本實(shí)用新型涉及機(jī)器人平衡技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)及工業(yè)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器；它是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置。重型工業(yè)機(jī)器人(負(fù)載90kg以上)的二軸負(fù)載相對較大，合理的平衡裝置可以讓二軸負(fù)載更均衡，電機(jī)選型更合理，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能更好。

現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)一般有三種方式：重力式、彈簧式以及液壓式。重力式采用配重來平衡二軸負(fù)載；彈簧式采用多組彈簧來平衡二軸負(fù)載；液壓式采用液壓和氣囊式蓄能器的組合形式來平衡二軸負(fù)載。

對于現(xiàn)有的三種平衡系統(tǒng)，都存在不同的缺點(diǎn)：

重力式平衡系統(tǒng)一般配重很大，極大增加了工業(yè)機(jī)器人整機(jī)質(zhì)量；

彈簧式平衡系統(tǒng)裝置質(zhì)量較大，單純采用彈簧式平衡系統(tǒng)時(shí)一般需選用多組彈簧組合形式，設(shè)計(jì)方案復(fù)雜，且彈簧的壽命受往復(fù)次數(shù)限制，系統(tǒng)經(jīng)常需要維護(hù)；

液壓式平衡系統(tǒng)一般采用液壓缸加雙蓄能器的組合形式，單純采用液壓式時(shí)一般需要液壓系統(tǒng)提供20MPa以上的壓力，有泄漏風(fēng)險(xiǎn)，且當(dāng)所選蓄能器體積較大時(shí)，平衡裝置與二軸運(yùn)動(dòng)空間可能發(fā)生干涉。

由此可見，提供一種能夠輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉的工業(yè)機(jī)器人尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)及工業(yè)機(jī)器人，能夠輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)，包括：

液壓裝置，其包括液壓缸和活塞桿，其中所述液壓缸設(shè)置在所述工業(yè)機(jī)器人的底座上，所述活塞桿的一端插設(shè)在所述液壓缸內(nèi)，所述活塞桿的另一端與所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂連接；

蓄能裝置，與所述液壓缸相連通；

彈性裝置，設(shè)置在所述液壓缸內(nèi)；

其中，當(dāng)所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述液壓缸中的壓力油注入至所述蓄能裝置，以將能量儲存至所述蓄能裝置，同時(shí)所述彈性裝置產(chǎn)生形變以儲存能量；當(dāng)所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿與所述第一方向相反的第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述蓄能裝置中的壓力油流入所述液壓缸，以釋放儲存在所述蓄能裝置中的能量，同時(shí)所述彈性裝置恢復(fù)形變，以釋放儲存在所述彈性裝置中的能量。

其中，所述液壓缸包括：

液壓缸的缸體，其內(nèi)設(shè)置有腔體；

擋板，其設(shè)置在所述液壓缸的缸體的腔體內(nèi)且與所述活塞桿的一端連接以隨著所述活塞桿的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，并將所述液壓缸的缸體的腔體分成有桿腔和無桿腔。

其中，所述蓄能裝置包括：

蓄能裝置的缸體，其內(nèi)設(shè)置有壓力油腔；

氣囊，設(shè)置在所述壓力油腔內(nèi)；

其中，所述蓄能裝置中的所述壓力油腔與所述液壓裝置中的所述液壓缸相通，以在所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿所述第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述液壓缸中的壓力油流入至所述壓力油腔內(nèi)，從而壓縮所述氣囊，以將能量儲存至所述蓄能裝置；在所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿所述第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述壓力油腔中的壓力油流入至所述液壓缸中，所述氣囊膨脹，以使所述蓄能裝置釋放能量。

其中，所述液壓缸中的所述有桿腔填充有壓力油；

所述彈性裝置設(shè)置在所述液壓缸的有桿腔內(nèi)且套設(shè)在所述活塞桿上，所述彈性裝置的一端抵觸在所述擋板上，所述彈性裝置的另一端抵觸在所述液壓缸的缸體的側(cè)面上；

