用於工業機器人的平衡系統及工業機器人的製作方法

2023-12-02 21:44:12 2

本實用新型涉及機器人平衡技術領域，特別是涉及一種用於工業機器人的平衡系統及工業機器人。

背景技術：

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器；它是由電機驅動的運動裝置。重型工業機器人(負載90kg以上)的二軸負載相對較大，合理的平衡裝置可以讓二軸負載更均衡，電機選型更合理，工業機器人的運動性能更好。

現有技術中，現有工業機器人的平衡系統一般有三種方式：重力式、彈簧式以及液壓式。重力式採用配重來平衡二軸負載；彈簧式採用多組彈簧來平衡二軸負載；液壓式採用液壓和氣囊式蓄能器的組合形式來平衡二軸負載。

對於現有的三種平衡系統，都存在不同的缺點：

重力式平衡系統一般配重很大，極大增加了工業機器人整機質量；

彈簧式平衡系統裝置質量較大，單純採用彈簧式平衡系統時一般需選用多組彈簧組合形式，設計方案複雜，且彈簧的壽命受往複次數限制，系統經常需要維護；

液壓式平衡系統一般採用液壓缸加雙蓄能器的組合形式，單純採用液壓式時一般需要液壓系統提供20MPa以上的壓力，有洩漏風險，且當所選蓄能器體積較大時，平衡裝置與二軸運動空間可能發生幹涉。

由此可見，提供一種能夠輕便地實現平衡二軸負載的功能，且安裝方便，不會帶來運動幹涉的工業機器人尤為重要。

技術實現要素：

本實用新型主要解決的技術問題是提供一種用於工業機器人的平衡系統及工業機器人，能夠輕便地實現平衡二軸負載的功能，同時安裝方便，不會帶來運動幹涉。

為解決上述技術問題，本實用新型採用的一個技術方案是：提供一種用於工業機器人的平衡系統，包括：

液壓裝置，其包括液壓缸和活塞杆，其中所述液壓缸設置在所述工業機器人的底座上，所述活塞杆的一端插設在所述液壓缸內，所述活塞杆的另一端與所述工業機器人的機械臂連接；

蓄能裝置，與所述液壓缸相連通；

其中，當所述工業機器人的機械臂沿第一方向運動時，所述液壓缸中的壓力油注入至所述蓄能裝置，以將能量儲存至所述蓄能裝置；當所述工業機器人的機械臂沿與所述第一方向相反的第二方向運動時，所述蓄能裝置中的壓力油流入所述液壓缸，以釋放儲存在所述蓄能裝置中的能量。

其中，所述液壓缸包括：

液壓缸的缸體，其內設置有腔體；

擋板，其設置在所述液壓缸的缸體的腔體內且與所述活塞杆的一端連接以隨著所述活塞杆的運動而運動，並將所述液壓缸的缸體的腔體分成有杆腔和無杆腔。

其中，所述蓄能裝置包括：

蓄能裝置的缸體，其內設置有壓力油腔；

氣囊，設置在所述壓力油腔內；

其中，所述蓄能裝置中的所述壓力油腔與所述液壓裝置中的所述液壓缸相通，以在所述工業機器人的機械臂沿所述第一方向運動時，所述液壓缸中的壓力油流入至所述壓力油腔內，從而壓縮所述氣囊，以將能量儲存至所述蓄能裝置；在所述工業機器人的機械臂沿所述第二方向運動時，所述壓力油腔中的壓力油流入至所述液壓缸中，所述氣囊膨脹以使所述蓄能裝置釋放能量。

其中，所述液壓缸中的所述有杆腔填充有壓力油；所述蓄能裝置中的所述壓力油腔與所述液壓缸中的所述有杆腔相通。

其中，所述液壓缸的缸體與所述蓄能裝置的缸體一體成型以使液壓缸和所述蓄能裝置集成在一起。

其中，所述液壓缸的缸體對應所述有杆腔的位置處開設有連接口，以使所述有杆腔與所述蓄能裝置中的所述壓力油腔相通；而所述液壓缸的缸體對應所述無杆腔的位置處設置有濾氣口，以使所述無杆腔與外界相通。

