结构通过以下方法计算所述第一连接点A与所述第二连接点B的位置并设置所述辅助支撑装置90：

步骤S10：设置机器人，且所述大臂电机31在两极限位置的扭矩不相等；获取所述大臂30的两侧极限位置以及获取所述大臂30负载的总重量m。

所述极限位置为所述大臂30绕轴回转时摆动幅度最大的位置，包括顺时针转动时的第一极限摆动位置和逆时针转动时的第二极限摆动位置，可根据实际工作要求设计而得到。

在本实施例中，在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述第一极限摆动位置如图3所示，所述大臂30最大能转至所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的第一极限摆角β1为70度的位置；所述第二极限摆动位置如图4所示，所述大臂30顺时针最大能转至所述大臂30轴心O与所述三轴小臂40轴心O2连线相对于水平面的第二极限摆角β2为30度的位置。

所述总重量m为所述大臂电机31所带动的负载的总重量，包括所述大臂30和由所述大臂30带动所有零部件的总重量以及所述待移动物品100的最大重量。在本实施例中，所述所有零部件的总重量包括所述大臂30、随所述大臂30移动的三轴小臂40、四轴转臂50、五轴转臂60、六轴终端70和所述抓手80的重量之和。

步骤S20：将所述弹性支撑件91预设到所述大臂安装座20与所述大臂30上，并使得所述大臂30回转到一定位置时，所述弹性支撑件91的弹性变形量为0，该位置为初始安装位置，并在所述初始安装位置测量所述弹性支撑件91两端点之间的初始距离L0。

在本实施例中，以一侧设置一个弹性支撑件91为例，如图9所示，在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，设过所述大臂30回转轴轴心O且垂直于水平面的直线为中心线a，所述弹性支撑件91一端与所述大臂安装座20铰接，其轴线与所述大臂30回转轴轴线平行且轴心为第一连接点A，另一端与所述大臂30铰接，其轴线与所述大臂30回转轴轴线平行且轴心为第二连接点B。所述第二连接点B位于所述大臂30回转轴轴心O与所述三轴小臂40回转轴轴心O2连线上。沿所述大臂30回转轴轴心O与所述三轴小臂40回转轴轴心连线调整所述第二连接点B的位置，使得当所述大臂30绕轴心O回转，所述第二连接点B与所述大臂30回转轴轴心O连线与所述中心线a重合时，所述弹性支撑件91的弹性变形量为0，所述弹性支撑件91处于初始安装位置。测量所述第一连接点A与所述轴心O之间的第一距离R，所述第二连接点B与所述轴心O之间的第二距离L。由于所述第一连接点A固定在所述大臂安装座20上且所述第二连接点B绕所述轴心O随所述大臂30转动，因此，在运动过程中，所述第一距离R与所述第二距离L保持不变。

步骤S30：计算所述总重量m相对于对所述大臂30回转轴轴心O在所述第一极限位置产生的第一重力力矩Tm1，以及在所述第二极限位置产生的第二重力力矩Tm2。

在机器人的运行过程中，所述底座10、所述大臂安装座20和所述大臂30负责大运动，带动所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60、所述六轴终端70和所述抓手80定位到所述待移动物品100处，然后由所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60、所述六轴终端70和所述抓手80进行精细动作以精确抓取待移动物。尤其是所述大臂30进行大幅度的摆动，所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60、所述六轴终端70和所述抓手80的运动幅度远远小于所述大臂30的运动幅度，因此在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述大臂30运动过程中加载在所述大臂30上的总重量m的重心O1相对于所述大臂30回转轴轴心O的距离变化微小，可忽略不计，即所述总重量m所形成的重心O1到所述大臂30回转轴轴心O的距离Lm可视为保持不变，所述重心O1沿以所述大臂30回转轴轴心O为圆心，Lm为半径的圆移动，且与水平面的夹角随所述大臂30回转绕所述大臂30回转轴变化。通过所述总重量m的大小、所述三轴小臂40、所述四轴转臂50、所述五轴转臂60、所述六轴终端70的形状和极限摆角结合现有技术中力学计算公式即可计算获取所述重心O1的位置及其到所述大臂30回转轴轴心O的距离Lm，且所述距离Lm在运动过程中保持不变。优选地，在三维软件中进行建模并在三维软件中输入重量等相关数据直接计算测量获取所述重心O1的位置以及所述距离Lm，从而缩短计算测量的时间，提高效率。所述三维软件为Pro/E、solidworks、中望3D等，由于为现有技术中常规测量手段，此处不做详细描述。

