工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在多關(guān)節(jié)重負(fù)載和大負(fù)載工業(yè)機(jī)器人中，第二關(guān)節(jié)的平衡機(jī)構(gòu)是不可或缺的部分，它主要用來(lái)平衡關(guān)節(jié)的重力負(fù)載扭矩M，降低關(guān)節(jié)對(duì)動(dòng)力的需求，從而可以選用功率小，價(jià)格低廉的電機(jī)和減速機(jī)，達(dá)到節(jié)能減耗的目的，同時(shí)又不會(huì)降低機(jī)器人關(guān)節(jié)的加速性能。
[0003]目前，工業(yè)機(jī)器人上使用的平衡機(jī)構(gòu)主要有兩種類型，一種是使用鋼制卷制壓縮彈簧，第二種是使用平衡塊。使用鋼制卷制壓縮彈簧的平衡機(jī)構(gòu)，其工作原理是利用壓縮彈簧對(duì)外提供拉力，形成與關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩M方向相反的扭矩N，以降低關(guān)節(jié)的合成扭矩，該方案雖然能夠起到平衡作用，但由于要提供較大的出力，彈簧尺寸較大，導(dǎo)致整個(gè)平衡機(jī)構(gòu)體積龐大、成本高；使用平衡塊的平衡機(jī)構(gòu)，其工作原理是利用平衡塊自身的重力，對(duì)關(guān)節(jié)產(chǎn)生與關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩M方向相反的扭矩N，以降低關(guān)節(jié)的合成扭矩，由于要提供較大的反向平衡扭矩N，平衡塊的重量重，體積大，重心距關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸距離遠(yuǎn)，故其運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)外部空間要求很大(詳見圖5)，對(duì)外部設(shè)備和操作人員來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)極大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，采用氮?dú)鈴椈芍萎a(chǎn)生反向扭矩的方式，體積小，成本低，運(yùn)行動(dòng)作可靠。
[0005]本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，包括氮?dú)鈴椈珊瓦B接桿1、連接桿II，其特征是:氮?dú)鈴椈傻膬啥朔謩e連接連接桿I和連接桿II，連接桿I的另一端鉸接在大臂上，連接桿II的另一端鉸接在轉(zhuǎn)座上；連接桿I與大臂的鉸接點(diǎn)、連接桿II與轉(zhuǎn)座的鉸接點(diǎn)和第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成三角支撐。
[0006]當(dāng)大臂繞第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，大臂和轉(zhuǎn)座通過(guò)連接桿I和連接桿II對(duì)氮?dú)鈴椈墒┘訅毫?，氮?dú)鈴椈蓪?duì)大臂反向輸出推力，由于存在力臂Y，形成與關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩M相反的扭矩N，實(shí)現(xiàn)平衡關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩的目的。
[0007]本發(fā)明機(jī)構(gòu)，采用氮?dú)鈴椈芍萎a(chǎn)生反向扭矩的方式，體積小，成本低，運(yùn)行動(dòng)作可靠。平衡機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡占用空間小，不會(huì)對(duì)外部人員和設(shè)備形成運(yùn)動(dòng)的安全隱患。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是圖1A-A剖面圖。
[0010]圖3是圖2的I部位局部放大圖。
[0011]圖4是圖2的II部位局部放大圖。