其中，所述蓄能裝置的缸體上開設有氣囊充氣口和壓力油洩放口，其中，所述氣囊充氣口與所述氣囊相連以為所述氣囊預充氣體，所述壓力油洩放口與所述壓力油腔相連以預充、洩放和補充壓力油。

為解決上述技術問題，本實用新型採用的另一個技術方案是：提供一種工業機器人，其包括底座、機械臂、關節和平衡系統，所述關節設置在所述底座和所述機械臂之間，而所述平衡系統設置在所述關節處，且所述平衡系統包括如上所述的任一項平衡系統。

本實用新型的有益效果是：區別於現有技術的情況，本實用新型的平衡系統包括液壓裝置、蓄能裝置，當工業機器人的機械臂沿第一方向運動時，液壓缸中的壓力油注入至蓄能裝置，以將能量儲存至蓄能裝置；當工業機器人的機械臂沿與第一方向相反的第二方向運動時，蓄能裝置中的壓力油流入液壓缸，以釋放儲存在蓄能裝置中的能量。由於將液壓裝置和蓄能裝置組合在一起，將液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本均衡處理，即液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本保持同一數量級別，作用相當，不以任一為主；相比於沒有該平衡系統的同負載級別工業機器人，二軸電機的負載會得到明顯均衡，二軸電機型號可以更小，運動性能更佳。通過這種方式，輕便地實現平衡二軸負載的功能，同時安裝方便，不會帶來運動幹涉。

附圖說明

圖1是本實用新型用於工業機器人的平衡系統一實施方式的結構示意圖；

圖2是本實用新型工業機器人一實施方式的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本實用新型一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本實用新型中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，均屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型實施例公開了一種用於工業機器人的平衡系統及工業機器人，能夠輕便地實現平衡二軸負載的功能，且安裝方便，不會帶來運動幹涉。以下分別進行詳細描述。

請參見圖1，圖1是本實用新型用於工業機器人的平衡系統一實施方式的結構示意圖。該用於工業機器人的平衡系統包括：液壓裝置1和蓄能裝置2，其中，

液壓裝置1包括液壓缸12和活塞杆13，其中液壓缸12設置在工業機器人的底座上，活塞杆13的一端插設在液壓缸12內，活塞杆13的另一端與工業機器人的機械臂連接；蓄能裝置2與液壓缸12相連通。活塞杆13在液壓缸12內可移動，當活塞杆13移動時，帶動工業機器人的機械臂一起運動。

其中，當工業機器人的機械臂沿第一方向運動時，液壓缸12中的壓力油注入至蓄能裝置2，以將能量儲存至蓄能裝置2；當工業機器人的機械臂沿與第一方向相反的第二方向運動時，蓄能裝置2中的壓力油流入液壓缸12，以釋放儲存在蓄能裝置2中的能量。當機械臂沿第一方向運動時，蓄能裝置2儲存能量，當機械臂沿第二方向運動時，蓄能裝置2釋放能量，可以分擔部分液壓裝置的壓力，進而能夠輕便地實現平衡二軸負載的功能，同時安裝方便，不會帶來運動幹涉。

本實用新型實施方式的平衡系統包括液壓裝置1、蓄能裝置2，當工業機器人的機械臂沿第一方向運動時，液壓缸12中的壓力油注入至蓄能裝置2，以將能量儲存至蓄能裝置2；當工業機器人的機械臂沿與第一方向相反的第二方向運動時，蓄能裝置2中的壓力油流入液壓缸12，以釋放儲存在蓄能裝置2中的能量。由於將液壓裝置和蓄能裝置組合在一起，將液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本均衡處理，即液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本保持同一數量級別，作用相當，不以任一為主；相比於沒有該平衡系統的同負載級別工業機器人，二軸電機的負載會得到明顯均衡，二軸電機型號可以更小，運動性能更佳。通過這種方式，輕便地實現平衡二軸負載的功能，同時安裝方便，不會帶來運動幹涉。