根据力矩计算公式M＝FL，所述总重量m相对于所述大臂30回转轴轴心O产生的力矩Tm为：

Tm＝m*g*cosα*Lm

其中，m为总重量；g为重力加速度；α为在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述大臂30回转轴轴心O与所述重心O1连线与水平线之间的夹角，随所述大臂30回转而变化；Lm为所述重心O1的位置及其到所述大臂30回转轴轴心O的距离，由此可见，Tm大小与所述弹性支撑件91的安装位置无关。

因此，如图3所示，在所述第一极限位置，所述第一重力力矩Tm1＝m*g*cosα1*Lm，在α1与Lm保持不变的情况下，Tm1保持不变。如图4所示，在所述第二极限位置，所述第一重力力矩Tm2＝m*g*cosα2*Lm，在α2与Lm保持不变的情况下，Tm2保持不变，且随所述大臂30回转，α1大于α2。

S40：分别获取调整前所述大臂电机31在所述第一极限位置所需的第一扭矩Md1和所述第二极限位置所需的第二扭矩Md2。

所述第一扭矩Md1与所述第二扭矩Md2可通过机器人实际运行测量获得，或是如图14所示，通过以下方式计算：

步骤S41：分别计算在所述第一极限摆动位置时所述弹性支撑件91提供的第一力矩Tc1和所述第二极限摆动位置时所述弹性支撑件91提供的第二力矩Tc2。

所述弹性支撑件91弹性变形产生的弹力可分为方向从所述第二连接点B指向所述轴心O的第一分力以及方向与所述第一分力垂直的第二分力，因此所述弹性支撑件91提供的力矩为Tc＝ΔL*k0*sinθ*L，其中ΔL为所述弹性支撑件91的弹性变形量；k0为弹性系数，由所述弹性支撑件91的类型、材料决定。θ为在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述大臂30转动一定角度后，所述第一连接点A与所述第二连接点B的连线相对于所述大臂30的轴心O与所述三轴小臂40的轴心O2的夹角；L为所述弹性支撑件91的第二连接点B到所述大臂30回转轴轴心O之间的距离，可直接测量或是通过几何关系计算得到，且由于所述弹性支撑件91随所述大臂30绕所述轴心O1回转，因此在运动过程中L为保持不变。

在本实施例中，根据测量，如图9所示，在所述第一摆动位置时，

Tc1＝(L1-L0)*k0*sinθ1*L

其中，L1为在所述第一摆动位置A1时，所述第一连接点A到所述第二连接点B的距离，L0在步骤S30中获得。L1、θ1通过实际测量获得。

如图10所示，在所述第二摆动位置时，

Tc2＝(L2-L0)*k0*sinθ2*L

其中，L2为在所述第二摆动位置A2时，所述第一连接点A到所述第二连接点B的距离。L2、θ2通过实际测量获得。

步骤S42：分别根据所述第一重力力矩Tm1与所述第一力矩Tc1的方向计算在所述第一极限摆动位置的第一扭矩Md1，以及所述第二重力力矩Tm2与所述第二力矩Tc2的方向计算在所述第二极限摆动位置的第二扭矩Md2。

根据受力分析，在所述第一极限位置，所述弹性支撑件91的弹力所产生的第一力矩Tc1与重力所产生的第一重力力矩Tm1方向相同，因此Md1＝|Tm1+nTc1|；在所述第二极限位置，所述弹性支撑件91的弹力所产生的第二力矩Tc2与重力所产生的第二重力力矩Tm2方向相反，因此Md2＝|Tm1-nTc2|，其中n为所述弹性支撑件的总个数。

