一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置，包括驅動機構與執(zhí)行輸出機構；驅動機構包括伺服電機與液壓泵，執(zhí)行輸出機構包括平行設置的兩組液壓缸，兩組液壓缸的活塞間連接有擺桿，在兩端活塞的帶動下擺桿能夠以其回轉中心擺動；機器人部件連接于擺桿的回轉中心處并隨擺桿的擺動而轉動；驅動裝置還包括檢測模塊、處理模塊與電機控制器。通過采用伺服電機驅動液壓執(zhí)行機構輸出，輸出功率大，可有效解決轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求。通過采用單向軸承傳動，實現(xiàn)傳動軸的間歇性單向周轉運動。通過采用變送器與放大器的配合作用，有效調整機器人部件的轉動量，保證轉動的精確性、可靠性。且該裝置結構簡單，便于實現(xiàn)。
【專利說明】一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人關節(jié)驅動【技術領域】，具體涉及一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法。
【背景技術】
[0002]目前絕大數轉動機器人都是采用伺服電機作為關節(jié)的驅動元件。市場上銷售的高性能伺服電機大多具有高轉速、低扭矩的特點，因此必須進行適當的減速才能用來驅動機器人的各個關節(jié)。為了把驅動器的運動轉化為機器人的運動，除直接驅動以外，還需要運動速度的變換等，并且還需要把驅動器的運動傳遞到位于不同地點的傳動機構等。機器人的運動傳遞就是將這些運動變換和傳遞機構進行組合來實現(xiàn)的。
[0003]工業(yè)機器人技術發(fā)展的轉動機器人的關節(jié)驅動主要采用以直流伺服電機為驅動源的機械傳動執(zhí)行機構來實現(xiàn)的。雖然直流伺服電機具有響應快，啟動轉矩大，慣量小，轉動平滑等優(yōu)點，但直流電機結構復雜、成本高。一些特殊用途的轉動作業(yè)機器人需要驅動裝置的輸出功率大，結構緊湊，即功率密度較大的執(zhí)行元件來處理機器人的質量分布問題，目前機器人關節(jié)驅動技術無法很好地解決這一問題。
[0004]因此，鑒于以上問題，有必要提出一種結構簡單，便于實現(xiàn)，可靠性高，輸出功率大的機器人轉動關節(jié)，解決特殊用途的轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求。
【發(fā)明內容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法，該驅動裝置采用伺服電機驅動液壓執(zhí)行機構進行輸出，輸出功率大，可有效解決轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求，且該驅動裝置結構簡單，便于實現(xiàn)，可靠性較高。
[0006]根據本發(fā)明的目的提出的一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置，用于驅動機器人部件做回轉運動，包括:驅動機構與執(zhí)行輸出機構；
[0007]所述驅動機構包括伺服電機與液壓泵，所述伺服電機與所述液壓泵電連接，驅動所述液壓泵轉動輸出壓力油；
[0008]所述執(zhí)行輸出機構包括平行設置的兩組液壓缸，兩組所述液壓缸的活塞間連接有擺桿，所述擺桿中心轉動固定，在兩端活塞的帶動下擺桿能夠以其回轉中心擺動；所述機器人部件連接于所述擺桿的回轉中心處并隨擺桿的擺動而轉動；
[0009]所述驅動裝置還包括控制機構，所述控制機構包括用于檢測所述機器人部件轉動量的檢測模塊，接收所述檢測模塊的檢測信號并與所述控制機構設定的參考信號做對比，后輸出控制信號的處理模塊，以及接收所述處理模塊輸出的控制信號并調整所述伺服電機轉速，繼而控制所述液壓泵輸出流量的電機控制器。
[0010]優(yōu)選的，所述驅動裝置還包括設置于所述擺桿與所述機器人部件間的運動轉換機構。[0011]優(yōu)選的，所述運動轉換機構包括第一傳動軸與第二傳動軸，以及位于兩傳動軸上相互嚙合的第一齒輪與第二齒輪，所述第一傳動軸上設置有單向軸承，所述單向軸承與所述擺桿的回轉中心固定連接。
[0012]優(yōu)選的，所述檢測模塊為傳感器，所述傳感器設置于所述第一傳動軸上。
[0013]優(yōu)選的，所述處理模塊包括變送器與放大器，所述變送器接收所述傳感器的檢測信號并轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將反饋電壓信號與變送器內部設定的參考信號做對比形成誤差信號，誤差信號通過放大器被放大。
[0014]優(yōu)選的，所述液壓缸為雙桿液壓缸。
[0015]優(yōu)選的，所述液壓泵為雙向容積泵。
[0016]優(yōu)選的，所述驅動裝置還包括蓄能器與平衡閥。
[0017]一種機器人轉動關節(jié)驅動方法，采用所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，具體步驟如下:
[0018](一)、轉動關節(jié)運動:兩液壓缸活塞反向運動帶動擺桿以其回轉中心擺動，帶動機器人部件轉動；
[0019](二)、經傳感器將機器人部件的轉動量反饋給變送器；
