CN114872084B - 一种机器人关节平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子站牌领域,特别地,涉及一种机器人关节平衡装置,包括基座、驱动轴以及机械臂,所述驱动轴与所述基座转动连接,所述驱动轴与所述机械臂固定连接,所述基座与所述驱动轴之间设有用于平衡所述机械臂对所述驱动轴施加的转矩的平衡组件,所述平衡组件沿所述驱动轴的轴线方向至少设有两个;所述平衡组件包括制动盘以及用于制动所述制动盘的电磁制动器,所述制动盘与所述驱动轴转动连接,所述电磁制动器设置于所述基座上;本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种机器人关节平衡装置,可根据工业机器人的机械臂的负载变化对关节进行转矩平衡,避免采用抱闸固定驱动轴的方式对设备造成冲击,进而延长设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及关节平衡领域,特别地,涉及一种机器人关节平衡装置。
背景技术
工业机器人的关节部件的运动主要为驱动电机加上RV减速机来实现控制工业机器人的关节运动与制动,现有技术中,为了将机器人手臂固定在目标位置,主要是采用在驱动电机侧安装抱闸,然后通过抱闸固定驱动电机输出轴的方式来固定机器人手臂。
但是这种方式存在较多的问题:1、机器人手臂运行过程中,机器人手臂与水平面之间的夹角不断的变化,导致机器人手臂自重以及所提物品的重力产生的合力矩不断的变化,对驱动电机以及减速机带来不断变化的负载冲击,有损驱动电机以及减速机的寿命;2、工业机器人示教编程作业中,有时需要由人工导引机器人末端执行器(安装于机器人关节结构末端的夹持器、工具、焊枪、喷枪等),来使机器人完成预期的动作,而现有的结构,操作者需要耗费极大的体力来拉动或者推动机器人手臂来实现示教编程作用,非常的不便。因此如何设计一种机器人关节平衡装置,可根据工业机器人的机械臂的负载变化对关节进行转矩平衡,避免采用抱闸固定驱动轴的方式对设备造成冲击,进而延长设备使用寿命成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种机器人关节平衡装置,可根据工业机器人的机械臂的负载变化对关节进行转矩平衡,避免采用抱闸固定驱动轴的方式对设备造成冲击,进而延长设备使用寿命。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种机器人关节平衡装置,包括基座、驱动轴以及机械臂,所述驱动轴与所述基座转动连接,所述驱动轴与所述机械臂固定连接,所述基座与所述驱动轴之间设有用于平衡所述机械臂对所述驱动轴施加的转矩的平衡组件,所述平衡组件沿所述驱动轴的轴线方向至少设有两个;
所述平衡组件包括制动盘以及用于制动所述制动盘的电磁制动器,所述制动盘与所述驱动轴转动连接,所述电磁制动器设置于所述基座上,所述驱动轴上固设有平衡臂,所述制动盘上固设有悬臂,所述平衡臂与所述悬臂之间设有液压杆以及用于控制所述液压杆移动的油缸,所述油缸与所述液压杆二者其一与所述悬臂铰接,另一与所述平衡臂铰接;
所述平衡臂上固设有红外发射器,所述制动盘上固设有用于接收所述红外发射器发出的红外光的主红外接收器、中红外接收器以及副红外接收器,还包括用于接收所述主红外接收器、所述中红外接收器以及所述副红外接收器发出的反馈信号以及用于控制所述油缸与所述电磁制动器工作的主控制器。
较之现有技术,本发明的优点在于:
本发明在使用时,两个平衡组件中的中红外接收器分别接收对应的红外发射器发出的信号,(在本段的描述中,两个平衡组件及其内部构件均加入第一或第二作为前缀以便区分,如本段中两个平衡组件的名称分别为,第一平衡组件与第二平衡组件)第一电磁制动器解除对第一制动盘的制动,第二磁制动器对第二制动盘进行制动,第二主控制器控制所述第二油缸驱动所述第二液压杆移动,所述第二悬臂与所述第二平衡臂之间距离发生改变,驱动轴相对于第二制动盘转动,由于第二制动盘与基座相对固定,机械臂相对于基座转动;
