[發明專利]一種節能型工業機器人的控制方法

有效

• 申請號: 201911156752.6
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110788850B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 黃海鴻;甘雷;金瑞;李磊;鄒翔
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J9/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種節能型工業機器人的控制方法，是在底座箱(1a)上設置有驅動臂座(1b)，并通過底盤驅動電機(2c)控制，在所述驅動臂座(1b)的頂端設置有大臂(1c)，并通過大臂驅動電機(2a)控制，在所述大臂(1c)的頂端通過小臂驅動臂座(1d)設置小臂(1e)，并通過小臂驅動電機(2b)控制；其特征是：

所述大臂驅動電機(2a)通過第一法蘭(3a)設置在所述底座箱(1a)內的底部，在所述大臂驅動電機(2a)的傳動軸上，通過所述第一法蘭(3a)固定安裝有大臂減速機(4a)；在所述大臂減速機(4a)的上方通過第二法蘭(3b)設置有第一軸承(5a)；

在所述大臂驅動電機(2a)的傳動軸上通過所述第一軸承(5a)設置有底盤旋轉齒輪軸(6a)，所述底盤旋轉齒輪軸(6a)頂部與所述驅動臂座(1b)直連并在其上設置有底盤旋轉齒輪(7a)；所述底盤旋轉齒輪(7a)與底盤驅動電機齒輪(7b)嚙合；

所述底盤驅動電機齒輪(7b)設置在底盤傳動軸(6b)上；在所述底盤傳動軸(6b)上，并處于底盤驅動電機齒輪(7b)的下方通過第三法蘭(3c)設置有底盤減速機(4c)，所述底盤減速機(4c)的下方通過第三法蘭(3c)與底盤驅動電機(2c)相連并安裝在所述底座箱(1a)內；

在所述大臂驅動電機(2a)傳動軸的頂部通過第二軸承(5b)設置有大臂傳動軸(6e)；在所述大臂傳動軸(6e)的頂部安裝有第一錐齒輪(7g)；且所述大臂驅動電機(2a)傳動軸與大臂傳動軸(6e)同軸固定連接；

在所述底座箱(1a)頂面的法蘭蓋上設置有所述驅動臂座(1b)；在所述驅動臂座(1b)兩側的夾持鍵之間設置有大臂(1c)，在所述驅動臂座(1b)的左夾持鍵下端通過所裝第一齒輪軸(6c)同軸安裝有第二錐齒輪(7h)和第一同步輪(7c)，所述第二錐齒輪(7h)與所述第一錐齒輪(7g)嚙合，從而構成圓錐齒輪行星輪系；

在所述大臂(1c)的左內側下端通過其上的第二齒輪軸(6d)安裝有第二同步輪(7d)；所述第二同步輪(7d)與第一同步輪(7c)通過大臂同步帶(8a)傳動；

在所述大臂(1c)與所述驅動臂座(1b)之間設置有勢能存儲裝置；所述勢能存儲裝置是由勢能存儲彈簧(9a)、第一彈簧壓縮塊(9b1)、第二彈簧壓縮塊(9b2)、第一彈簧限位塊(9c1)、第二彈簧限位塊(9c2)組成；

所述勢能存儲彈簧(9a)是設置在大臂(1c)左外側的環形凹槽內，在所述勢能存儲彈簧(9a)的兩端，并處在大臂(1c)上對稱設置有第一彈簧壓縮塊(9b1)和第二彈簧壓縮塊(9b2)；在驅動臂座(1b)左夾持鍵的內側，并與所述第一彈簧壓縮塊(9b1)和第二彈簧壓縮塊(9b2)相對應的位置上，分別設置有第一彈簧限位塊(9c1)和第二彈簧限位塊(9c2)，且所述第一彈簧壓縮塊(9b1)能垂直穿過所述第一彈簧限位塊(9c1)的限位口；所述第二彈簧壓縮塊(9b2)能垂直穿過所述第二彈簧限位塊(9c2)的限位口，從而使得所述第一彈簧壓縮塊(9b1)和第二彈簧壓縮塊(9b2)分別能在所述第一彈簧限位塊(9c1)和第二彈簧限位塊(9c2)的限位口中作往復運動，以形成對勢能存儲彈簧(9a)的壓縮與回彈結構；