[0012]圖1-4中:1-大臂，2-關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線，3-氮?dú)鈴椈桑?-轉(zhuǎn)軸II旋轉(zhuǎn)軸線，5-轉(zhuǎn)座，6-連接桿II，7-連接桿I，8-轉(zhuǎn)軸I旋轉(zhuǎn)軸線，9-密封件，V -密封件，10-大臂軸承，1r -固定座軸承，11-轉(zhuǎn)軸I，12-大臂軸承外圈擋圈，C -固定座軸承外圈擋圈，13-大臂軸承內(nèi)圈擋圈，13 ^ -固定座軸承內(nèi)圈擋圈，14-固定座15-轉(zhuǎn)軸II，16-平衡塊，17-平衡塊上的一個(gè)點(diǎn)，20-J2關(guān)節(jié)負(fù)載重心。
[0013]圖5是平衡塊平衡機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡示意圖(大空間軌跡)。
[0014]圖6是本發(fā)明第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡示意圖(小空間軌跡)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]如圖1-4所示，氮?dú)鈴椈?—側(cè)與連接桿I 7連接，轉(zhuǎn)軸I 11固定在大臂I上，連接桿I 7通過(guò)大臂軸承10和轉(zhuǎn)軸I 11與大臂I形成鉸鏈連接，連接桿I 7通過(guò)大臂軸承10可以繞轉(zhuǎn)軸I 11轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]氮?dú)鈴椈?另一側(cè)與連接桿II 6連接，轉(zhuǎn)軸II 15固定在固定座14上，固定座14固定在轉(zhuǎn)座5上，連接桿II 6通過(guò)固定座軸承1(V和轉(zhuǎn)軸II 15與轉(zhuǎn)座5上的固定座14形成鉸鏈連接，連接桿II 6通過(guò)固定座軸承1(V可以繞轉(zhuǎn)軸II 15轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018]連接桿II 6與轉(zhuǎn)軸II 15之間通過(guò)固定座軸承1(V轉(zhuǎn)動(dòng)，固定座軸承1(V內(nèi)圈需通過(guò)轉(zhuǎn)軸II 15的臺(tái)階和固定座軸承內(nèi)圈擋圈13'軸向定位，固定座軸承1(V外圈通過(guò)連接桿II 6的臺(tái)階和固定座軸承外圈擋圈12'軸向定位。
[0019]連接桿I 7與轉(zhuǎn)軸I 11之間通過(guò)大臂軸承10轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂軸承10內(nèi)圈通過(guò)轉(zhuǎn)軸I 7的臺(tái)階和大臂軸承內(nèi)圈擋圈13軸向定位，大臂軸承10外圈兩側(cè)與連接桿I 7之間須留有大臂軸承10短距離的軸向游動(dòng)的空間；或者大臂軸承10外圈通過(guò)連接桿I的臺(tái)階和大臂軸承外圈擋圈12軸向定位，大臂軸承10內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸I之間須留有大臂軸承10短距離的軸向游動(dòng)的空間。
[0020]連接桿I與大臂的鉸接點(diǎn)、連接桿II與轉(zhuǎn)座的鉸接點(diǎn)與第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成三角支撐，在J2軸重力負(fù)載扭矩較大的工作區(qū)間內(nèi)(即需要平衡扭矩的范圍)，氮?dú)鈴椈傻妮S線應(yīng)通過(guò)位于第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的上方或下方，產(chǎn)生與負(fù)載扭矩相反的平衡扭矩。
[0021]當(dāng)大臂I繞第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，大臂I和轉(zhuǎn)座5通過(guò)連接桿17和連接桿116對(duì)氮?dú)鈴椈?施加壓力，氮?dú)鈴椈?對(duì)大臂反向輸出推力，由于存在力臂Y，形成與關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩M相反的扭矩N，實(shí)現(xiàn)平衡關(guān)節(jié)重力負(fù)載扭矩的目的。
[0022]如視圖1所示:
①當(dāng)Y < 0，X < O時(shí)，氮?dú)馄胶飧纵敵龅耐屏?duì)J2關(guān)節(jié)形成的扭矩N與J2關(guān)節(jié)負(fù)載重力形成的扭矩M方向一致，氮?dú)馄胶飧撞黄鹌胶庳?fù)載扭矩的作用。