当第二红外发射器接收到第二主红外接收器或第二副红外接收器的红外光时,第一磁制动器对第一制动盘进行制动,第二电磁制动器解除对第二制动盘的制动,第一主控制器控制所述第一油缸驱动所述第一液压杆移动,所述第一悬臂与所述第一平衡臂之间距离发生改变,驱动轴相对于第一制动盘转动,由于第一制动盘与基座相对固定,机械臂相对于基座转动,当第一红外发射器接收到第一主红外接收器或第一副红外接收器的红外光时,参照上述操作,两个平衡组件交替工作控制驱动轴与机械臂的转动,当机械臂的负载发生改变时,油缸内部的液压油发生压缩以应对变化的负载。
优选地,所述油缸内部开设有驱动腔以及用于储存液压油的蓄油腔,所述驱动腔与所述液压杆滑动连接,所述液压杆位于所述驱动腔内部的一端将所述驱动腔分隔为主油腔与副油腔,所述主油腔和所述副油腔均与所述蓄油腔相连通,所述主油腔与所述蓄油腔之间设有用于驱动所述蓄油腔内部的液体进入所述主油腔内部的副油泵,所述副油腔与所述蓄油腔之间设有用于驱动所述蓄油腔内部的液体进入所述副油腔内部的主油泵,所述主油泵与所述副油泵均由所述主控制器控制工作。
优选地,所述油缸的内部开设有回流管路以及调节室,所述蓄油腔、所述调节室、所述回流管路以及所述主油腔顺次相连通,所述回流管路或所述调节室二者至少其一内部设有用于监测液体流动的流量计,所述调节室内部设有封闭球,所述封闭球用于封闭所述回流管路,所述封闭球上连接有用于对所述封闭球施加不同压力的调压组件,所述油缸上还设有用于接收所述流量计的信号以及控制所述调压组件调节对所述封闭球施加的压力的副控制器。
优选地,所述调压组件包括抵压弹簧以及用于驱动所述抵压弹簧压缩的调节组件,所述副控制器通过控制所述调节组件的工作控制调压组件施加的压力。
优选地,所述调节组件包括螺纹柱以及驱动组件,所述驱动组件由所述副控制器控制工作,所述螺纹柱与所述调节室螺纹连接,所述调节室的内壁上开设有供液体通过的导流槽。
优选地,所述驱动组件包括花键轴以及从动齿轮,所述花键轴与所述从动齿轮滑动连接,所述从动齿轮与所述油缸转动连接,所述从动齿轮啮合有主动齿轮,所述油缸内部还设有用于驱动所述主动齿轮转动的步进电机,所述步进电机由所述副控制器控制工作。
优选地,所述电磁制动器包括制动座,所述制动座与所述基座固定连接,所述制动座内部嵌设有电磁铁,所述制动座内部开设有滑动槽,所述滑动槽内部设有制动弹簧以及用于制动所述制动盘的制动滑块,所述制动滑块内部设有磁性材料,所述制动滑块与所述滑动槽滑动连接。
优选地,所述主红外接收器、所述中红外接收器以及所述副红外接收器三者连线为劣弧且三者沿所述劣弧依次排列。
附图说明
图1为本发明的正视示意图;
图2为本发明的俯角局部剖视示意图;
图3为图2的A处放大示意图;
图4为本发明的正面剖视示意图;
图5为图4的B处放大示意图;
图6为图5的C处放大示意图;
图7为图6的D-D方向示意图。
附图标记:10、基座;11、驱动轴;12、机械臂;20、制动盘;21、主红外接收器;22、中红外接收器;23、副红外接收器;24、红外发射器;25、平衡臂;26、悬臂;27、主控制器;30、油缸;31、液压杆;32、副控制器;33、主油腔;34、副油腔;35、蓄油腔;36、主油泵;37、副油泵;38、回流管路;39、流量计;40、调节室;41、封闭球;42、导流槽;43、螺纹柱;44、花键轴;45、从动齿轮;46、主动齿轮;47、步进电机;48、抵压弹簧;50、制动座;51、电磁铁;52、滑动槽;53、制动弹簧;54、制动滑块。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步详述,以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
参照图1至图7所示,本实施例提供一种机器人关节平衡装置,可根据工业机器人的机械臂的负载变化对关节进行转矩平衡,避免采用抱闸固定驱动轴的方式对设备造成冲击,进而延长设备使用寿命。
一种机器人关节平衡装置,包括基座10、驱动轴11以及机械臂12,所述驱动轴11与所述基座10转动连接,所述驱动轴11与所述机械臂12固定连接,所述基座10与所述驱动轴11之间设有用于平衡所述机械臂12对所述驱动轴11施加的转矩的平衡组件,所述平衡组件沿所述驱动轴11的轴线方向至少设有两个;
