[发明专利]具备气弹簧的多关节机器人、及推断气弹簧的内压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备了气弹簧的多关节机器人、特别是涉及推断该气弹簧的内压减少量的技术。

背景技术

气弹簧（gas spring）具有封入了惰性的压缩性气体（以后，简单地称为气体）的活塞（piston）结构，通过与活塞杆相对于气缸的动作相伴的气体压缩来产生反弹力。一般地，这样的气弹簧相比于得到同等程度输出的盘簧（coil spring）是小型和轻量的，因此有助于设备整体的轻量化和紧凑化。

在多关节机器人中存在如下情况：在重力导致的负载发挥作用的轴上，相插入对于重力导致的负载产生反方向的力的装置（以后，称为平衡器（balancer）），来作为辅助驱动该轴的伺服马达的动力（转矩）的装置。在将气弹簧应用于该平衡器时（将这样的平衡器称为气压平衡器），如上所述气弹簧尽管比较小型和轻量但是输出大，因此气弹簧能够以紧凑的结构产生较大的辅助转矩，从而能够实现轻量和紧凑且具有较大的可搬运重量的机器人。例如在日本特开平10-138189号公报中记载了一种平衡器，其用于减轻在基座1上驱动回转臂3的垂直旋转轴2的荷重力矩。该平衡器构成为具有气缸4、杆5以及活塞6，在气缸4经连通部11设置有气体压缩腔10，在气缸4以及腔10内封入空气等气体（压缩性流体）和油等粘性液体。

另一方面，已知有：在气弹簧中，伴随活塞杆相对于气缸的动作，封入在气缸内部的气体向外侧泄漏，气缸内压降低。由此平衡器的产生力降低，其结果为存在发出通知伺服马达的转矩不足的警报等、机器人紧急停止这样的问题。作为将伴随这样的气弹簧的内压降低的不良状况防范于未然的手段，已知有若干现有技术。例如在日本特开2007-298513号公报中记载了能够以可视方式显示气弹簧回路的内压降低的回路压力显示装置。另外，在日本特开2009-270987号公报中记载了用于指示收纳在气弹簧的压缩气体填充室的压缩气体的压力的气弹簧用压力指示器。

另外，在日本特表2012-519083号公报中记载了包含气体弹簧4以及压缩机系统5的配重装置。压缩机系统5构成为具有：压缩机6、对气体弹簧4内的压力进行调整的自动控制系统7，自动控制系统7根据来自对气体弹簧4内的压力进行检测的压力传感器8的信号来控制压力控制阀9，所述压力控制阀9用于制约来自气体弹簧4或通向气体弹簧4的气体的流量。

如日本特开2007-298513号公报以及日本特开2009-270987号公报所记载那样，当将压力显示器安装到气弹簧的外部时，至少与该压力显示器相应部分的设备费用上升。另外，还需要在压力显示器和气弹簧之间设置连接器等连接单元，但是这样的连接单元的存在提高了气体泄漏的可能性。另外，还存在由于压力显示器自身的破损而产生气体泄漏的可能。

另外，如日本特表2012-519083号公报那样，当将压力传感器和压力调整阀等设置到气弹簧（气体弹簧）时，与日本特开2007-298513号公报以及日本特开2009-270987号公报一样除了这些装置的数量、设备费用上升之外，气体泄漏的可能性也升高。并且，还存在需要设置与压力调整阀9连接的气罐（gastank）11这样的设备，使得周边设备大型化这样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有能够以低成本以及简单的结构来得知气弹簧的内压降低的功能的多关节机器人、以及推断气弹簧的内压降低量的方法。

为了达成上述目的，本发明的一个方式提供一种多关节机器人，具有：机器人机构部，其至少具有一个机械臂；气弹簧，其设置于所述机械臂；以及控制装置，其用于控制所述机器人机构部，其中，所述气弹簧构成为具有：气缸、封入在所述气缸内部的惰性的压缩性气体、以及构成为能够在所述气缸内滑动的活塞杆，所述气弹簧作为减轻伺服马达的负载的气压平衡器而发挥作用，其中，该伺服马达用于驱动所述机械臂，所述控制装置具有如下功能：累积所述活塞杆相对于所述气缸的进退动作量从而计算出所述活塞杆的总动作距离，并根据所述总动作距离计算出所述气弹簧的所述压缩性气体的内压的减少量。

在优选的实施方式中，所述控制装置对根据每个微小时间的所述机械臂的旋转角度以几何学的方式计算出的、所述活塞杆从所述气缸的突出长度的差分进行累积，来求出所述活塞杆的总动作距离。

在优选的实施方式中，所述控制装置除了将所述活塞杆的总动作距离作为参数之外，还将所述气缸的内压的绝对值、所述活塞杆相对于所述气缸的进退速度、以及所述气弹簧的温度中的至少一个作为参数，来计算出所述压缩性气体的内压的减少量。