本發(fā)明涉及工業(yè)機器人領域，尤其涉及對具有多個機械臂的關節(jié)機器人的運動進行輔助的運動輔助裝置。

背景技術：
關節(jié)機器人，也稱關節(jié)手臂機器人或關節(jié)機械手臂，是最常見的一種工業(yè)機器人。近年來，關節(jié)機器人在工業(yè)生產(chǎn)活動中得到越來越廣泛的應用，諸多工業(yè)領域中都能看見它的身影，比如，自動裝配、噴漆、搬運、焊接等工作。隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的不斷發(fā)展，對關節(jié)機器人的性能提出了越來越高的要求。尤其是，期望獲得動作更加靈活、響應迅速及時，而且能夠有效地節(jié)省能耗的關節(jié)機器人。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種具有運動輔助裝置的關節(jié)機器人，通過配置運動輔助裝置來對關節(jié)機器人的動作進行輔助，以提高關節(jié)機器人的動作特性。本發(fā)明的第一方式提供了一種具有運動輔助裝置的關節(jié)機器人，所述關節(jié)機器人包括：基座，所述基座被安裝于基準面，用于固定安裝所述關節(jié)機器人；大臂，所述大臂被安裝到所述基座，能夠相對于所述基座進行轉(zhuǎn)動；小臂，所述小臂與所述大臂相連結(jié)，能夠相對于所述大臂進行轉(zhuǎn)動；手腕體，所述手腕體連接至所述小臂；以及運動輔助裝置，所述運動輔助裝置對所述大臂相對于所述基座的轉(zhuǎn)動動作進行輔助；其中，所述運動輔助裝置包括：輔助力產(chǎn)生裝置，所述輔助力產(chǎn)生裝置與所述大臂相連結(jié)，能夠?qū)崟r產(chǎn)生規(guī)定大小/方向的輔助力；位置檢測傳感器，對所述大臂的位置進行檢測；以及輔助控制裝置，所述輔助控制裝置基于所述位置檢測傳感器的檢測結(jié)果，對所述輔助力產(chǎn)生裝置進行控制以使其產(chǎn)生對所述大臂返回平衡位置進行輔助的輔助力。根據(jù)上述方式的關節(jié)機器人，運動輔助裝置能夠根據(jù)大臂的位置輸出適當?shù)妮o助力，幫助大臂返回到平衡位置。本發(fā)明第二方式的機器人在第一方式的基礎上，優(yōu)選的是，所述輔助控制裝置根據(jù)所述位置檢測傳感器的檢測結(jié)果設定所述大臂的平衡位置，并以所述平衡位置為基準，控制所述輔助力產(chǎn)生裝置而產(chǎn)生相應的推力或拉力。根據(jù)上述方式的關節(jié)機器人，運動輔助裝置能夠根據(jù)大臂的位置重新設定平衡位置，從而能夠靈活應對多種復雜的工作環(huán)境。本發(fā)明第三方式的關節(jié)機器人在第一或第二方式的基礎上，優(yōu)選的是，所述關節(jié)機器人包括對所述大臂的整體運動進行控制的動作控制系統(tǒng)，所述輔助控制裝置根據(jù)來自所述動作控制系統(tǒng)的控制信號，對所述輔助力產(chǎn)生裝置進行控制以使其產(chǎn)生對所述大臂的制動動作進行輔助的輔助力。根據(jù)上述方式的關節(jié)機器人，運動輔助裝置能夠與動作控制系統(tǒng)進行協(xié)同動作，不僅可以輔助大臂進行返回動作，還能夠輔助大臂進行制動動作，進一步提高了大臂的運動特性。本發(fā)明第四方式的關節(jié)機器人是在第一至第三方式的基礎上，優(yōu)選的是，所述輔助力產(chǎn)生裝置是電磁形式的裝置，能夠根據(jù)控制信號而產(chǎn)生相應大小/方向的輔助力。本發(fā)明第五方式的關節(jié)機器人是在第一至第四方式的基礎上，優(yōu)選的是，所述輔助力產(chǎn)生裝置是液壓形式的裝置，能夠根據(jù)控制信號而產(chǎn)生相應大小/方向的輔助力。本發(fā)明第六方式的關節(jié)機器人是在第一至第五方式的基礎上，優(yōu)選的是，所述輔助力產(chǎn)生裝置中內(nèi)置有輔助電機，通過所述輔助電機的驅(qū)動力來產(chǎn)生與控制信號相對應的輔助力。