WO2012088975A1 - 机器人平衡器联接结构及其装配方法 - Google Patents

Description

机器人平衡器联接结构及其装配方法 技术领域

本发明涉及一种机器人平衡器联接结构及其装配方法， 属于工业机器人制造技术 领域。 背景技术

工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、 频繁和重复的长时间作业， 或是 在危险、 恶劣环境下的作业， 因此受到很多企业的欢迎。

在机器人研发过程中， 平衡器的设计是一个非常重要的环节， 其中平衡器转轴是 影响平衡器使用寿命最关键的因素。 目前国际上工业机器人的平衡器转轴通常都是通 过关节轴承与大臂联接的， 大臂与平衡器轴之间可以有一定角度的转动。 而相连接部 分零件的加工精度要求高， 零件的形位公差要求高， 国外机器人虽然满足了上述要求， 达到使用过程中关节轴承和平衡器轴磨损小的目的， 但是加工的成本高， 加工周期长。 国内工业机器人刚刚起步， 在加工精度、 加工方法和手段上要落后于国外水平， 导致 关节轴承外圈与平衡器转轴磨损比较大， 从而影响了平衡器的使用寿命。 另外， 如果 在平衡器与大臂及相关连接件间加工精度达不到要求， 则关节轴承的转动角度就很难 定位， 从而在平衡器装配时就会出现平衡器转轴与相连接件存在 "蹩劲" 的现象， 严 重时在机器人运转很短时间内就会出现平衡器转轴弯曲甚至断裂的情况， 导致整个平 衡器不能正常使用。 发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种机器人平衡器联接结构及其装配方法， 以提前发现平衡器轴的安装是否存在 "蹩劲"现象， 并避免因平衡器轴转动而导致关 节轴承与平衡器转轴的磨损， 提高平衡器的整体使用寿命。

本发明所要解决的技术问题， 是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种机器人平衡器联接结构， 该结构包括大臂、 底座、 平衡器及安装 于平衡器内的平衡器轴， 所述平衡器轴的一端伸出平衡器并可沿平衡器轴向运动， 所 述大臂通过大臂转轴活动安装于底座上， 所述平衡器通过平衡器转轴活动安装于底座 上， 所述大臂转轴与平衡器转轴平行， 关键在于所述平衡器轴的端部固定有一个连接 关节， 所述连接关节内设置有一个滑动轴承， 所述滑动轴承、 平衡器轴的轴线互相垂 直， 所述大臂与连接关节通过滑动轴承活动连接。

通常来说， 关节轴承由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成， 当大臂 转动时， 关节轴承的内圈会在一定角度范围内作倾斜运动， 因此外圈容易与平衡器轴 发生干涉， 造成磨损。 而滑动轴承是一个镶嵌石墨的铜套， 本身无相对转动， 滑动轴 承固定到连接关节上， 平衡器轴只会绕着滑动轴承的轴线做圆周运动， 因此滑动轴承 与平衡器轴不会发生干涉。

平衡器轴与连接关节的固定方式可以有以下两种：

1、 所述平衡器轴的端部与连接关节焊接固定， 该种方式简单、 牢固， 但是需要将 平衡器轴与连接关节提前焊接， 因此在生产及库存管理上不够灵活、 方便；

2、所述连接关节内设置有轴线互相垂直的滑动轴承安装部和螺纹孔， 所述平衡器 的平衡器轴固定于所述连接关节螺纹孔内， 该种方式装配简单， 灵活。

大臂与连接关节的固定方式如下： 大臂的端部设置有连接关节安装孔， 所述连接 关节的滑动轴承伸入至连接关节安装孔内， 滑动轴承与连接关节安装孔通过一个连接 轴连接， 所述连接轴通过其一端的固定装置轴向限位于大臂。

为保证平衡器轴不会出现 "蹩劲" 现象， 所述大臂转轴、 平衡器转轴和连接轴应 当互相平行。 这样在大臂的转动过程中， 平衡器轴只会受到其轴向方向的力， 因此不 会出现 "蹩劲"现象。

本发明还提供一种上述机器人平衡器联接结构的装配方法， 该装配方法包括下述 步骤：

A: 将平衡器的平衡器轴安装于连接关节螺纹孔内；

B : 将大臂通过大臂转轴活动安装于底座上， 将平衡器通过平衡器转轴活动安装 于底座上；

C: 调整大臂及平衡器的角度， 并转动平衡器轴， 使连接轴依次穿过大臂的转轴 孔和连接关节的滑动轴承， 并锁紧连接轴一端的固定装置。

理论上， 平衡器轴装配到平衡器上后， 其轴线与平衡器转轴垂直； 平衡器轴因为 连接关节的结构限制， 保证了平衡器轴与滑动轴承的轴线垂直； 同时大臂转轴与平衡 器转轴平行， 这样大臂转轴、 平衡器转轴和连接轴三者之间互相平行。 但在实际生产 中， 零部件加工和装配总会存在一定的误差， 有可能会导致滑动轴承与平衡器转轴轴 线之间存在平行度误差，但是由于最后的装配步骤是通过连接轴连接大臂和平衡器轴， 故所有的加工、装配误差会最终反映在该处装配过程中， 如果连接轴能够顺利安装上， 则可证明滑动轴承与平衡器转轴之间是的平行度误差是可以满足要求的， 不存在蹩劲 问题， 否则就需要对部件进行检查或维修， 这样就保证了不会在以后的实际运行中出 现 "蹩劲"现象， 保证了平衡器的使用寿命。