所述蓄能裝置中的所述壓力油腔與所述液壓缸中的所述有桿腔相通。

其中，所述液壓缸的缸體與所述蓄能裝置的缸體一體成型以使液壓缸和所述蓄能裝置集成在一起。

其中，所述液壓缸的缸體對應(yīng)所述有桿腔的位置處開設(shè)有連接口，以使所述有桿腔與所述蓄能裝置中的所述壓力油腔相通；而所述液壓缸的缸體對應(yīng)所述無桿腔的位置處設(shè)置有濾氣口，以使所述無桿腔與外界相通。

其中，所述蓄能裝置的缸體上開設(shè)有氣囊充氣口和壓力油泄放口，其中，所述氣囊充氣口與所述氣囊相連以為所述氣囊預(yù)充氣體，所述壓力油泄放口與所述壓力油腔相連以預(yù)充、泄放和補(bǔ)充壓力油。

其中，所述彈性裝置為受壓彈簧。

其中，所述工業(yè)機(jī)器人的負(fù)載在90公斤及以上。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種工業(yè)機(jī)器人，其包括底座、機(jī)械臂、關(guān)節(jié)和平衡系統(tǒng)，所述關(guān)節(jié)設(shè)置在所述底座和所述機(jī)械臂之間，而所述平衡系統(tǒng)設(shè)置在所述關(guān)節(jié)處，且所述平衡系統(tǒng)包括如上所述的任一項(xiàng)平衡系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型的平衡系統(tǒng)包括液壓裝置、蓄能裝置以及彈性裝置，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸中的壓力油注入至蓄能裝置，以將能量儲存至蓄能裝置，同時(shí)彈性裝置產(chǎn)生形變以儲存能量；當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿與第一方向相反的第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能裝置中的壓力油流入液壓缸，以釋放儲存在蓄能裝置中的能量，同時(shí)彈性裝置恢復(fù)形變，以釋放儲存在彈性裝置中的能量。由于將液壓式平衡系統(tǒng)和彈簧式平衡系統(tǒng)組合在一起，將液壓系統(tǒng)承壓與彈性裝置承壓基本均衡處理，即液壓力與彈性裝置彈力基本保持同一數(shù)量級別，作用相當(dāng)，不以任一為主；相比于沒有該平衡系統(tǒng)的同負(fù)載級別工業(yè)機(jī)器人，二軸電機(jī)的負(fù)載會(huì)得到明顯均衡，二軸電機(jī)型號可以更小，運(yùn)動(dòng)性能更佳；相比于單純的液壓平衡系統(tǒng)，該平衡系統(tǒng)有彈性裝置分壓，因此液壓壓力值更小，對密封要求更低；相比于單純的彈簧式平衡系統(tǒng)，由于有液壓系統(tǒng)分壓，因此彈性裝置不需采用多組設(shè)計(jì)，且液壓油對彈性裝置有潤滑防銹保護(hù)作用，將提高使用壽命。通過這種方式，輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型工業(yè)機(jī)器人一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施方式中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)及工業(yè)機(jī)器人，能夠輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉。以下分別進(jìn)行詳細(xì)描述。

請參見圖1，圖1是本實(shí)用新型用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。該用于工業(yè)機(jī)器人的平衡系統(tǒng)包括：液壓裝置1、蓄能裝置2以及彈性裝置3。

液壓裝置1包括液壓缸12和活塞桿13，其中液壓缸12設(shè)置在工業(yè)機(jī)器人的底座上，活塞桿13的一端插設(shè)在液壓缸12內(nèi)，活塞桿13的另一端與工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂連接；蓄能裝置2與液壓缸12相連通；彈性裝置3設(shè)置在液壓缸12內(nèi)?；钊麠U13在液壓缸12內(nèi)可移動(dòng)，當(dāng)活塞桿13移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂一起運(yùn)動(dòng)。

其中，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸12中的壓力油注入至蓄能裝置2，以將能量儲存至蓄能裝置2，同時(shí)彈性裝置3產(chǎn)生形變，以儲存能量；當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿與第一方向相反的第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能裝置2中的壓力油流入液壓缸12，以釋放儲存在蓄能裝置2中的能量，同時(shí)彈性裝置3恢復(fù)形變，以釋放儲存在彈性裝置3中的能量。當(dāng)機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能裝置2和彈性裝置3均等儲存能量，各自分擔(dān)，保證兩個(gè)儲能裝置相比單獨(dú)的儲能裝置來講，能夠輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉。