根據(jù)上述方式的結(jié)構(gòu)，能夠大大改善關節(jié)機器人的運動特性，提高關節(jié)機器人的動作響應性。附圖說明圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的關節(jié)機器人的整體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是表示本發(fā)明一個實施例中的運動輔助裝置的原理的示意圖；圖3是表示本發(fā)明一個實施例中的運動輔助裝置的原理的示意圖。具體實施方式以下，參考附圖，對本發(fā)明進行詳細說明。圖1示出了本發(fā)明一個實施方式中的關節(jié)機器人100。如圖1所示，關節(jié)機器人100的外部結(jié)構(gòu)主要包括：基座1、大臂2、小臂3、手腕體4、平衡器5、以及多個馬達6。圖1中，以基準面P0為參照基準定義了三維坐標系XYZ。其中，XY平面與基準面P0平行，Z軸垂直于基準面P0。圖1中所示的關節(jié)機器人100處于如下狀態(tài)：基座1被固定于基準面P0；大臂2與基準面P0垂直；小臂3及手腕體4與大臂垂直，并平行于基準面P0。這里所稱的“垂直”、“平行”等，并不要求在數(shù)學方面嚴格精確，而是允許大致上的公差或誤差。下面，對關節(jié)機器人100的各個組成部分進行具體說明。基座1是關節(jié)機器人100的底座，用于將機器人100安裝固定于工作場所。通常情況下，基座1由金屬等堅固的材料制成。制造工藝例如可以是鑄造等。圖1中的基座1的內(nèi)部是中空的，其中容納有圖中未示出的馬達等其他部件?；?的上部與大臂2及平衡器5相連結(jié)?；?的底部通過機械連結(jié)等方式被固定到基準面P0上。需要說明的是，盡管大多情況下基座1被直接固定于地面(此時地面即為基準面P0)，但并不限于此，也可以被固定于工作臺等其他平面。例如，當需要將關節(jié)機器人100倒置進行懸掛設置時，基座1可被固定于天花板等的下表面上。大臂2相當于關節(jié)機器人100的第一臂。大臂2的一端被支承于基座1。大臂2能夠繞垂直于基準面P0的第一軸A1相對于基座1進行相對旋轉(zhuǎn)(即第一旋轉(zhuǎn)運動)。由圖1可以看出，該第一旋轉(zhuǎn)位于XY平面內(nèi)。此外，大臂2還能夠繞平行于基準面的第二軸A2進行旋轉(zhuǎn)運動(即第二旋轉(zhuǎn)運動)。如圖1所示，該第二旋轉(zhuǎn)位于XZ平面內(nèi)。大臂2的另一端與小臂3相連。如圖1所示，大臂2與小臂3能夠繞位于二者連接處的旋轉(zhuǎn)軸A3進行相對旋轉(zhuǎn)(即第三旋轉(zhuǎn)運動)，第三軸A3與第二軸A2平行，也平行于基準面P0。小臂3相當于關節(jié)機器人100的第二臂。如圖1所示，小臂3大致呈桿狀。小臂3能夠在馬達6的驅(qū)動下，繞其中心軸、即第四軸A4進行旋轉(zhuǎn)(即第四旋轉(zhuǎn)運動)。如上所述，小臂3的一端與大臂2相連。此外，小臂3的另一端與手腕體4相連。如圖1所示，手腕體4能夠繞位于其與小臂3連接處且平行于基準面P0的第五軸A5進行旋轉(zhuǎn)(即第五旋轉(zhuǎn)運動)。除了上述第一至第五旋轉(zhuǎn)運動，本實施例的關節(jié)機器人100還包括第六旋轉(zhuǎn)運動。所述第六旋轉(zhuǎn)運動是指與手腕體4的末端相連結(jié)的執(zhí)行部件(圖中未示出)繞其軸心旋轉(zhuǎn)的運動。由此，本實施例的關節(jié)機器人100的各個部件的旋轉(zhuǎn)運動合計具有六個旋轉(zhuǎn)軸，因此該關節(jié)機器人100也被稱為六軸機器人。為上述第一旋轉(zhuǎn)運動提供動力的馬達被設置于基座1的內(nèi)部(圖中未示出)。為上述第二旋轉(zhuǎn)運動提供動力的馬達被設置于第二軸A2附近(圖中未示出)。