一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，包括缸體、左缸蓋、右缸蓋、安全組合彈簧、活塞桿、磁流變液和線圈；其中，所述缸體呈上下封閉、左右不封閉，所述左缸蓋、右缸蓋分別安裝在該缸體的左、右兩側(cè)；在所述缸體內(nèi)充滿所述的磁流變液，并且所述安全組合彈簧、所述活塞桿和所述線圈都分別設(shè)置在所述缸體內(nèi)部；并且，所述安全組合彈簧一端固定在所述左缸蓋內(nèi)壁上，另一端與所述活塞桿的一端固定，該活塞桿的另一端穿出所述右缸蓋；同時，前后兩個所述的線圈分別纏繞在所述活塞桿上。因此，本發(fā)明所述的新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸能夠完善工業(yè)機(jī)器人的平衡方式，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人是能用于編程的，執(zhí)行工業(yè)任務(wù)的機(jī)械缸。在完成某種抓放、搬運(yùn)物體或操持工具等工作中，如工業(yè)機(jī)器人手臂、翻轉(zhuǎn)工作臺等，存在著這樣的問題:由于運(yùn)動桿臂繞其轉(zhuǎn)軸擺轉(zhuǎn)時，其重心不通過轉(zhuǎn)軸，而且隨著運(yùn)動的位置、速度、加速度的變化，重心的落點(diǎn)也發(fā)生變化，因而產(chǎn)生了變化的偏重力矩，這不僅影響了機(jī)器的動態(tài)特性，有時會超過驅(qū)動缸的最大輸出力矩，使機(jī)器不能正常運(yùn)動。所以，設(shè)計(jì)好一套行之有效的平衡機(jī)構(gòu)來克服偏重力矩，對最大限度地減少電力消耗，獲得小的體積與重量，改善機(jī)器的工作性能都有著至關(guān)重要的意義。
[0003]工業(yè)機(jī)器人常用的平衡方式有重力式，彈簧式、氣缸式、機(jī)械阻尼等，其中，重力平衡機(jī)構(gòu)最簡單，但只適用于載荷不變的場合，如采用配重，會使手臂的質(zhì)量和慣性增加，從而使得動力學(xué)特性變壞，所需驅(qū)動力矩增加。彈簧平衡方式具有結(jié)構(gòu)簡單重量輕，對環(huán)境溫度不敏感，調(diào)整使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是彈簧剛度不能調(diào)節(jié)，故難以實(shí)現(xiàn)不同載荷，不同位置下的完全平衡?，F(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)機(jī)器人采用平衡缸多采用氮?dú)馄胶飧?，這種平衡缸壓力機(jī)正常工作時，平衡缸內(nèi)流速較高，缸內(nèi)氣體不斷壓縮或者壓縮空氣經(jīng)由平衡缸進(jìn)氣口會不斷充入缸內(nèi)，如處理不當(dāng)容易導(dǎo)致平衡缸溫升較高，而且為了防止缸體內(nèi)高壓氣體的泄露，對密封、壓力充注和調(diào)節(jié)方面提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，能夠完善工業(yè)機(jī)器人的平衡方式，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005]基于上述目的本發(fā)明提供的一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，包括缸體、左缸蓋、右缸蓋、安全組合彈簧、活塞桿、磁流變液和線圈；
[0006]其中，所述缸體呈上下封閉、左右不封閉，所述左缸蓋、右缸蓋分別安裝在該缸體的左、右兩側(cè)；在所述缸體內(nèi)充滿所述的磁流變液，并且所述安全組合彈簧、所述活塞桿和所述線圈都分別設(shè)置在所述缸體內(nèi)部；并且，所述安全組合彈簧一端固定在所述左缸蓋內(nèi)壁上，另一端與所述活塞桿的一端固定，該活塞桿的另一端穿出所述右缸蓋；同時，前后兩個所述的線圈分別纏繞在所述活塞桿上。
[0007]可選地，所述活塞桿與所述缸體均用低碳鋼制成，并且所述活塞桿上纏繞有所述的線圈，因而形成了一個磁通回路，使所述活塞桿與所述缸體形成的環(huán)狀流口具有的磁通密度，通過調(diào)整所述線圈的電流，改變所述磁流變液的粘度，進(jìn)而改變所述平衡缸的阻尼系數(shù)。