[0023]②當(dāng)Y < 0，X > O時(shí)，氮?dú)馄胶飧纵敵龅耐屏?duì)J2關(guān)節(jié)形成的扭矩N與J2關(guān)節(jié)負(fù)載重力形成的扭矩M方向相反，氮?dú)馄胶飧灼鸬狡胶庳?fù)載扭矩的作用(如圖所示狀態(tài))。
[0024]③當(dāng)Y > 0，X < O時(shí)，氮?dú)馄胶飧纵敵龅耐屏?duì)J2關(guān)節(jié)形成的扭矩N與J2關(guān)節(jié)負(fù)載重力形成的扭矩M方向相反，氮?dú)馄胶飧灼鸬狡胶庳?fù)載扭矩的作用。
[0025]④當(dāng)Y > 0，X > O時(shí)，氮?dú)馄胶飧纵敵龅耐屏?duì)J2關(guān)節(jié)形成的扭矩N與J2關(guān)節(jié)負(fù)載重力形成的扭矩M方向一致，氮?dú)馄胶飧撞黄鹌胶庳?fù)載扭矩的作用。
[0026]本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)的體積大、成本高、大空間運(yùn)動(dòng)安全問(wèn)題。
[0027]本發(fā)明采用氮?dú)鈴椈煞桨复驿撝凭碇茐嚎s彈簧的平衡器方案。由于氮?dú)鈴椈墒褂玫氖歉邏涵h(huán)保氣體(最高18Mpa、壓縮氣體為氮?dú)?，可以在很小的體積下輸出很大的推力(高達(dá)幾十噸)，故使用氮?dú)鈴椈纱驿撝凭碇茐嚎s彈簧方案，平衡機(jī)構(gòu)體積可縮小90%以上。同時(shí)，由于氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)和產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)、外都已非常成熟，在模具、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用較廣，與鋼制卷制壓縮彈簧平衡器相比，成本可以降低40%以上。
[0028]本發(fā)明采用氮?dú)鈴椈煞桨复嫫胶鈮K方案。由于氮?dú)鈴椈审w積小，出力大，屬于細(xì)長(zhǎng)圓柱型結(jié)構(gòu)，且其是在機(jī)器人本體內(nèi)部(轉(zhuǎn)座和大臂內(nèi)部)做小范圍擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，最大角度擺動(dòng)在25°以內(nèi)，故其運(yùn)動(dòng)空間小，不會(huì)對(duì)外部人員和設(shè)備形成運(yùn)動(dòng)的安全隱患(見圖5、圖6)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，包括氮?dú)鈴椈珊瓦B接桿1、連接桿II，其特征是:氮?dú)鈴椈傻膬啥朔謩e連接連接桿I和連接桿II，連接桿I的另一端鉸接在大臂上，連接桿II的另一端鉸接在轉(zhuǎn)座上；連接桿I與大臂的鉸接點(diǎn)、連接桿II與轉(zhuǎn)座的鉸接點(diǎn)和第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成三角支撐。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)機(jī)器人第二關(guān)節(jié)平衡機(jī)構(gòu)，包括氮?dú)鈴椈珊瓦B接桿I、連接桿II，其特征是：氮?dú)鈴椈傻膬啥朔謩e連接連接桿I和連接桿II，連接桿I的另一端鉸接在大臂上，連接桿II的另一端鉸接在轉(zhuǎn)座上；連接桿I與大臂的鉸接點(diǎn)、連接桿II與轉(zhuǎn)座的鉸接點(diǎn)與第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成三角支撐。本發(fā)明機(jī)構(gòu)，采用氮?dú)鈴椈芍萎a(chǎn)生反向扭矩的方式，體積小，成本低，運(yùn)行動(dòng)作可靠。平衡機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡占用空間小，不會(huì)對(duì)外部人員和設(shè)備形成運(yùn)動(dòng)的安全隱患。
【IPC分類】B25J19/00
【公開號(hào)】CN105108777
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510659862
【發(fā)明人】沈銀龍, 王杰高, 韓邦海
【申請(qǐng)人】南京埃斯頓機(jī)器人工程有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日