為上述第三旋轉(zhuǎn)運動提供動力的馬達被設置于第三軸A3附近(圖中未示出)。為上述第四及第五旋轉(zhuǎn)運動提供動力的馬達6被設置于小臂3的一端，其動力通過減速器等動力傳遞裝置向手腕體及小臂傳遞。作為提供上述驅(qū)動力的馬達，例如可以是電動馬達。但馬達的種類不限于此，只要能滿足提供驅(qū)動力的條件即可，除了電動馬達之外，也可以是液壓馬達或氣動馬達等。除上述部分之外，關節(jié)機器人100至少還包括：動力傳遞系統(tǒng)、能源供應系統(tǒng)、以及動作控制系統(tǒng)。所述動力傳遞系統(tǒng)能夠?qū)⒏鱾€馬達產(chǎn)生的驅(qū)動力傳遞至各運動部件，例如大臂、小臂、手腕體等。所述能源供應系統(tǒng)能夠向各個馬達提供其工作所需的能源。當采用電動馬達時，所述能夠供應系統(tǒng)即為電力供應系統(tǒng)。通過科學地規(guī)劃布置電力輸送線路，來滿足各個電動馬達的用電需求。此外，所述動作控制系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€運動部件的動作進行控制。所述動作控制系統(tǒng)能夠按照用戶預先設定的程序，控制各個運動部件的動作。在上述關節(jié)機器人100中，大臂2相對于基座的第一旋轉(zhuǎn)運動是通過內(nèi)置于大臂與基座的連接處的馬達驅(qū)動的。在各個臂中，大臂2需要承載的負荷最大，因此驅(qū)動大臂2旋轉(zhuǎn)的馬達需要提供的驅(qū)動力很大。而且當大臂2停止時，為了使得大臂2具有良好的動作響應性，還需要提供很大的制動力。這就對馬達的性能提出了很高的要求。這樣一來，無論是從技術實現(xiàn)的難度上來說，還是從成本控制上來說，都處于非常不利的局面。因此，為了解決上述難題，有人想到了為大臂2附加平衡裝置。即，設置與大臂2相連結(jié)的平衡器。此時，將大臂2處于直立狀態(tài)的位置設為平衡位置。隨著大臂2的旋轉(zhuǎn)運動，平衡器向大臂2施加拉力或推力，以幫助大臂2返回平衡位置。由此，除了通過馬達來驅(qū)動大臂2的旋轉(zhuǎn)之外，平衡器還能夠額外提供部分輔助力。從而能夠降低馬達的負擔，便于提高大臂的運動特性。但是，這種簡易結(jié)構(gòu)的平衡器存在如下問題。首先，作為施加輔助力的參照基準的大臂2的平衡位置是預先確定好的，受限于平衡器的機械結(jié)構(gòu)以及其與大臂2的連結(jié)關系，平衡位置無法輕易更改。因此，這種結(jié)構(gòu)對大臂2的輔助，僅限于大臂2處于直立狀態(tài)為其平衡位置的情況。從而大大限制了平衡器的使用場景。其次，這種平衡器無法對大臂2的停止動作進行輔助。即，這種結(jié)構(gòu)的平衡器僅能提供使得大臂2回復到平衡位置的回復力。而無法提供輔助大臂2制動的制動力。鑒于上述情況，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究，提出了如下的解決方案。(第一實施例)圖2是表示本發(fā)明第一實施例中的運動輔助裝置的結(jié)構(gòu)原理的示意圖。如圖2所示，關節(jié)機器人本體R100包括大臂2和動作控制系統(tǒng)MS。運動輔助裝置H100包括：輔助力產(chǎn)生裝置H10、輔助控制裝置H20以及位置檢測傳感器H30。需要說明的是，圖2是原理示意圖，具體到機械結(jié)構(gòu)。本發(fā)明第一實施例的大體構(gòu)成可參照圖1。例如，圖1中的標號5所對應的即為圖2的輔助力產(chǎn)生裝置H10。圖1中的大臂2與圖2中的大臂2是完全對應的。而圖2所示的動作控制系統(tǒng)MS、輔助控制裝置H20以及位置檢測傳感器H30，在圖1中并未示出。本領域的技術人員很容易知道，上述各個部件是電子部件，其可以設置在機器人的適當位置。各電子部件之間的被電連接，以使得它們之間能夠進行信號的傳輸，并執(zhí)行各種控制動作。