在驅動臂座(1b)右夾持鍵的外側設置有小臂減速機(4b)，所述小臂減速機(4b)通過第四法蘭(3d)與所述小臂驅動電機(2b)相連；所述小臂驅動電機(2b)的傳動軸上，并處于驅動臂座(1b)右夾持鍵的內側同軸裝有小臂第一傳動軸(6f)，在所述小臂第一傳動軸(6f)的頂部，并處于大臂(1c)下端右內側設置有第三同步輪(7e)；所述第三同步輪(7e)通過小臂同步帶(8b)與第四同步輪(7f)傳動；

所述第四同步輪(7f)設置在小臂第二傳動軸(6g)的一端上，所述小臂第二傳動軸(6g)設置于所述大臂(1c)上端；所述小臂第二傳動軸(6g)的另一端并處所述大臂(1c)外側裝有小臂驅動臂座(1d)；

所述底盤驅動電機(2c)工作時，底盤驅動電機(2c)通過底盤傳動軸(6b)帶動底盤驅動電機齒輪(7b)轉動進而帶動底盤旋轉齒輪(7a)轉動，底盤旋轉齒輪(7a)通過底盤旋轉齒輪軸(6a)帶動驅動臂座(1b)轉動；

所述大臂驅動電機(2a)通過大臂傳動軸(6e)驅動第一錐齒輪(7g)，第二錐齒輪(7h)受到第一錐齒輪(7g)的驅動而繞自身軸心轉動的同時隨著所述驅動臂座(1b)以大臂傳動軸(6e)為中心作旋轉運動，兩種運動合成第二錐齒輪(7h)的運動，并使得第二錐齒輪(7h)帶動第一同步輪(7c)轉動時，所述第一同步輪(7c)通過大臂同步帶(8a)帶動第二同步輪(7d)轉動，從而使得第二同步輪(7d)通過第二齒輪軸(6d)控制大臂(1c)轉動；

所述底盤驅動電機(2c)不工作時，所述大臂驅動電機(2a)通過大臂傳動軸(6e)驅動第一錐齒輪(7g)轉動，并帶動第二錐齒輪(7h)運動，所述第二錐齒輪(7h)帶動第一同步輪(7c)轉動，并通過大臂同步帶(8a)帶動第二同步輪(7d)轉動，從而使得所述第二同步輪(7d)通過第二齒輪軸(6d)控制大臂(1c)轉動；

所述小臂驅動電機(2b)通過小臂第一傳動軸(6f)帶動第三同步輪(7e)轉動，所述第三同步輪(7e)通過小臂同步帶(8b)帶動第四同步輪(7f)轉動，從而使得所述第四同步輪(7f)通過小臂第二傳動軸(6g)帶動小臂驅動臂座(1d)以控制小臂(1e)轉動；

當底盤驅動電機(2c)不工作時，所述第二錐齒輪(7h)與第一錐齒輪(7g)構成定軸齒輪系傳動；所述大臂驅動電機(2a)以轉動角速度ω_2a,1驅動第一錐齒輪(7g)以轉動角速度ω_2a,1轉動，第一錐齒輪(7g)驅動第二錐齒輪(7h)；第二錐齒輪(7h)帶動第一同步輪(7c)轉動，第一同步輪(7c)通過大臂同步帶(8a)驅動第二同步輪(7d)以轉動角速度ω_7d,1轉動，且第二同步輪(7d)的轉動角速度ω_7d,1與大臂驅動電機(2a)的轉動角速度ω_2a,1滿足式(1)：