步骤S50：比较所述第一扭矩Md1和所述第二扭矩Md2大小并判定所述第一连接点A的回转方向。

所述回转方向朝向所述第一扭矩Md1或所述第二扭矩Md2中值较大的一侧。回转时，在与所述大臂30的回转轴轴线垂直的平面内，所述第一连接点A以所述大臂30的回转轴轴心O为圆心转向所述第一扭矩Md1或所述第二扭矩Md2中值较大的一侧。将所述第一连接点A移向靠近所述第一扭矩Md1或所述第二扭矩Md2中值较大的一侧的第一极限位置或第二极限位置后，电机扭矩较大的一侧极限位置的电机扭矩将降低，而电机扭矩较小的一侧极限位置的电机扭矩将增大，从而使得两侧极限位置的电机扭矩差值缩小。

在本实施例中，经计算并比较，所述第一扭矩Md1大于所述第二扭矩Md2。因此调整时，在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述第一连接点A以所述大臂30的回转轴轴心O为圆心逆时针转动。

步骤S60：计算所述回转角度γ大小。所述回转角度γ根据以下两种方式计算：

方式一：

步骤S61：计算所述第一扭矩Md1和所述第二扭矩Md2绝对值的算术平均值Md’。

其中所述第一扭矩Md1和所述第二扭矩Md2的算术平均值M’d＝(|Md1|+|Md2|)/2。

步骤S62：以所述回转角度γ为未知数，通过所述第一极限位置或所述第二极限位置的大臂电机31扭矩计算公式计算所述回转角度γ，其中扭矩等于所述算术平均值Md’。

请参阅图11，在本实施例中，以在所述第一极限位置，所述第一扭矩Md1的计算公式来计算。在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，所述第一连接点A绕所述轴心O逆时针回转所述回转角度γ后，在所述第一摆动位置，所述弹性支撑件91产生的弹力分为方向从所述三轴小臂40轴心O2指向所述大臂30轴心O的第一分力和方向与所述第一分力相垂直的第二分力，其中所述第二分力所产生的力矩即为Tc3，且根据力学计算公式可得Tc3＝(L3-L0)*k*sinθ3*L。其中根据余弦定理可得：

L3²＝R²+L²-2RLcos(90°-β1-γ)，

即

在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，过所述第一连接点A作垂直于所述大臂30轴心O与所述第二连接点B连线的直线AC。在直角三角形ACO中，边长AC＝sin(90°-β1-γ)*R。在直角三角形ACB中，即

同时，所述第一连接点A转动所述回转角度γ后，在所述第一摆动位置，Md3＝Md’＝Tm1+nTc3，因此

由于Md’、Tm1、R、L、L0、β1、n均为已知值，通过求解方程式可求出所述回转角度γ的大小。

方式二：

步骤S63：分别以所述回转角度γ为未知数，列出所述第一扭矩Md1和所述第二扭矩Md2并使得Md1＝Md2，求解所述回转角度γ。

在本实施例中，设根据所述回转角度γ回转所述第一连接点A后，如图11所示，在所述第一极限摆动位置，所述第一扭矩

如图12所示，在所述第二极限摆动位置，所述第二扭矩

使得Md1＝Md2，且由于Tm1、Tm2、R、L、L0、β1、β2、n为已知值，通过求解方程式可求出所述回转角度γ的大小。

特别指出的是，对于极限位置不同时，同样可以根据上述几何关系，计算得到所述回转角度γ，当只在单侧设置一个弹性支撑件91时，n＝1。

步骤S70：根据所述回转方向和所述回转角度γ绕所述大臂30的回转轴轴心O回转所述第一连接点A。

在与所述大臂30回转轴轴线垂直的平面内，按照所述回转角度γ大小和所述回转方向绕所述大臂30的回转轴轴心O回转所述第一连接点A。

步骤S80：绕所述轴心O回转所述大臂30，使得连接所述第一连接点A与所述第二连接点B的第一连线AB与连接所述第一连接点A与所述轴心O的第二连线AO在同一直线上，沿所述第一连接点A与所述轴心O的连线方向移动所述第二连接点B，使得所述弹性支撑件91的变形量为0。

步骤S90：运行所述机器人一段时间后，检测所述第一扭矩Md1和所述第二扭矩Md2是否相等，若相等，则安装完毕；若不相等，则重复步骤S60到S80，直到所述第一扭矩Md1等于所述第二扭矩Md2。