本发明的机器人平衡器联接结构可靠、 实用， 其装配方法可直接在装配过程中检 测出平衡器轴是否存在 "蹩劲" 现象， 因此可以避免平衡器转轴的干涉磨损现象。 附图说明

图 1是本发明机器人平衡器联接结构中平衡器的结构示意图；

图 2是本发明机器人平衡器联接结构的整体结构示意图；

图 3是本发明机器人平衡器联接结构中连接关节与平衡器轴的连接结构示意图； 图 4是本发明机器人平衡器联接结构中大臂、 滑动轴承和平衡器轴的连接结构局 部剖视图。

【主要元件附图标记说明】

大臂 1 底座 2

平衡器 3 平衡器轴 4

大臂转轴 5 平衡器转轴 6

连接关节 7 滑动轴承 8

螺纹孔 9 连接关节安装孔 10

连接轴 11 连接轴的固定装置 12

平衡器筒 13 导套 14

弹簧 15 弹簧座 16

平衡器盖 17 锁紧螺母 18 具体实施方式

下面结合具体实施例和附图， 对本发明的技术方案进行详细地说明。

图 1是本发明机器人平衡器连接结构中平衡器的结构示意图。 如图 1所示， 平衡 器 3包括由平衡器筒 13、 平衡器盖 17组成的腔体结构， 其内部安装有用于限位平衡 器轴 4运动的导套 14、 用于提供反作用力的弹簧 15、 用于抵顶限位弹簧 15的弹簧座 16， 其中平衡器轴 4的一端通过锁紧螺母 18与弹簧座 16固定， 以使平衡器轴 4的轴 向运动能够带动弹簧座 16压縮弹簧 15， 平衡器轴 4的另一端与连接关节 7连接。

图 2是本发明机器人平衡器连接结构的整体结构示意图； 图 3是本发明机器人平 衡器连接结构中连接关节与平衡器轴的连接结构示意图； 图 4是本发明机器人平衡器 连接结构中大臂、 滑动轴承和平衡器轴的连接结构局部剖视图。 如图 2、 图 3和图 4 所示， 本实施例的机器人平衡器联接结构包括大臂 1、底座 2、 平衡器 3及安装于平衡 器内的平衡器轴 4， 平衡器轴 4的一端伸出平衡器 3并可沿平衡器 3轴向运动， 大臂 1 通过大臂转轴 5活动安装于底座 2上； 平衡器 3通过平衡器转轴 6活动安装于底座 2 上； 大臂转轴 5与平衡器转轴 6平行， 平衡器轴 4伸出平衡器 3的端部固定有一个连 接关节 7， 连接关节 Ί内设置有轴线互相垂直的滑动轴承 8和螺纹孔 9， 所述平衡器轴 4伸出平衡器 3的端部固定于螺纹孔 9内； 大臂 1的端部设置有连接关节安装孔 10， 连接关节 7带着滑动轴承 8的一端插入至连接关节安装孔 10内， 连接轴 11穿过滑动 轴承 8插入连接关节安装孔 10， 将连接关节 Ί和大臂 1连接到一起， 连接轴 11与平 衡器轴 4的轴线互相垂直， 连接轴 11通过其一端的连接轴固定装置 12轴向限位于大 臂 1， 连接轴固定装置 12是连接轴 11的法兰盘。

如图 3所示， 滑动轴承 8是一个镶嵌石墨的铜套， 本身无相对转动， 滑动轴承 8 固定到连接关节 7上， 平衡器轴 4只会绕着滑动轴承 8的轴线做圆周运动， 因此滑动 轴承 8与平衡器轴 4不会发生干涉。

平衡器轴 4与连接关节 7的固定方式可以有以下两种：

1、 平衡器轴 4伸出平衡器 3的端部与连接关节 7焊接固定， 该种方式简单、 牢 固， 但是需要将平衡器轴 4与连接关节 7提前焊接， 因此在生产及库存管理上不够灵 活、 方便；

2、 连接关节 7内设置有轴线互相垂直的滑动轴承安装部和螺纹孔 9， 所述平衡器 3的平衡器轴 4螺纹固定于所述连接关节 7的螺纹孔 9内， 该种方式装配简单， 灵活。

上述机器人平衡器联接结构的装配方法包括下述步骤：

A: 将平衡器 3的平衡器轴 4安装于连接关节 7上的螺纹孔 9内并固定；

B : 将大臂 1通过大臂转轴 5活动安装于底座 2上，将平衡器 3通过平衡器转轴 6 活动安装于底座 2上；

C: 使大臂 1处于竖直状态， 然后再调整平衡器 3的角度， 并转动平衡器轴 4， 使 连接轴 11依次穿过大臂的连接关节安装孔 10和连接关节 Ί的滑动轴承 8， 并用螺钉 锁紧连接轴 11一端的连接轴固定装置 12。