[0008]進(jìn)一步地，所述平衡缸還包括密封圈，所述活塞桿穿出所述右缸蓋并與所述右缸蓋接觸的部分通過所述密封圈進(jìn)行緊固、密封。[0009]可選地，所述的平衡缸所安裝的安全組合彈簧由3種不同直徑、不同彈性模量彈簧組成。
[0010]進(jìn)一步地，所述缸體的缸徑為210mm。
[0011]另外，本發(fā)明還提供了一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，包括上面所述的平衡缸、機(jī)器人底座、大臂、大臂安裝底座、第一平衡桿、第二平衡桿、小臂、第三平衡桿和重物連接桿；
[0012]所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的左缸蓋與所述機(jī)器人底座固定，所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的活塞桿穿出右缸蓋的端部與所述大臂連接；所述大臂安裝底座固定于大臂安裝底座機(jī)器人底座上，所述第一平衡桿與所述大臂的兩端分別通過連接桿連接，同時所述第一平衡桿、所述大臂與所述的連接桿的節(jié)點(diǎn)均采用銷軸連接；并且，所述第二平衡桿的一端同時與所述小臂、所述大臂通過銷軸連接，所述第二平衡桿的另一端與所述第三平衡桿的一端通過銷軸連接；所述小臂的另一端與所述第三平衡桿的另一端之間通過連接桿連接，而且所述小臂的該端、所述第三平衡桿的該端均采用銷軸與所述的連接桿連接；與此同時，所述小臂的該端、所述第三平衡桿的該端還分別通過所述重物連接桿與重物連接。
[0013]可選地，所述活塞桿上纏繞兩個線圈，所述線圈電流為1.5A，在承載重物為450kg情況下，所述活塞桿有效運(yùn)動位移范圍150_，所述大臂最高轉(zhuǎn)速為15r/min。
[0014]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，通過缸體呈上下封閉、左右不封閉，左缸蓋、右缸蓋分別安裝在該缸體的左、右兩側(cè)；在所述缸體內(nèi)充滿所述的磁流變液，并且安全組合彈簧、活塞桿和線圈都分別設(shè)置在所述缸體內(nèi)部；并且，安全組合彈簧一端固定在左缸蓋內(nèi)壁上，另一端與活塞桿的一端固定，該活塞桿的另一端穿出右缸蓋；同時，前后兩個線圈分別纏繞在活塞桿上。從而，本發(fā)明所述的新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸能夠有效地克服現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)機(jī)器人平衡缸存在的安全性低、難控制、可靠性差等缺點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]參閱圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸包括缸體21、左缸蓋23、右缸蓋25、安全組合彈簧22、活塞桿27、磁流變液28和線圈29。其中，缸體21呈上下封閉、左右不封閉，左缸蓋23、右缸蓋25分別安裝在該缸體21的左、右兩側(cè)。較佳地，左缸蓋23、右缸蓋25分別通過連接螺栓24與缸體21緊固。
[0019]另外，在缸體21內(nèi)充滿磁流變液28，并且安全組合彈簧22、活塞桿27和線圈29都分別設(shè)置在缸體21內(nèi)部。其中，安全組合彈簧22—端固定在左缸蓋23內(nèi)壁上，另一端與活塞桿27的一端固定，該活塞桿27的另一端穿出右缸蓋25。同時，前后兩個線圈29分別纏繞在活塞桿27上。
[0020]較佳地，活塞桿27與缸體21均用低碳鋼制成。由于活塞桿27與缸體21均用低碳鋼制成，以及活塞桿27上纏繞有線圈29，因而形成了一個磁通回路，使活塞桿27與缸體21形成的環(huán)狀流口具有一定的磁通密度，通過調(diào)整線圈29的電流，改變磁流變液28的粘度，進(jìn)而改變所述平衡缸的阻尼系數(shù)。
