[发明专利]一种用于码垛机器人的减重方法

说明书

本发明公开了一种用于码垛机器人的减重方法，属于工业机器人领域，该方法具体为：构建码垛机器人的简化模型，分别在大臂和腰部间添加第一弹簧、小臂和腰部间添加第二弹簧，通过力学分析计算所需第一、第二弹簧的刚度，使提升物体重力得到补偿，减小腰部两驱动电机的力矩。该方法采用弹簧实现被动平衡，能够减小机器人关节上电机力矩，设计机器人时可以选用较小型号的电机，也可以在一定程度上减小机械臂局部应力，进而减小机械臂重量，减轻机器人整体的重量。本方法原理简单，容易实现，通用性强，成本低廉，占用空间小，可以在工作空间狭小的情况下达到良好的减重效果。

技术领域

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种用于码垛机器人的减重方法。

背景技术

现如今，码垛机器人发挥着越来越重要的作用，在物流、制造、军事等行业应用得越来越广泛。但是，码垛机器人的质量普遍较大，很多工作环境要求占用空间小、机器人质量小，这种工作环境有可能限制码垛机器人等工业机器人的发展，因此，减重方法是设计码垛机器人时迫切需要的。

具体而言，码垛机器人质量主要有两部分组成，一部分是机器人连杆质量，另一部分是电机质量。针对机器人连杆部分的减重，现在有很多较成熟的轻量化方法，例如材料轻量化、形状轻量化、制造轻量化、设计轻量化、功能轻量化等。较常用的方法是材料轻量化和形状轻量化，即采用较轻的材料和掏空工作时应力较小部位的材料，但是这都以牺牲刚度和强度为代价，对于需要承担较大载荷的码垛机器人来说，这两种办法能够减轻的重量非常有限。

所以，寻找其他减重方法尤其重要，对于电机这一标准件，减重的方法就是选择小型号的电机，为了满足工作需要，需要减小电机所承受的工作力矩，因此，需要机器人所持物体的重力能够全部或部分直接传递到腰部。现如今有一些静平衡、重力补偿的方法用于减小电机力矩，但是基本是针对小型关节型机器人而言，或者需要复杂的控制系统，对于码垛机器人，还没有成熟的静平衡、重力补偿的办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于码垛机器人的减重方法，通过补偿码垛机器人工作过程中重物重力作用，减小电机工作力矩，减小电机尺寸，进而减轻码垛机器人整体重量。该方法原理简单，容易实现，通用性强，成本低廉，占用空间小。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：一种用于码垛机器人的减重方法，该方法具体为：构建码垛机器人的简化模型，分别在大臂和腰部间添加第一弹簧、小臂和腰部间添加第二弹簧，通过力学分析计算所需第一、第二弹簧的刚度，使提升物体重力得到补偿，减小腰部两驱动电机的力矩。

作为一种优选方式，通过计算对比使用该方法前后的驱动电机力矩，验证方法的正确性，利用SolidWorks和Adams仿真验证计算结果的正确性。

作为一种优选方式，所述通过力学分析计算所需弹簧刚度，具体如下：

绘制力学模型，视机械臂质量均匀分布，根据建立的简化模型对机器人进行受力分析，在臂部运动过程中，电机力矩呈正弦或余弦变化，计算工作状态下使驱动电机力矩最小的弹簧刚度，根据弹簧能达到的最大变形量选取能够达到工作要求的弹簧，驱动小臂的电机力矩为：

驱动大臂的电机力矩为：