机器人平衡器 3是安装在机器人大臂 1和底座 2之间的平衡装置， 机器人第二轴 运动时，通过大臂 1带动平衡器轴 4做往复活塞运动，使平衡器 4内的弹簧 15被压縮， 从而提供反作用力， 减轻第二轴电机上的负载。 机器人第二轴在零位 （即大臂 1处于 竖直状态） 时， 要求大臂转轴 5、 平衡器转轴 6和连接轴 11的轴线必须相互平行且位 于同一平面 A-A内， 并同时要求平衡器轴 4的轴线和连接轴 11垂直， 这样才不会出 现 "蹩劲"现象。

理论上， 平衡器轴 4装配到平衡器 3上后， 平衡器轴 4的轴线与平衡器转轴 6垂 直； 平衡器轴 4因为连接关节 7的结构限制， 保证了平衡器轴 4与滑动轴承 8的轴线 垂直； 同时大臂转轴 5与平衡器转轴 6平行， 这样大臂转轴 5、 平衡器转轴 6和连接 轴 11三者之间互相平行。 在实际生产中， 零部件加工和装配总会存在一定的误差， 有 可能会导致滑动轴承 8与平衡器转轴 6轴线之间存在平行度误差， 但是由于最后的装 配步骤是通过连接轴 11连接大臂 1和平衡器轴 4， 故所有的加工、 装配误差会最终反 映在该处装配过程中， 如果连接轴 11能够顺利安装上， 则可证明滑动轴承 8与平衡器 转轴 6之间的平行度误差是可以满足要求的， 不存在 "蹩劲" 现象， 否则就需要对部 件进行检查或维修， 这样就保证了不会在以后的实际运行中出现 "蹩劲"现象， 保证 了平衡器 3的使用寿命。

Claims

权利要求书

1、 一种机器人平衡器联接结构， 包括大臂 （1)、 底座 （2)、 平衡器 （3) 及安装 于平衡器 （3) 内的平衡器轴 （4)， 所述平衡器轴 （4) 的一端伸出平衡器 （3) 并可沿 平衡器 （3) 轴向运动， 所述大臂 （1) 通过大臂转轴 （5) 活动安装于底座 （2) 上， 所述平衡器 （3) 通过平衡器转轴 （6) 活动安装于底座 （2) 上， 所述大臂转轴 （5) 与平衡器转轴 （6) 平行， 其特征在于， 所述平衡器轴 （4) 的端部固定有一个连接关 节 （7)， 所述连接关节 （7) 内设置有一个滑动轴承 （8)， 所述滑动轴承 （8)、 平衡器 轴 （4) 的轴线互相垂直， 所述大臂 （1) 与连接关节 （7) 通过滑动轴承 （8) 活动连 接。

2、 根据权利要求 1所述的机器人平衡器联接结构， 其特征在于所述平衡器轴（4) 伸出平衡器 （3) 的端部与连接关节 （7) 焊接固定。

3、 根据权利要求 1所述的机器人平衡器联接结构， 其特征在于所述连接关节（7) 内设置有轴线互相垂直的滑动轴承 （8) 的安装部和螺纹孔 （9)， 所述平衡器 （3) 的 平衡器轴 （4) 固定于所述连接关节 （7) 螺纹孔 （9) 内。

4、根据权利要求 1或 2或 3所述的机器人平衡器联接结构， 其特征在于所述大臂

(I) 的端部设置有连接关节安装孔 （10)， 所述连接关节 （7) 的滑动轴承 （8) 伸入 至连接关节安装孔 （10) 内， 滑动轴承 （8) 与连接关节安装孔 （10) 通过一个连接轴

(II) 连接， 所述连接轴 （11) 通过其一端的连接轴固定装置 （12) 轴向限位于大臂 (1)。

5、根据权利要求 4所述的机器人平衡器联接结构，其特征在于所述大臂转轴（5)、 平衡器转轴 （6) 和连接轴 （11) 互相平行。

6、根据权利要求 5所述的机器人平衡器联接结构的装配方法， 其特征在于包括下 述步骤：

A: 将平衡器 （3) 的平衡器轴 （4) 安装于连接关节 （7) 的螺纹孔 （9) 内； B: 将大臂 （1) 通过大臂转轴 （5) 活动安装于底座 （2) 上， 将平衡器 （3) 通 过平衡器转轴 （6) 活动安装于底座 （2) 上； C: 调整大臂 （1) 及平衡器 （3) 的角度， 并转动平衡器轴 （4)， 使连接轴 （11) 依次穿过大臂的转轴孔和连接关节 （7) 的滑动轴承 （8)， 并锁紧连接轴 （11) 一端的 连接轴固定装置 （12)。

7、根据权利要求 6所述的机器人平衡器联接结构的装配方法， 其特征在于所述 C 步骤中，使大臂（1)处于竖直状态，然后再调整平衡器（3)的角度及安装连接轴（11)。