本實(shí)用新型實(shí)施方式的平衡系統(tǒng)包括液壓裝置1、蓄能裝置2以及彈性裝置3，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸12中的壓力油注入至蓄能裝置2，以將能量儲存至蓄能裝置2，同時(shí)彈性裝置3產(chǎn)生形變以儲存能量；當(dāng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿與第一方向相反的第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能裝置2中的壓力油流入液壓缸12，以釋放儲存在蓄能裝置2中的能量，同時(shí)彈性裝置3恢復(fù)形變，以釋放儲存在彈性裝置3中的能量。由于將液壓式平衡系統(tǒng)和彈簧式平衡系統(tǒng)組合在一起，將液壓系統(tǒng)承壓與彈性裝置承壓基本均衡處理，即液壓力與彈性裝置彈力基本保持同一數(shù)量級別，作用相當(dāng)，不以任一為主；相比于沒有該平衡系統(tǒng)的同負(fù)載級別工業(yè)機(jī)器人，二軸電機(jī)的負(fù)載會(huì)得到明顯均衡，二軸電機(jī)型號可以更小，運(yùn)動(dòng)性能更佳；相比于單純的液壓平衡系統(tǒng)，該平衡系統(tǒng)有彈性裝置分壓，因此液壓壓力值更小，對密封要求更低；相比于單純的彈簧式平衡系統(tǒng)，由于有液壓系統(tǒng)分壓，因此彈性裝置不需采用多組設(shè)計(jì)，且液壓油對彈性裝置有潤滑防銹保護(hù)作用，將提高使用壽命。通過這種方式，能夠輕便地實(shí)現(xiàn)平衡二軸負(fù)載的功能，且對蓄能部件性能要求不高，同時(shí)安裝方便，不會(huì)帶來運(yùn)動(dòng)干涉。

其中，液壓缸12包括：液壓缸12的缸體121和擋板122。液壓缸12的缸體121內(nèi)設(shè)置有腔體；擋板122設(shè)置在液壓缸12的缸體121的腔體內(nèi)且與活塞桿13的一端連接以隨著活塞桿13的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，并將液壓缸12的缸體121的腔體分成有桿腔1211和無桿腔1212。

其中，蓄能裝置2包括：蓄能裝置2的缸體21和氣囊22。蓄能裝置2的缸體21內(nèi)設(shè)置有壓力油腔211；氣囊22設(shè)置在壓力油腔211內(nèi)；其中，蓄能裝置2中的壓力油腔211與液壓裝置1中的液壓缸12相通，以在工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸12中的壓力油流入至壓力油腔211內(nèi)，從而壓縮氣囊22，以將能量儲存至蓄能裝置2；在工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂沿第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓力油腔211中的壓力油流入至液壓缸12中，氣囊膨脹，以使蓄能裝置2釋放能量。

其中，液壓缸12中的有桿腔1211填充有壓力油；彈性裝置3設(shè)置在液壓缸12的有桿腔1211內(nèi)且套設(shè)在活塞桿13上，彈性裝置3的一端抵觸在擋板122上，彈性裝置3的另一端抵觸在液壓缸12的缸體121的側(cè)面上；蓄能裝置2中的壓力油腔211與液壓缸12中的有桿腔1211相通。

其中，液壓缸12的缸體121與蓄能裝置2的缸體21一體成型以使液壓缸12和蓄能裝置2集成在一起。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，可將蓄能裝置2進(jìn)行外置，將彈裝置3進(jìn)行內(nèi)置，這種組合形式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，相同的標(biāo)號代表相同的稱呼，相關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)說明請參見上述內(nèi)容，在此不再贅敘。此時(shí)，外置的蓄能裝置2可以根據(jù)時(shí)間情況不限于1個(gè)。其工作原理與工作方式與圖1所示的結(jié)構(gòu)方案一致，在此不再詳細(xì)敘說。

其中，液壓缸12的缸體121對應(yīng)有桿腔1211的位置處開設(shè)有連接口1213，以使有桿腔1211與蓄能裝置2中的壓力油腔211相通；而液壓缸12的缸體121對應(yīng)無桿腔1212的位置處設(shè)置有濾氣口1214，以使無桿腔1212與外界相通。