所述平衡组件包括制动盘20以及用于制动所述制动盘20的电磁制动器,所述电磁制动器包括制动座50,所述制动座50与所述基座10固定连接,所述制动座50内部嵌设有电磁铁51,所述制动座50内部开设有滑动槽52,所述滑动槽52内部设有制动弹簧53以及用于制动所述制动盘20的制动滑块54,所述制动滑块54内部设有磁性材料,所述制动滑块54与所述滑动槽52滑动连接,所述制动盘20与所述驱动轴11转动连接,所述驱动轴11上固设有平衡臂25,所述制动盘20上固设有悬臂26,所述平衡臂25与所述悬臂26之间设有液压杆31以及用于控制所述液压杆31移动的油缸30,所述油缸30与所述液压杆31二者其一与所述悬臂26铰接,另一与所述平衡臂25铰接;
所述平衡臂25上固设有红外发射器24,所述制动盘20上固设有用于接收所述红外发射器24发出的红外光的主红外接收器21、中红外接收器22以及副红外接收器23,还包括用于接收所述主红外接收器21、所述中红外接收器22以及所述副红外接收器23发出的反馈信号以及用于控制所述油缸30与所述电磁制动器工作的主控制器27;
所述油缸30内部开设有驱动腔以及用于储存液压油的蓄油腔35,所述驱动腔与所述液压杆31滑动连接,所述液压杆31位于所述驱动腔内部的一端将所述驱动腔分隔为主油腔33与副油腔34,所述主油腔33和所述副油腔34均与所述蓄油腔35相连通,所述主油腔33与所述蓄油腔35之间设有用于驱动所述蓄油腔35内部的液体进入所述主油腔33内部的副油泵37,所述副油腔34与所述蓄油腔35之间设有用于驱动所述蓄油腔35内部的液体进入所述副油腔34内部的主油泵36,所述主油泵36与所述副油泵37均由所述主控制器27控制工作,所述主油泵36和所述副油泵37均与所述主控制器27电性连接。
使用时,两个平衡组件中的中红外接收器22分别接收对应的红外发射器24发出的信号,(在本段的描述中,两个平衡组件及其内部构件均加入第一或第二作为前缀以便区分,如本段中两个平衡组件的名称分别为,第一平衡组件与第二平衡组件),第一电磁铁51吸引第一制动滑块54,第一制动弹簧53压缩,第一制动滑块54与第一制动盘20脱离接触,第二制动滑块54与第二制动盘20抵压进行制动,第二主控制器27控制所述第二主油泵36或第二副油泵37驱动所述第二液压杆31移动,所述第二悬臂26与所述第二平衡臂25之间距离发生改变,驱动轴11相对于第二制动盘20转动,由于第二制动盘20与基座10相对固定,机械臂12相对于基座10转动;
当第二红外发射器24接收到第二主红外接收器21或第二副红外接收器23的红外光时,第一制动滑块54与第一制动盘20抵压进行制动,第二电磁铁51吸引第二制动滑块54,第二制动弹簧53压缩,第二制动滑块54与第而制动盘20脱离接触,第一主控制器27控制所述第一主油泵36或第一副油泵37驱动所述第一液压杆31移动,所述第一悬臂26与所述第一平衡臂25之间距离发生改变,驱动轴11相对于第一制动盘20转动,由于第一制动盘20与基座10相对固定,机械臂12相对于基座10转动,当第一红外发射器24接收到第一主红外接收器21或第一副红外接收器23的红外光时,参照上述操作,两个平衡组件交替工作控制驱动轴11与机械臂12的转动,当机械臂12的负载发生改变时,主油腔33或副油腔34内部的液压油发生压缩以应对变化的负载。
结合图4、图5及图6所示,所述油缸30的内部开设有回流管路38以及调节室40,所述蓄油腔35、所述调节室40、所述回流管路38以及所述主油腔33顺次相连通,所述回流管路38内部设有用于监测液体流动的流量计39,所述调节室40内部设有封闭球41、螺纹柱43以及抵压弹簧48,所述回流管路38与所述调节室40的连通处设有锥坑,所述封闭球41位于所述锥坑内部用于阻隔所述回流管路38与所述调节室40的连通,所述螺纹柱43与所述调节室40螺纹连接,所述抵压弹簧48的两端分别与所述螺纹柱43和所述封闭球41抵压,所述调节室40的内壁上开设有供液压油通过的导流槽42;所述驱动组件包括花键轴44以及从动齿轮45,所述花键轴44与所述从动齿轮45滑动连接,所述从动齿轮45与所述油缸30转动连接,所述从动齿轮45啮合有主动齿轮46,所述油缸30内部还设有用于驱动所述主动齿轮46转动的步进电机47,所述油缸30上还设有用于控制所述步进电机47工作的副控制器32,所述流量计39和所述步进电机47均与所述副控制器32电性连接。
