專利名稱：一種重力平衡裝置以及使用該重力平衡裝置的工業(yè)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)機器人領(lǐng)域，特別涉及一種重力平衡裝置以及使用該重力平衡裝置的工業(yè)機器人。
背景技術(shù)：
垂直多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人由于機器人手臂繞其關(guān)節(jié)運動時，其手臂的重心會隨著手臂運動的位置、速度、加速度的變化而發(fā)生變化，因而產(chǎn)生相對于關(guān)節(jié)呈非線性變化的重力力矩，非線性變化的重力力矩不利于關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置對關(guān)節(jié)的控制。在實際應(yīng)用中，一般會使用配重重力平衡裝置或彈簧重力平衡裝置來降低手臂重力力矩的非線性影響，但配重重力平衡裝置或彈簧重力平衡裝置存在體積大、重量重的問題，進一步導(dǎo)致工業(yè)機器人出現(xiàn)干涉半徑變大、重量變重以及關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量變大的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、重量輕的重力平衡裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是:提供一種重力平衡裝置，該裝置包括:壓力缸；活塞，活塞設(shè)置在壓力缸內(nèi)并將壓力缸分隔為第一壓力缸室和第二壓力缸室；活塞桿，活塞桿的一端固定設(shè)置在活塞上，另一端穿出壓力缸的端部，活塞桿用以驅(qū)動活塞沿壓力缸作往復(fù)運動；至少一個蓄能器，蓄能器封閉有氣體，蓄能器與壓力缸相通。其中，壓力缸為液壓缸，第二壓力缸室設(shè)置有液壓油。其中，裝置進一步包括隔離塊，蓄能器設(shè)置在壓力缸內(nèi)，隔離塊設(shè)置在蓄能器和第二壓力缸室之間，蓄能器通過對應(yīng)設(shè)置于隔離塊的通孔與第二壓力缸室相通，活塞桿設(shè)置在第一壓力缸室內(nèi)。其中，蓄能器設(shè)置在第二壓力缸室外，蓄能器通過設(shè)置于第二壓力缸室外的閥塊與第二壓力缸室相通，活塞桿設(shè)置在第二壓力缸室內(nèi)。其中，至少一個蓄能器為兩個。其中，裝置進一步包括可伸縮的連接套，連接套套設(shè)在活塞桿上。其中，遠離活塞桿的壓力缸的端部設(shè)置有第一容納腔，第一容納腔內(nèi)設(shè)置有第一軸承。其中，活塞桿的自由端設(shè)置有第二容納腔，第二容納腔內(nèi)設(shè)置有第二軸承。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種工業(yè)機器人，該工業(yè)機器人包括第一臂、第二臂、設(shè)置在第一臂和第二臂之間的關(guān)節(jié)以及重力平衡裝置，重力平衡裝置設(shè)置在第一臂和第二臂之間，當(dāng)?shù)诙劾@關(guān)節(jié)運動時，活塞桿驅(qū)動活塞壓縮蓄能器內(nèi)的氣體以提供平衡第二臂的重力力矩的力。其中，第一臂上設(shè)置有第一支撐軸，第二臂上設(shè)置有第二支撐軸；重力平衡裝置中遠離活塞桿的壓力缸的端部轉(zhuǎn)動設(shè)置在第一支撐軸，重力平衡裝置中的活塞桿的自由端轉(zhuǎn)動設(shè)置在第二支撐軸。本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的重力平衡裝置包括壓力缸、活塞、活塞桿和至少一個蓄能器，其中蓄能器內(nèi)封閉有氣體。當(dāng)活塞桿驅(qū)動活塞沿壓力缸作往復(fù)運動時，通過壓縮和釋放蓄能器內(nèi)的氣體以產(chǎn)生大小不同的作用在活塞桿上的力。本實用新型利用氣體的可壓縮性來實現(xiàn)重力平衡，很小體積的氣體便能產(chǎn)生很大的作用在活塞桿上的力，因此重力平衡裝置具有體積小、重量輕的特點。

圖1是本實用新型第一實施例重力平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中重力平衡裝置的剖視圖；圖3是本實用新型第二實施例重力平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中重力平衡裝置的剖視圖；圖5是圖3中重力平衡裝置安裝在工業(yè)機器人上的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。圖1是本實用新型第一實施例重力平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中重力平衡裝置的剖視圖。如圖1和圖2所示，重力平衡裝置100包括壓力缸10、活塞11、活塞桿12、蓄能器13和隔離塊14。壓力缸10為液壓缸，用于將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓菽?，提供大小不同的作用在活塞桿12上的力。在實際應(yīng)用中，壓力缸10還可以為氣壓缸?