式(1)中：Z_7c為第一同步輪(7c)的齒數，Z_7d為第二同步輪(7d)的齒數，Z_7g為第一錐齒輪(7g)的齒數，Z_7h為第二錐齒輪(7h)的齒數；

所述第二同步輪(7d)通過第二齒輪軸(6d)驅動大臂(1c)以轉動角速度ω_7d,1轉動；

小臂驅動電機(2b)以轉動角速度ω_2b,1驅動第三同步輪(7e)以轉動角速度ω_2b,1轉動，第三同步輪(7e)通過小臂同步帶(8b)帶動第四同步輪(7f)以轉動角速度ω_7f,1轉動，且第四同步輪(7f)的轉動角速度ω_7f,1與小臂驅動電機(2b)的轉動角速度ω_2b,1滿足式(2)：

式(2)中，Z_7e為第三同步輪(7e)的齒數，Z_7f為第四同步輪(7f)的齒數；

第四同步輪(7f)通過小臂驅動臂座(1d)驅動小臂(1e)以轉動角速度ω_7f,1轉動；

當所述底盤驅動電機(2c)工作時，底盤驅動電機(2c)以轉動角速度ω_2c,2驅動底盤驅動電機齒輪(7b)以轉動角速度ω_2c,2轉動；底盤驅動電機齒輪(7b)驅動底盤旋轉齒輪(7a)以ω_7a,2轉動，且底盤旋轉齒輪(7a)的轉動角速度ω_7a,2與底盤驅動電機(2c)的轉動角速度ω_2c,2滿足式(3)：

式(3)中，Z_7a為底盤旋轉齒輪(7a)的齒數，Z_7b為底盤驅動電機齒輪(7b)的齒數；

底盤旋轉齒輪(7a)通過底盤旋轉齒輪軸(6a)帶動驅動臂座(1b)以轉動角速度ω_7a,2轉動；

所述第二錐齒輪(7h)、第一錐齒輪(7g)與驅動臂座(1b)構成行星輪系傳動；大臂驅動電機(2a)以轉動角速度ω_2a,2驅動第一錐齒輪(7g)以轉動角速度ω_2a,2轉動，所述第二錐齒輪(7h)在第一錐齒輪(7g)與驅動臂座(1b)的運動合成下轉動，第二錐齒輪(7h)帶動第一同步輪(7c)轉動，第一同步輪(7c)通過大臂同步帶(8a)驅動第二同步輪(7d)以轉動角速度ω_7d,2轉動，且第二同步輪(7d)的轉動角速度ω_7d,2與大臂驅動電機(2a)的轉動角速度ω_2a,2滿足式(4)：

式(4)中，Z_7c為第一同步輪(7c)的齒數，Z_7d為第二同步輪(7d)的齒數，Z_7g為第一錐齒輪(7g)的齒數，Z_7h為第二錐齒輪(7h)的齒數；

所述第二同步輪(7d)驅動大臂(1c)以轉動角速度ω_7d,2轉動；

小臂驅動電機(2b)以轉動角速度ω_2b,2驅動第三同步輪(7e)以轉動角速度ω_2b,2轉動，第三同步輪(7e)通過小臂同步帶(8b)帶動第四同步輪(7f)以轉動角速度ω_7f,2轉動，且第四同步輪(7f)的轉動角速度ω_7f,2與小臂驅動電機(2b)的轉動角速度ω_2b,2滿足式(5)：

式(5)中，Z_7e為第三同步輪(7e)的齒數，Z_7f為第四同步輪(7f)的齒數；

第四同步輪(7f)通過小臂驅動臂座(1d)驅動小臂(1e)以轉動角速度ω_7f,2轉動。

2.根據權利要求1所述的一種節能型工業機器人的控制方法，其特征在于：

當所述大臂(1c)處于垂直狀態時，所述勢能存儲彈簧(9a)處于自然狀態；

當大臂(1c)處于非垂直狀態時，所述第一彈簧壓縮塊(9b1)壓縮所述勢能存儲彈簧(9a)的同時，所述第二彈簧限位塊(9c2)阻擋所述勢能存儲彈簧(9a)；

或者，所述第二彈簧壓縮塊(9b2)壓縮所述勢能存儲彈簧(9a)的同時，所述第一彈簧限位塊(9c1)阻擋所述勢能存儲彈簧(9a)，以形成對所述勢能存儲彈簧(9a)的限位。