使用时:当机械臂12的负载发生增大时,至少一个制动滑块54制动对应的制动盘20时,机械臂12通过驱动轴11带动两个平衡臂25转动,主油腔33内部液压油发生压缩,液压油推动封闭球41移动,液压油自主油腔33流经回流管路38、流量计39、调节室40、导流槽42进入蓄油腔35内部,流量计39监测到液体的流动后,流量计39将信号发给副控制器32,副控制器32控制步进电机47转动,步进电机47通过主动齿轮46与从动齿轮45控制花键轴44与螺纹柱43转动,控制螺纹柱43每次的转动量为0.2转,每次的间隔时间为0.02s,(间隔时间根据机械臂12具体的使用情况进行调节,螺纹柱43每次转动的圈数根据抵压弹簧48的参数进行调节)花键轴44相对于从动齿轮45滑动,螺纹柱43推动抵压弹簧48压缩,抵压弹簧48推动封闭球41对锥坑的压力增大,当液压油不再自回流管路38进入调节室40内部时,流量计39无法监测到液体的流动,副控制器32控制螺纹柱43继续旋转两个转动量以确保机械臂12不因负载误差而继续转动;
需要在外部控制机械臂12的转动时,在驱动轴11上加装动力源以及用于检测动力源施加给驱动轴11的转矩的转矩监测器,动力源的输出轴与转矩监测器的检测轴固定连接,转矩监测器本体与动力源本体固定连接,转矩监测器与副控制器32电性连接,当动力源驱动机械臂12向指定方向发生转动时,主油腔33内部的液体有自回流管路38进入调节室40内部的趋势(这里的指定方向指的是:当动力源驱动机械臂12发生转动时,主油腔33内部的液体有自回流管路38进入调节室40内部的趋势);
当转矩监测器监测到动力源的转矩到达指定值时,(值得说明的是,这里的指定值值得是,需要外加动力源的情况下,根据使用情况所确定的动力源需要输出的最大力矩值),副控制器32控制步进电机47反向转动,步进电机47通过主动齿轮46与从动齿轮45控制花键轴44与螺纹柱43反向转动,花键轴44相对于从动齿轮45反向滑动,螺纹柱43推动抵压弹簧48的压力减小,抵压弹簧48推动封闭球41对锥坑的压力减小,直至液压油再次自回流管路38进入调节室40内部,流量计39监测到液体的流动后,流量计39将信号发给副控制器32,副控制器32停止控制步进电机47的转动,进而使得封闭球41对锥坑的压力维持不变,动力源维持当前的转矩驱动驱动轴11转动;
当转矩监测器监测到动力源的转矩小于指定值且不为零时,转矩监测器发送转动信号给副控制器32,此时流量计39监测到液体流动后,副控制器32不再控制步进电机47的转动,进而使得封闭球41对锥坑的压力维持不变,动力源维持当前的转矩驱动驱动轴11转动。
以上只是本发明的典型实例,除此之外,本发明还可以有其它多种具体实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种机器人关节平衡装置,包括基座(10)、驱动轴(11)以及机械臂(12),所述驱动轴(11)与所述基座(10)转动连接,所述驱动轴(11)与所述机械臂(12)固定连接,其特征在于,所述基座(10)与所述驱动轴(11)之间设有用于平衡所述机械臂(12)对所述驱动轴(11)施加的转矩的平衡组件,所述平衡组件沿所述驱动轴(11)的轴线方向至少设有两个;
所述平衡组件包括制动盘(20)以及用于制动所述制动盘(20)的电磁制动器,所述制动盘(20)与所述驱动轴(11)转动连接,所述电磁制动器设置于所述基座(10)上,所述驱动轴(11)上固设有平衡臂(25),所述制动盘(20)上固设有悬臂(26),所述平衡臂(25)与所述悬臂(26)之间设有液压杆(31)以及用于控制所述液压杆(31)移动的油缸(30),所述油缸(30)与所述液压杆(31)二者其一与所述悬臂(26)铰接,另一与所述平衡臂(25)铰接;