；钊?1設(shè)置在壓力缸10內(nèi)并將壓力缸10分隔為第一壓力缸室101和第二壓力缸室102，其中第二壓力缸室102內(nèi)設(shè)置有液壓油?；钊?1可以為圓形、方形等等，與壓力缸10內(nèi)的形狀相對應(yīng)。作用在活塞桿12上的力由活塞11的有效面積以及第二壓力缸室102和第一壓力缸室101之間的壓強差決定，活塞11的有效面積越大，第二壓力缸室102和第一壓力缸室101之間的壓強差越大，作用在活塞桿12上的力就越大?；钊麠U12設(shè)置在第一壓力缸室101內(nèi)，活塞桿12的一端固定設(shè)置在活塞11上，另一端穿出壓力缸10的端部，活塞桿12用于驅(qū)動活塞11沿壓力缸10作往復(fù)運動。蓄能器13封閉有氣體，蓄能器13設(shè)置在壓力缸10內(nèi)并靠近第二壓力缸室102設(shè)置。隔離塊14設(shè)置在蓄能器13和第二壓力缸室102之間，隔離塊14上設(shè)置有通孔141，蓄能器13通過隔離塊14上的通孔141與第二壓力缸室102相通。當(dāng)活塞桿12驅(qū)動活塞11向靠近蓄能器13的方向移動時，第二壓力缸室102內(nèi)的液壓油穿過通孔141壓入蓄能器13內(nèi)，蓄能器13內(nèi)的氣體因為液壓油的壓入體積減少壓強增大，與蓄能器13相連的第二壓力缸室102的壓強也隨之增大，從而導(dǎo)致第二壓力缸室102和第一壓力缸室101之間的壓強差增大,作用在活塞桿12上的力隨之增大。本實施例中，蓄能器13的數(shù)量為一個。在實際應(yīng)用中，蓄能器13還可以為多個，多個蓄能器13相互并聯(lián)，可進一步提高作用在活塞桿12上的力以平衡更重更長的機器臂的重力力矩。本實施例中，蓄能器13設(shè)置在壓力缸10內(nèi)，可減少重力平衡裝置100的體積，防止安裝在工業(yè)機器人上的重力平衡裝置100在運動的過程中與工業(yè)機器人、周圍環(huán)境發(fā)生碰撞。進一步，重力平衡裝置100包括可伸縮的連接套15，連接套15套設(shè)在活塞桿12上，用以防止活塞桿12穿出壓力缸10的部分沾染上灰塵。進一步，重力平衡裝置100中遠離活塞桿12的壓力缸10的端部設(shè)置有第一容納腔16，第一容納腔16內(nèi)設(shè)置有第一軸承17?；钊麠U12的自由端設(shè)置有第二容納腔18，第二容納腔18內(nèi)設(shè)置有第二軸承19。第一軸承17和第二軸承19可方便地將重力平衡裝置100安裝在工業(yè)機器人上。圖3是本實用新型第二實施例重力平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3中重力平衡裝置的剖面圖。如圖3和圖4所示，重力平衡裝置200包括壓力缸20、第一壓力缸室201、第二壓力缸室202、活塞21、活塞桿22、蓄能器23、閥塊24、連接套25、第一容納腔26、第一軸承27、第二容納腔28和第二軸承29。其中，重力平衡裝置200與圖1所示的實施例相比，其主要區(qū)別在于:活塞杠22設(shè)置在第二壓力缸室202內(nèi)。蓄能器23為了兩個，分別設(shè)置在第二壓力缸室202外，蓄能器23通過設(shè)置于第二壓力缸室202外的閥塊24與所述第二壓力缸室202相通。圖5是圖3中重力平衡裝置安裝在工業(yè)機器人上的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，工業(yè)機器人包括第一臂31、第二臂32、設(shè)置在第一臂31和第二臂32之間的關(guān)節(jié)33以及重力平衡裝置200。第一臂31上設(shè)置有第一支撐軸311，重力平衡裝置200中遠離活塞桿22的壓力缸20的端部設(shè)置有第一軸承27，第一軸承27轉(zhuǎn)動安裝在第一支撐軸311上。第二臂32上設(shè)置有第二支撐軸321，重力平衡裝置中200的活塞桿22的自由端設(shè)置有第二軸承29，第二軸承29轉(zhuǎn)動安裝在第二支撐軸321上。當(dāng)?shù)诙?2繞關(guān)節(jié)33運動時，活塞桿22驅(qū)動活塞21壓縮蓄能器23內(nèi)的氣體以提供平衡第二臂32的重力力矩的力。當(dāng)?shù)诙?2繞關(guān)節(jié)33運動，第二臂32偏離豎直方向的夾角Θ逐步增大時，關(guān)節(jié)33所受的第二臂32的重力力矩隨夾角Θ的增大而逐步增大。具體來說，第二臂32的重力力矩為第二臂32的重力與第二臂32的重心到關(guān)節(jié)的距離與sin Θ的乘積，Θ從O度增加到90度，sin Θ的值從O增加到1，第二臂32的重力力矩逐步增大。隨著第二臂32偏離豎直方向的夾角Θ的增大，第二臂32帶動活塞21朝向蓄能器23移動，隨著活塞21移動距離的增大,作用在活塞桿22的力逐步增大,進一步相對于關(guān)節(jié)33的力矩也隨之增大，從而很大程度上對關(guān)節(jié)33所承受的第二臂32的重力力矩產(chǎn)生了很好的平衡作用。在實際應(yīng)用中，當(dāng)?shù)诙?2偏離豎直方向的夾角Θ小于10度時，因為sin Θ的值接近為0，關(guān)節(jié)33所受重力力矩接近為0，朝向蓄能器23發(fā)生的位移接近為零。本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的重力平衡裝置包括壓力缸、活塞、活塞桿和至少一個蓄能器，其中蓄能器內(nèi)封閉有氣體。