[0021 ] 在實(shí)施例中，缸體21的缸徑為200mm-220mm。較佳地，缸體21的缸徑為200mm-210mm，或?yàn)?10_-220_。優(yōu)選地，缸體21的缸徑為210mm。
[0022]還需要說明的是，活塞桿27穿出右缸蓋25并與右缸蓋25接觸的部分通過密封圈26進(jìn)行緊固、密封。
[0023]作為本發(fā)明的另一個實(shí)施例，如圖2所示(在圖2中標(biāo)號2為本發(fā)明所述的平衡缸)，為本發(fā)明實(shí)施例新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸2的左缸蓋23與機(jī)器人底座I固定，所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸2的活塞桿27穿出右缸蓋25的端部與大臂5連接。另外，大臂安裝底座3固定于機(jī)器人底座I上，第一平衡桿4與大臂5的兩端分別通過連接桿連接，同時第一平衡桿4、大臂5與所述的連接桿的節(jié)點(diǎn)均采用銷軸連接。并且，第二平衡桿6的一端同時與小臂8、大臂5通過銷軸連接，第二平衡桿6的另一端與第三平衡桿7的一端通過銷軸連接。
[0024]小臂8的另一端與第三平衡桿7的另一端之間通過連接桿連接，而且小臂8的該端、第三平衡桿7的該端均采用銷軸與所述的連接桿連接。與此同時，小臂8的該端、第三平衡桿7的該端還分別通過重物連接桿9與重物10連接。較佳地，小臂8該端上連接的重物連接桿9的另一端固定于第三平衡桿7的該端上連接的重物連接桿9上，并且第三平衡桿7的該端上連接的重物連接桿9的一端固定連接重物10。
[0025]需要說明的是，在實(shí)施例中采用銷軸連接的方式是為了可以產(chǎn)生相對的運(yùn)動。
[0026]由于磁流變液28是一種鐵磁粒子均勻地懸浮在載體中的一種智能材料，這種材料能夠隨不同的磁場作用而迅速改變其流變特性，在磁場作用下，磁流變液28變稠，流動性變差，增加了活塞桿27的運(yùn)動阻尼，而且線圈29電流愈大，磁場感應(yīng)強(qiáng)度愈大，磁流變液28愈稠，流體流動愈困難。這樣，當(dāng)大臂5的運(yùn)動帶動了平衡缸2的活塞桿27高速往返運(yùn)動時，由于磁流變液28阻尼增加，平衡了大臂5的運(yùn)動慣性，使機(jī)器人運(yùn)行更加平穩(wěn)。
[0027]在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，所述的平衡缸所安裝的安全組合彈簧22由3種不同直徑、不同彈性模量彈簧組成，當(dāng)大臂5產(chǎn)生力矩時，使彈簧22變長而產(chǎn)生彈性力，由于彈性力方向不通過回轉(zhuǎn)中心而產(chǎn)生反向力矩，因而具有平衡大臂5力矩的作用。從而使機(jī)器人的各關(guān)節(jié)保持在平衡狀態(tài)上運(yùn)動，使機(jī)器人的動態(tài)特性才得以大大改善，又能最大限度地減少電力消耗，簡化了各功能機(jī)構(gòu)的外形體積。
[0028]另外，活塞桿28上纏繞兩個線圈29，線圈電流為1.5A，在承載重物10為450kg情況下，活塞桿28有效運(yùn)動位移范圍可達(dá)150_，大臂最高轉(zhuǎn)速可達(dá)為15r/min，提高了機(jī)器人運(yùn)行效率。
[0029]由此可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，創(chuàng)造性地提出了通過所述的平衡缸能顯著減少大臂電機(jī)功率需求，增加了機(jī)器人的系統(tǒng)阻尼，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性；通過改變磁流變液的流動性，增加活塞運(yùn)動的阻尼平衡機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動慣性，提高了機(jī)器人的運(yùn)動平穩(wěn)性；并且，通過改變線圈電流大小調(diào)整磁流變液的粘性，調(diào)整磁流變液的阻尼系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器人運(yùn)動的主動控制，以適用不同機(jī)器人的載荷需求；而且，通過安裝安全彈簧平衡機(jī)器人各關(guān)節(jié)的力矩，使各關(guān)節(jié)始終處于平衡狀態(tài)，減少了機(jī)器人的電力消耗，使機(jī)器人更加節(jié)能，并能提高機(jī)器人各個關(guān)節(jié)零件的使用壽命；最后，整個所述的新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸簡便、緊湊，易于實(shí)現(xiàn)。