所述平衡臂(25)上固设有红外发射器(24),所述制动盘(20)上固设有用于接收所述红外发射器(24)发出的红外光的主红外接收器(21)、中红外接收器(22)以及副红外接收器(23);
还包括用于接收所述主红外接收器(21)、所述中红外接收器(22)以及所述副红外接收器(23)发出的反馈信号以及用于控制所述油缸(30)与所述电磁制动器工作的主控制器(27)。
2.根据权利要求1所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述油缸(30)内部开设有驱动腔以及用于储存液压油的蓄油腔(35),所述驱动腔与所述液压杆(31)滑动连接,所述液压杆(31)位于所述驱动腔内部的一端将所述驱动腔分隔为主油腔(33)与副油腔(34),所述主油腔(33)和所述副油腔(34)均与所述蓄油腔(35)相连通,所述主油腔(33)与所述蓄油腔(35)之间设有用于驱动所述蓄油腔(35)内部的液体进入所述主油腔(33)内部的副油泵(37),所述副油腔(34)与所述蓄油腔(35)之间设有用于驱动所述蓄油腔(35)内部的液体进入所述副油腔(34)内部的主油泵(36),所述主油泵(36)与所述副油泵(37)均由所述主控制器(27)控制工作。
3.根据权利要求2所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述油缸(30)的内部开设有回流管路(38)以及调节室(40),所述蓄油腔(35)、所述调节室(40)、所述回流管路(38)以及所述主油腔(33)顺次相连通,所述回流管路(38)或所述调节室(40)二者至少其一内部设有用于监测液体流动的流量计(39),所述调节室(40)内部设有封闭球(41),所述封闭球(41)用于封闭所述回流管路(38),所述封闭球(41)上连接有用于对所述封闭球(41)施加不同压力的调压组件,所述油缸(30)上还设有用于接收所述流量计(39)的信号以及控制所述调压组件调节对所述封闭球(41)施加的压力的副控制器(32)。
4.根据权利要求3所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述调压组件包括抵压弹簧(48)以及用于驱动所述抵压弹簧(48)压缩的调节组件,所述副控制器(32)通过控制所述调节组件的工作控制调压组件施加的压力。
5.根据权利要求4所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述调节组件包括螺纹柱(43)以及驱动组件,所述驱动组件由所述副控制器(32)控制工作,所述螺纹柱(43)与所述调节室(40)螺纹连接,所述调节室(40)的内壁上开设有供液体通过的导流槽(42)。
6.根据权利要求5所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述驱动组件包括花键轴(44)以及从动齿轮(45),所述花键轴(44)与所述从动齿轮(45)滑动连接,所述从动齿轮(45)与所述油缸(30)转动连接,所述从动齿轮(45)啮合有主动齿轮(46),所述油缸(30)内部还设有用于驱动所述主动齿轮(46)转动的步进电机(47),所述步进电机(47)由所述副控制器(32)控制工作。
7.根据权利要求1所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述电磁制动器包括制动座(50),所述制动座(50)与所述基座(10)固定连接,所述制动座(50)内部嵌设有电磁铁(51),所述制动座(50)内部开设有滑动槽(52),所述滑动槽(52)内部设有制动弹簧(53)以及用于制动所述制动盘(20)的制动滑块(54),所述制动滑块(54)内部设有磁性材料,所述制动滑块(54)与所述滑动槽(52)滑动连接。
8.根据权利要求1所述的一种机器人关节平衡装置,其特征在于,所述主红外接收器(21)、所述中红外接收器(22)以及所述副红外接收器(23)三者连线为劣弧且三者沿所述劣弧依次排列。
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