當(dāng)活塞桿驅(qū)動活塞沿壓力缸作往復(fù)運動時，通過壓縮和釋放蓄能器內(nèi)的氣體以產(chǎn)生大小不同的作用在活塞桿上的力。本實用新型利用氣體的可壓縮性來實現(xiàn)重力平衡，很小體積的氣體便能產(chǎn)生很大的作用在活塞桿上的力，因此重力平衡裝置具有體積小、重量輕的特點。[0040]以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實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，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種重力平衡裝置，其特征在于，所述裝置包括: 壓力缸； 活塞，所述活塞設(shè)置在所述壓力缸內(nèi)并將所述壓力缸分隔為第一壓力缸室和第二壓力缸室; 活塞桿，所述活塞桿的一端固定設(shè)置在所述活塞上，另一端穿出所述壓力缸的端部，所述活塞桿用于驅(qū)動所述活塞沿所述壓力缸作往復(fù)運動； 至少一個蓄能器，所述蓄能器封閉有氣體，所述蓄能器與所述壓力缸相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力平衡裝置，其特征在于，所述壓力缸為液壓缸，所述第二壓力缸室設(shè)置有液壓油。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的重力平衡裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括隔離塊，所述蓄能器設(shè)置在所述壓力缸內(nèi)，所述隔離塊設(shè)置在所述蓄能器和所述第二壓力缸室之間，所述蓄能器通過對應(yīng)設(shè)置于所述隔離塊的通孔與所述第二壓力缸室相通，所述活塞桿設(shè)置在所述第一壓力缸室內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的重力平衡裝置，其特征在于，所述蓄能器設(shè)置在所述第二壓力缸室外，所述蓄能器通過設(shè)置于所述第二壓力缸室外的閥塊與所述第二壓力缸室相通，所述活塞桿設(shè)置在所述第二壓力缸室內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重力平衡裝置，其特征在于，至少一個所述蓄能器為兩個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力平衡裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括可伸縮的連接套，所述連接套套設(shè)在所述活塞桿上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力平衡裝置，其特征在于，遠離所述活塞桿的所述壓力缸的端部設(shè)置有第一容納腔，所述第一容納腔內(nèi)設(shè)置有第一軸承。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力平衡裝置，其特征在于，所述活塞桿的自由端設(shè)置有第二容納腔，所述第二容納腔內(nèi)設(shè)置有第二軸承。
9.一種工業(yè)機器人，其特征在于，所述工業(yè)機器人包括第一臂、第二臂、設(shè)置在所述第一臂和所述第二臂之間的關(guān)節(jié)以及權(quán)利要求1-8所述的重力平衡裝置，所述重力平衡裝置設(shè)置在所述第一臂和所述第二臂之間，當(dāng)所述第二臂繞所述關(guān)節(jié)運動時，所述活塞桿驅(qū)動所述活塞壓縮所述蓄能器內(nèi)的所述氣體以提供平衡所述第二臂的重力力矩的力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工業(yè)機器人，其特征在于，所述第一臂上設(shè)置有第一支撐軸，所述第二臂上設(shè)置有第二支撐軸，所述重力平衡裝置中遠離所述活塞桿的所述壓力缸的端部轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述第一支撐軸，所述重力平衡裝置中的所述活塞桿的自由端轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述第二支撐軸。
專利摘要本實用新型公開了一種重力平衡裝置以及使用該重力平衡裝置的工業(yè)機器人。本實用新型的重力平衡裝置包括壓力缸、活塞、活塞桿和至少一個蓄能器，其中蓄能器內(nèi)封閉有氣體。當(dāng)活塞桿驅(qū)動活塞沿壓力缸作往復(fù)運動時，通過壓縮和釋放蓄能器內(nèi)的氣體以產(chǎn)生大小不同的作用在活塞桿上的力。本實用新型利用氣體的可壓縮性來實現(xiàn)重力平衡，很小體積的氣體便能產(chǎn)生很大的作用在活塞桿上的力，因此重力平衡裝置具有體積小、重量輕的特點。
文檔編號F15B15/14GK202955055SQ20122057854
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者王羅羅 申請人:北京配天大富精密機械有限公司