[发明专利]一种内置力矩平衡装置的工业机器人

说明书

本发明提供了一种内置力矩平衡装置的工业机器人，涉及工业机器人技术领域，包括底座、第一关节、第一轴臂、第二关节、第二轴臂、第三关节、第三轴臂；第一轴臂一端通过第一关节与底座转动连接且转动轴线竖直设置；第二轴臂一端通过第二关节与第一轴臂远离底座的一端转动连接，另一端通过第三关节与第三轴臂转动连接，第二关节、第三关节的转动轴线相互平行且与第一关节转动轴线垂直；第三关节包括两个位于其转动轴线两端且对称设置的第三减速机，其中一个第三减速机一侧设置有驱动两个第三减速机同步转动的第三伺服电机；第三关节处设有位于两个第三减速机对称平面上的氮气平衡缸，氮气平衡缸一端与第二轴臂连接，另一端与第三轴臂连接。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种内置力矩平衡装置的工业机器人。

背景技术

工业机器人，特别是大负载工业机器人的垂直关节，一般都需要安装力矩平衡装置，不仅可以减小关节的驱动力矩和驱动功率，从而减小伺服电机和减速机的配置、重量和尺寸，而且可以减小不平衡力矩的波动，有利于控制和改善机器人的动力学特性，提高运行精度和稳定性。在工业机器人的应用中，力矩平衡系统主要分为附加配重式、弹簧式、气缸式以及液压-气动式等。现有的平衡装置大多安装应用于机器人的二关节处，国内外主流大负载机器人第三关节大多采用配重式力矩平衡，不仅增加了机器人的关节负载和体积，增大了平衡缸受损的风险，而且影响了机器人的整体美观。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置力矩平衡装置的工业机器人，通过在第三关节处设置氮气平衡缸，有效减少第三关节的驱动力矩，减小伺服电机和减速机的配置、重量和尺寸，并且可以大幅提升机器人特别是大型负载机器人的运行平稳性；同时氮气平衡缸内置，提高了对氮气平衡缸的保护性，降低了故障率，提升了机器人整体的安全和美观。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种内置力矩平衡装置的工业机器人，包括底座、第一关节、第一轴臂、第二关节、第二轴臂、第三关节、第三轴臂、第四关节、第四轴臂；

所述第一轴臂一端通过第一关节与底座转动连接，且所述第一关节的转动轴线竖直设置；

所述第二轴臂一端通过第二关节与第一轴臂远离底座的一端转动连接，另一端通过第三关节与第三轴臂转动连接，所述第二关节、第三关节的转动轴线相互平行且与第一关节的转动轴线垂直；

所述第四轴臂一端通过第四关节与第三轴臂远离第二轴臂的一端转动连接，所述第四关节的转动轴线水平设置且与第三关节的转动轴线垂直；

所述第三关节包括两个位于其转动轴线两端且对称设置的第三减速机，其中一个所述第三减速机一侧设置有驱动两个第三减速机同步转动的第三伺服电机；

所述第三关节处设有位于两个第三减速机对称平面上的氮气平衡缸，所述氮气平衡缸一端与第二轴臂连接，另一端与第三轴臂连接。

通过采用上述技术方案，第一关节、第二关节、第三关节以及第四关节的设置实现机器人在三维立体空间内的转动，第三关节一个第三伺服电机驱动两个第三减速机同步转动，单电机双减速机的结构不仅可以传递双倍扭矩，而且在输出扭矩相同的情况下，有效减小第三减速机的体积。当第三轴臂及第四轴臂位于竖直姿态时，氮气平衡缸处于自由状态，力矩为最小值；当第三轴臂绕其转动轴线摆动时，氮气平衡缸被拉伸或压缩，给第三轴臂提供运动方向相反的作用力，起到平衡力矩的作用。这样在第三关节处设置氮气平衡缸，相较于现有技术在第二关节处设置平衡装置，有效减少第三关节的驱动力矩，减小伺服电机和减速机的配置、重量和尺寸，并且可以大幅提升机器人特别是大型负载机器人的运行平稳性。其中，氮气平衡缸设置在两个第三减速机的对称平面上，避免重心偏移，保证氮气平衡缸的平衡效果。采用氮气平衡缸作为力矩平衡装置，取代传统的弹簧平衡缸，其结构简单、体积较小、方便安装，可以实现机器人在不同负载、不同位置情况下的完全力矩平衡，有利于改善机器人的动力学特性。