其中，液壓缸12包括：液壓缸12的缸體121和擋板122。液壓缸12的缸體121內設置有腔體；擋板122設置在液壓缸12的缸體121的腔體內且與活塞杆13的一端連接以隨著活塞杆13的運動而運動，並將液壓缸的缸體121的腔體分成有杆腔1211和無杆腔1212。

其中，蓄能裝置2包括：蓄能裝置2的缸體21和氣囊22。蓄能裝置2的缸體21內設置有壓力油腔211；氣囊22設置在壓力油腔211內；其中，蓄能裝置2中的壓力油腔211與液壓裝置1中的液壓缸12相通，以在工業機器人的機械臂沿第一方向運動時，液壓缸12中的壓力油流入至壓力油腔211內，從而壓縮氣囊22以將能量儲存至蓄能裝置2；在工業機器人的機械臂沿第二方向運動時，壓力油腔211中的壓力油流入至液壓缸12中，氣囊膨脹以使蓄能裝置2釋放能量。

其中，液壓缸12中的有杆腔1211填充有壓力油；蓄能裝置2中的壓力油腔211與液壓缸12中的有杆腔1211相通。

其中，液壓缸12的缸體121與蓄能裝置2的缸體21一體成型以使液壓缸12和蓄能裝置2集成在一起。

其中，液壓缸12的缸體121對應有杆腔1211的位置處開設有連接口1213，以使有杆腔1211與蓄能裝置2中的壓力油腔211相通；而液壓缸12的缸體121對應無杆腔1212的位置處設置有濾氣口1214，以使無杆腔1212與外界相通。

其中，蓄能裝置2的缸體21上開設有氣囊充氣口212和壓力油洩放口213，其中，氣囊充氣口212與氣囊22相連以為氣囊22預充氣體，壓力油洩放口213與壓力油腔211相連以預充、洩放和補充壓力油。

該平衡系統安裝於工業機器人的關節處。當電機驅動機器人關節向第一方向運動時，平衡系統可將機器人本體的重力勢能壓縮蓄能裝置而存儲起來；當電機驅動機器人關節向第二方向運動時，平衡系統可將存儲的壓力能釋放出來轉換為機器人本體的重力勢能。

上述平衡系統，將液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本均衡處理，即液壓裝置承壓與蓄能裝置承壓基本保持同一數量級別，作用相當，不以任一為主。具體工作方式如下：

該平衡系統液壓裝置1的液壓缸12與機器人底座連接，活塞杆13與大臂連接；蓄能裝置2預充一定壓力值，壓力值大小取決於設計需求；液壓缸12的有杆腔1211始終處於高壓狀態，對大臂形成拉力，以減少二軸電機負載；大臂沿第一方向運動(例如：往下運動)時，壓力油被壓入蓄能裝置2，進而壓縮氣囊22，儲存能量；大臂沿第二方向運動(例如：往上運動)時，氣囊22釋放能量。

上述平衡系統，相比於沒有該平衡系統的同負載級別工業機器人，二軸電機的負載會得到明顯均衡，二軸電機型號可以更小，運動性能更佳。

上述液壓裝置和蓄能裝置組合而成的平衡系統，具有如下的優點：

第一、比重力式平衡系統與彈簧式平衡系統的質量均輕；

第二、蓄能裝置內置於液壓缸，一體化程度高，體積小，更加方便安裝；

第三、設計輪廓簡潔，不易產生運動幹涉；

第四、平衡系統整體安裝方便，接口清晰，維護方便。

參見圖2，圖2是本實用新型工業機器人一實施方式的結構示意圖，該工業機器人包括：底座100、機械臂200、關節300和平衡系統400，其中，關節300設置在底座100和機械臂200之間，而平衡系統400設置在關節300處，且平衡系統400為上述平衡系統中的任一平衡系統，具體內容請參見上述平衡系統的說明，在此不再贅敘。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。