[發(fā)明專利]一種機(jī)器人、機(jī)器人關(guān)節(jié)及用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011001401.0
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112091995A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭濤
• 申請（專利權(quán)）人: 配天機(jī)器人技術(shù)有限公司
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00;B25J17/00;B25J19/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 萬雙艷

本發(fā)明公開了一種機(jī)器人、機(jī)器人關(guān)節(jié)及用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置包括用以設(shè)于機(jī)器人關(guān)節(jié)的電磁鐵，所述電磁鐵成組設(shè)置，所述電磁鐵與電磁鐵控制器相連，所述電磁鐵控制器控制所述電磁鐵以實(shí)現(xiàn)實(shí)時補(bǔ)償機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩變化。上述用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置采用非接觸式的電磁力對機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩變化進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償，避免了傳統(tǒng)平衡缸模式對于機(jī)器人運(yùn)動范圍的限制，可以降低運(yùn)動狀態(tài)不確定性對于電機(jī)和減速機(jī)系統(tǒng)選型的負(fù)載要求，從而降低電機(jī)、減速機(jī)的重量、體積、功耗，是機(jī)器人系統(tǒng)小型化、輕量化、節(jié)能化的重要技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人運(yùn)動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置。還涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)。還涉及一種機(jī)器人。

背景技術(shù)

如圖2至圖4所示，串聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人由多個旋轉(zhuǎn)軸組成，在運(yùn)動的過程中，各軸轉(zhuǎn)角不同，各旋轉(zhuǎn)軸的力臂變化大，機(jī)器人各臂自重和負(fù)載3的重量一起作用于力臂上，造成各軸負(fù)載扭矩變化巨大，不利于電機(jī)和減速機(jī)的選型。圖2和圖3是同一機(jī)器人在同樣的終端負(fù)載3下的兩種可能工作狀態(tài)。圖3的第一旋轉(zhuǎn)軸1受到的扭矩相比于圖2可能高達(dá)十多倍，而圖3的第二旋轉(zhuǎn)軸2的扭矩相比于圖2也可能高達(dá)數(shù)倍。為了克服這種劇烈的扭矩變化，目前有兩種技術(shù)方案。

第一種技術(shù)方案，按系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高扭矩選擇電機(jī)和減速機(jī)，從而滿足系統(tǒng)所有的工作扭矩。存在問題：在多數(shù)情況下，各軸運(yùn)行在較低的負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，按最高選型極大的增大了電機(jī)和減速機(jī)的輸出扭矩，造成體積、重量、功耗等明顯上升，整機(jī)成本高。

第二種技術(shù)方案，采取接觸式平衡機(jī)構(gòu)，如圖4增加拉桿4和平衡杠5(推桿或拉桿)，平衡杠5的形式包括彈簧、液壓、氣壓等，平衡杠5隨轉(zhuǎn)軸角度的變化而提供不同的輸出力，以平衡機(jī)器人重力和負(fù)載3的增加，降低旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。存在問題：機(jī)器人的運(yùn)動受到平衡杠5的行程(如彈簧量)的限制，限制了運(yùn)動范圍；此類平衡機(jī)構(gòu)的輸出(如方向)往往與拉桿位移有關(guān)，而機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)所帶來的扭矩變化多樣，此種平衡機(jī)構(gòu)對于旋轉(zhuǎn)軸扭矩的補(bǔ)償能力單一有限。

因此，如何能夠提供一種解決機(jī)器人關(guān)節(jié)各種扭矩的劇烈變化、成本可控、不限制運(yùn)動范圍、補(bǔ)償能力強(qiáng)的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置，采用非接觸式的電磁力對機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩變化進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償，避免了傳統(tǒng)平衡缸模式對于機(jī)器人運(yùn)動范圍的限制，可以降低運(yùn)動狀態(tài)不確定性對于電機(jī)和減速機(jī)系統(tǒng)選型的負(fù)載要求，從而降低電機(jī)、減速機(jī)的重量、體積、功耗，是機(jī)器人系統(tǒng)小型化、輕量化、節(jié)能化的重要技術(shù)。本發(fā)明的另一目的是提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)。本發(fā)明的再一目的是提供一種機(jī)器人。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置，包括用以設(shè)于機(jī)器人關(guān)節(jié)的電磁鐵，所述電磁鐵成組設(shè)置，所述電磁鐵與電磁鐵控制器相連，所述電磁鐵控制器控制所述電磁鐵以實(shí)現(xiàn)實(shí)時補(bǔ)償機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩變化。

優(yōu)選地，所述電磁鐵控制器用以與機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)相連，所述電磁鐵控制器用以根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制信號調(diào)整輸出給所述電磁鐵的控制電流。

優(yōu)選地，成組設(shè)置的所述電磁鐵包括第一電磁鐵和第二電磁鐵，所述第一電磁鐵用以設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸，所述第二電磁鐵用以設(shè)于基座。

優(yōu)選地，所述電磁鐵與所述電磁鐵控制器通過控制電纜相連。

本發(fā)明還提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括上述任一項(xiàng)所述的用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的平衡裝置。

優(yōu)選地，包括旋轉(zhuǎn)軸和基座，所述基座固定且所述旋轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動，所述電磁鐵分別設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)軸和所述基座。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)軸包括第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸，第一電磁鐵設(shè)于所述第一旋轉(zhuǎn)軸，所述第二旋轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述基座。

本發(fā)明還提供一種機(jī)器人，包括上述任一項(xiàng)所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)。