优选地，所述一段时间为3天以上。所述第一扭矩Md1与所述第二扭矩Md2之差的绝对值小于10N.m时，可视为所述第一扭矩Md1等于所述第二扭矩Md2。

与现有技术相比较，本发明的机器人辅助支撑装置的设置方法，调节辅助支撑的安装位置后降低较大一侧的电机扭矩，缩小两极限位置电机扭矩的差值，从而减少单侧大臂电机扭矩过大的情况，降低大臂电机整体所需的扭矩，达到降低大臂电机的成本和体积的效果。而且计算简便，安全性高，所设置的机器人支撑力平衡。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人辅助支撑装置的设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置机器人，所述机器人包括大臂、大臂安装座和大臂电机；所述大臂一端与所述大臂安装座铰接，在所述大臂电机带动下，所述大臂相对所述大臂安装座在第一极限位置与第二极限位置之间绕大臂回转轴摆动，且所述大臂电机在所述第一极限位置与所述第二极限位置的扭矩不相等；

获取所述第一极限位置与所述第二极限位置以及所述大臂负载的总重量，所述总重量为所述大臂电机所带动的负载总重量；

预设辅助支撑装置；所述辅助支撑装置包括弹性支撑件；使得所述弹性支撑件一端与所述大臂安装座铰接，另一端与所述大臂铰接，且所述大臂回转轴轴线与所述弹性支撑件两铰接处的轴线相互平行；

分别计算所述总重量在所述第一极限位置的第一重力力矩，以及在所述第二极限位置的第二重力力矩；

获取设置所述机器人辅助支撑装置前所述大臂电机在所述第一极限位置的第一扭矩和所述第二极限位置的第二扭矩；

比较所述第一扭矩和所述第二扭矩大小以确定回转方向；

根据所述回转方向，将所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处绕所述大臂回转轴回转，使其位于靠近所述第一扭矩或所述第二扭矩中值较大一侧的所述第一极限位置或所述第二极限位置。

2.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置回转角度γ，并使得所述第一扭矩等于所述第二扭矩，并计算获取所述回转角度γ的大小；

设所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处的轴心为第一连接点，根据所述回转角度γ，在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，绕所述大臂回转轴回转所述第一连接点，实现所述第一扭矩等于所述第二扭矩。

3.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

计算所述第一扭矩和所述第二扭矩绝对值的算术平均值；

设置回转角度γ，并使得所述大臂电机在所述第一扭矩或所述第二扭矩中值较大一侧的所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述大臂电机的扭矩等于所述算术平均值，计算获取所述回转角度γ的大小。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设置方法，其特征在于，绕所述大臂回转轴回转所述弹性支撑件与所述大臂安装座铰接处后，还包括以下步骤：

在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，连接所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点与所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点以获取第一连线，连接所述大臂回转轴轴心与所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点以获取第二连线；绕所述大臂回转轴回转所述大臂，调节所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点，使得所述第一连线与所述第二连线在同一直线上时，所述弹性支撑件的弹性变形量为零。

5.根据权利要求4中所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

运行机器人一段时间后，检测所述第一扭矩和所述第二扭矩是否相等。

6.根据权利要求5所述的设置方法，其特征在于，预设辅助支撑装置时，还包括以下步骤：

在与所述大臂回转轴轴线垂直的平面内，将所述弹性支撑件与所述大臂安装座的铰接点设置到过所述大臂回转轴轴心并与水平面垂直的直线上；

设置所述弹性支撑件与所述大臂的铰接点，使得所述第一连线与所述第二连线在同一直线上时，所述弹性支撑件的弹性变形量为零。

7.根据权利要求1中所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置第一柔性支撑，使得当所述大臂绕所述大臂回转轴回转并接近所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述第一柔性支撑将所述大臂推向远离所述大臂安装座的一侧。

8.根据权利要求1中所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置第二柔性支撑，使得当所述大臂绕所述大臂回转轴回转到所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述第二柔性支撑将所述大臂推向远离所述大臂安装座的一侧。

9.根据权利要求1中所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置刚性支撑，使得当所述大臂绕所述大臂回转轴回转并超过所述第一极限位置或所述第二极限位置时，所述刚性支撑限制所述大臂继续向靠近所述大臂安装座方向回转。

10.根据权利要求1中所述的设置方法，其特征在于，还包括以下步骤：沿所述大臂回转轴轴线方向对称设置两个以上弹性支撑件。