其中，蓄能裝置2的缸體21上開設(shè)有氣囊充氣口212和壓力油泄放口213，其中，氣囊充氣口212與氣囊22相連以為氣囊22預(yù)充氣體，壓力油泄放口213與壓力油腔211相連以預(yù)充、泄放和補(bǔ)充壓力油。

其中，彈性裝置3為受壓彈簧。

其中，工業(yè)機(jī)器人的負(fù)載在90公斤及以上。

該平衡系統(tǒng)安裝于工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)處。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)向第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡系統(tǒng)可將機(jī)器人本體的重力勢能轉(zhuǎn)換為液壓和彈性裝置的壓力能存儲起來；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)向第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡系統(tǒng)可將存儲的壓力能釋放出來轉(zhuǎn)換為機(jī)器人本體的重力勢能。

上述平衡系統(tǒng)，將液壓系統(tǒng)承壓與彈性裝置承壓基本均衡處理，即液壓力與彈性裝置彈力基本保持同一數(shù)量級別，作用相當(dāng)，不以任一為主。具體工作方式如下：

該平衡系統(tǒng)液壓裝置1的液壓缸12與機(jī)器人的底座連接，活塞桿13與大臂連接；蓄能裝置2預(yù)充一定壓力值，壓力值大小取決于設(shè)計(jì)需求，壓縮彈性裝置3始終處于壓縮狀態(tài)，提供對負(fù)載的拉力；液壓缸12的有桿腔1211始終處于高壓狀態(tài)，對大臂形成拉力，以減少二軸電機(jī)負(fù)載；大臂沿第一方向運(yùn)動(dòng)(例如：往下運(yùn)動(dòng))時(shí)，壓力油被壓入蓄能裝置3，進(jìn)而壓縮氣囊22，儲存能量，同時(shí)彈性裝置3被壓縮，儲存能量；大臂沿第二方向運(yùn)動(dòng)(例如：往上運(yùn)動(dòng))時(shí)，氣囊22和彈性裝置3同時(shí)釋放能量。

上述平衡系統(tǒng)，相比于沒有該平衡系統(tǒng)的同負(fù)載級別工業(yè)機(jī)器人，二軸電機(jī)的負(fù)載會(huì)得到明顯均衡，二軸電機(jī)型號可以更小，運(yùn)動(dòng)性能更佳。相比于單純的液壓平衡系統(tǒng)，該平衡系統(tǒng)有彈性裝置分壓，因此液壓壓力值更小，對密封要求更低；相比于單純的彈簧平衡系統(tǒng)，由于有液壓系統(tǒng)分壓，因此彈性裝置不需采用多組設(shè)計(jì)，且液壓油對彈性裝置有潤滑防銹保護(hù)作用，將提高使用壽命。

上述采用液壓系統(tǒng)與彈性裝置組合的平衡系統(tǒng)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

第一、比重力式平衡系統(tǒng)與彈簧式平衡系統(tǒng)的質(zhì)量均輕；

第二、比單純采用液壓式平衡系統(tǒng)的內(nèi)部壓力小，有利于提高密封性能；

第三、比單純采用彈簧式平衡系統(tǒng)，同負(fù)載級別下彈簧的負(fù)載更小，可不采用多組彈簧；

第四、液壓油有潤滑防銹保護(hù)作用，提高彈簧使用壽命；

第五、蓄能裝置內(nèi)置于液壓缸，一體化程度高，體積小，更加方便安裝；

第六、設(shè)計(jì)輪廓簡潔，不易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；

第七、平衡系統(tǒng)整體安裝方便，接口清晰，維護(hù)方便。

參見圖3，圖3是本實(shí)用新型工業(yè)機(jī)器人一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，該工業(yè)機(jī)器人包括：底座100、機(jī)械臂200、關(guān)節(jié)300和平衡系統(tǒng)400，其中，關(guān)節(jié)300設(shè)置在底座100和機(jī)械臂200之間，而平衡系統(tǒng)400設(shè)置在關(guān)節(jié)300處，且平衡系統(tǒng)400為上述平衡系統(tǒng)中的任一平衡系統(tǒng)，具體內(nèi)容請參見上述平衡系統(tǒng)的說明，在此不再贅敘。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。