[0030] 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸，其特征在于，包括缸體、左缸蓋、右缸蓋、安全組合彈簧、活塞桿、磁流變液和線圈； 其中，所述缸體呈上下封閉、左右不封閉，所述左缸蓋、右缸蓋分別安裝在該缸體的左、右兩側(cè)；在所述缸體內(nèi)充滿所述的磁流變液，并且所述安全組合彈簧、所述活塞桿和所述線圈都分別設(shè)置在所述缸體內(nèi)部；并且，所述安全組合彈簧一端固定在所述左缸蓋內(nèi)壁上，另一端與所述活塞桿的一端固定，該活塞桿的另一端穿出所述右缸蓋；同時，前后兩個所述的線圈分別纏繞在所述活塞桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡缸，其特征在于，所述活塞桿與所述缸體均用低碳鋼制成，并且所述活塞桿上纏繞有所述的線圈，因而形成了一個磁通回路，使所述活塞桿與所述缸體形成的環(huán)狀流口具有的磁通密度，通過調(diào)整所述線圈的電流，改變所述磁流變液的粘度，進(jìn)而改變所述平衡缸的阻尼系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡缸，其特征在于，所述平衡缸還包括密封圈，所述活塞桿穿出所述右缸蓋并與所述右缸蓋接觸的部分通過所述密封圈進(jìn)行緊固、密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡缸，其特征在于，所述的平衡缸所安裝的安全組合彈簧由3種不同直徑、不同彈性模量彈簧組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的平衡缸，其特征在于，所述缸體的缸徑為210mmo
6.一種新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，包括權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的平衡缸、機(jī)器人底座、大臂、大臂安裝底座、第一平衡桿、第二平衡桿、小臂、第三平衡桿和重物連接桿； 所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的左缸蓋與所述機(jī)器人底座固定，所述新型關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人平衡缸的活塞桿穿出右缸蓋的端部與所述大臂連接；所述大臂安裝底座固定于大臂安裝底座機(jī)器人底座上，所述第一平衡桿與所述大臂的兩端分別通過連接桿連接，同時所述第一平衡桿、所述大臂與所述的連接桿的節(jié)點(diǎn)均采用銷軸連接；并且，所述第二平衡桿的一端同時與所述小臂、所述大臂通過銷軸連接，所述第二平衡桿的另一端與所述第三平衡桿的一端通過銷軸連接；所述小臂的另一端與所述第三平衡桿的另一端之間通過連接桿連接，而且所述小臂的該端、所述第三平衡桿的該端均采用銷軸與所述的連接桿連接；與此同時，所述小臂的該端、所述第三平衡桿的該端還分別通過所述重物連接桿與重物連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平衡缸，其特征在于，所述活塞桿上纏繞兩個線圈，所述線圈電流為1.5A，在承載重物為450kg情況下，所述活塞桿有效運(yùn)動位移范圍150mm，所述大臂最高轉(zhuǎn)速為15r/min。
【文檔編號】B25J19/00GK103991090SQ201410230581
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】趙海亮 申請人:趙海亮