與以往的關節(jié)機器人不同的是，本發(fā)明的關節(jié)機器人上設置有對大臂2的旋轉(zhuǎn)位置進行檢測的位置檢測傳感器H30。位置檢測傳感器H30例如可以是角度傳感器，對大臂2相對于基座的旋轉(zhuǎn)角度進行檢測。位置檢測傳感器H30的檢測結(jié)果被發(fā)送給輔助控制裝置H20。輔助控制裝置H20接收位置檢測傳感器H30的檢測結(jié)果，通過預先確定的控制程序?qū)o助力產(chǎn)生裝置H10進行控制，以控制輔助力產(chǎn)生裝置H10的輸出。輔助力產(chǎn)生裝置H10與大臂2相連(參見圖1)，能夠向大臂2輸出規(guī)定的推力或拉力。本發(fā)明的輔助力產(chǎn)生裝置H10是一種可控的智能裝置，其能夠根據(jù)來自輔助控制裝置的控制信號，實時調(diào)節(jié)所輸出的輔助力。本本發(fā)明的第一實施例中，該輔助力產(chǎn)生裝置H10采用了電磁原理。即，能夠通過對電流的大小、方向進行調(diào)節(jié)，實時產(chǎn)生規(guī)定的電磁力。該電磁力作用于大臂2，對大臂2的運動進行輔助。根據(jù)本實施例的結(jié)構(gòu)，由于設置了位置檢測傳感器，能夠?qū)崟r檢測大臂2的旋轉(zhuǎn)位置。此外，由于輔助力產(chǎn)生裝置能夠根據(jù)指令實時改變其所產(chǎn)生的輔助力的大小/方向，因此通過智能設定的方式，能夠輕松改變對大臂2的平衡位置的設定。由此帶來的好處是，能夠?qū)⒋蟊?的任意角度下的位置設為平衡位置，大大改善了運動輔助裝置的工作范圍。此外，由于無需改變機械結(jié)構(gòu)，可通過軟件設定的方式來實時更改平衡位置的設定，因而能夠靈活應對各種復雜的工作環(huán)境，滿足不同的工作要求，真正實現(xiàn)了智能化設計。(第二實施例)圖3示出了本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。本發(fā)明的第二實施例的機械結(jié)構(gòu)與第一實施例并無不同，不同之處在與，在第二實施例中，輔助控制裝置H20不僅接收來自位置檢測傳感器H30的信號，還接收來自動作控制系統(tǒng)MS的信號。動作控制系統(tǒng)MS對大臂2的整體運動進行控制。大臂2的運動不僅包括返回平衡位置的返回動作，還包括運動到工作位置并立即停下的制動動作。以往的平衡器無法對大臂2的制動動作提供輔助力。而根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，動作控制系統(tǒng)MS能夠?qū)⑾鄳目刂菩盘柊l(fā)送給輔助控制裝置H20。輔助控制裝置H20根據(jù)該控制信號，對輔助力產(chǎn)生裝置H10的動作進行控制，使其產(chǎn)生與該控制信號相對應的輔助力。例如，產(chǎn)生輔助大臂2的制動動作而使其快速停止在工作位置的輔助力。由此，進一步擴展了運動輔助裝置的功能。使得運動輔助裝置不僅可以提供幫助大臂2返回平衡位置的返回力，還可以提供幫助大臂2停在工作位置的制動力。從而能夠大大改善關節(jié)機器人的運動特性。(變形例)上述實施例只是對本發(fā)明的示例，當不脫離本發(fā)明的發(fā)明要點的范圍內(nèi)，本領域技術人員能夠進行各種適當?shù)母?變形。上述實施例中，作為輔助力產(chǎn)生裝置而例舉了電磁形式的裝置，但本發(fā)明顯然并不僅限于此，任何能夠根據(jù)控制信號而產(chǎn)生符合要求的輔助力的裝置，都能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。例如，還可以使用液壓形式的輔助力產(chǎn)生裝置。此外，還可以使用輔助電機等。工業(yè)實用性本發(fā)明通過對關節(jié)機器人附加運動輔助裝置，大大改善了關節(jié)機器人的運動特性。在工業(yè)機器人領域具有顯著的價值。