[0020](三)、變送器將該轉動量轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將該反饋電壓信號與設定的參考信號即參考電壓作對比形成誤差，并將該誤差信號通過放大器進行放大；
[0021](四)、電機控制器接收該誤差信號并作為控制輸出信號輸出給伺服電機；
[0022](五)、伺服電機接收電機控制器的命令信號，調整伺服電機的轉速，繼而影響液壓泵的流量，該流量與液壓缸中的活塞運動速度成正比，通過驅動兩活塞運動帶動擺桿擺動，繼而帶動機器人部件做回轉運動；通過設置運動轉換機構實現(xiàn)輸出轉速的調整。
[0023]優(yōu)選的，通過采用單向軸承輸出，實現(xiàn)兩傳動軸的間歇單向周轉運動。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明公開的機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法的優(yōu)點是:
[0025]1、該驅動裝置采用伺服電機驅動液壓執(zhí)行機構進行輸出，輸出功率大，可有效解決特殊用途的轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求。
[0026]2、通過驅動兩活塞的反向運動帶動擺桿的左右擺動繼而帶動機器人部件轉動，由于采用單向軸承傳動，擺桿順時針擺動時，單向軸承帶動傳動軸轉動，擺桿逆時針擺動時，單向軸承運動傳動軸不動，即將擺桿的擺動轉為傳動軸的間歇單向周轉運動，從而實現(xiàn)運動的傳遞。
[0027]3、通過采用變送器與放大器的配合作用，可將機器人部件的變化量及時的進行反饋并與設定值進行對比，有效調整機器人部件的轉動量，保證轉動量的精確性，可靠性較聞。
[0028]此外，該驅動裝置采用液壓缸驅動機器人部件運動，結構簡單，便于實現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0030]圖1為本發(fā)明公開的一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置的結構示意圖。
[0031]圖2為運動轉換機構的結構示意圖。
[0032]圖中的數字或字母所代表的相應部件的名稱:
[0033]1、液壓缸2、液壓泵3、伺服電機4、電機控制器5、機器人部件6、蓄能器7、平衡閥
8、單向閥9、順序閥10、變送器11、放大器12、擺桿
[0034]21、單向軸承22、第一傳動軸23、第一齒輪24、第二傳動軸25、第二齒輪【具體實施方式】
[0035]當前，轉動機器人的關節(jié)驅動主要采用以直流伺服電機為驅動源的機械傳動執(zhí)行機構來實現(xiàn)的，但直流電機結構復雜、成本高。一些特殊用途的轉動作業(yè)機器人需要驅動裝置的輸出功率大，結構緊湊，即功率密度較大的執(zhí)行元件來處理機器人的質量分布問題，目前機器人關節(jié)驅動技術無法很好地解決這一問題。
[0036]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法，該驅動裝置采用伺服電機驅動液壓執(zhí)行機構進行輸出，輸出功率大，可有效解決轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求，且該驅動裝置結構簡單，便于實現(xiàn)，可靠性較高。
[0037]下面將通過【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0038]請一并參見圖1與圖2，如圖所示，一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置，用于驅動機器人部件做回轉運動，包括:驅動機構與執(zhí)行輸出機構；
[0039]驅動機構包括伺服電機3與液壓泵2，伺服電機3與液壓泵2電連接，驅動液壓泵2轉動輸出壓力油。
[0040]執(zhí)行輸出機構包括平行設置的兩組液壓缸1，兩組液壓缸I的活塞間連接有擺桿12，擺桿12中心轉動固定，在兩端活塞的帶動下擺桿能夠以其回轉中心擺動；機器人部件連接于擺桿的回轉中心處并隨擺桿的擺動而轉動；液壓泵通過液壓油路向液壓缸輸送液壓油，通過控制液壓缸的進油與回油實現(xiàn)兩液壓缸活塞的反向運行，繼而實現(xiàn)擺桿的擺動，通過控制液壓缸的進油量與進油速度以控制擺桿的擺動角度與擺動速度。
[0041]驅動裝置還包括設置于擺桿12與機器人部件間的運動轉換機構。
[0042]運動轉換機構包括第一傳動軸22與第二傳動軸24，以及位于兩傳動軸上相互嚙合的第一齒輪23與第二齒輪25，第一傳動軸22上設置有單向軸承21，單向軸承21與擺桿12的回轉中心固定連接。
[0043]當擺桿回轉中心以順時針旋轉時，單向軸承與第一傳動軸之間起止動作用，即單向軸承21帶動第一傳動軸轉動，從而驅動第一齒輪、第二齒輪以及第二傳動軸轉動，當擺桿的回轉中心順時針運動到極限后返回逆時針運動時(即活塞反向運動)，單向軸承21與第一傳動軸22之間起轉動作用，即單向軸承運動而傳動軸及齒輪組保持不動，等到擺桿回轉中心逆時針運動到極限后返回進行順時針運動時，傳動軸及齒輪組再次轉動，即將擺桿的擺動轉為傳動軸的間歇單向周轉運動，傳動軸克服轉動慣性與機器人部件的轉矩，帶動機器人部件轉動，從而實現(xiàn)運動的傳遞。
[0044]通過調整第一齒輪與第二齒輪的傳動比調整輸出轉速。
[0045]驅動裝置還包括控制機構，控制機構包括用于檢測機器人部件轉動量的檢測模塊，接收檢測模塊的檢測信號并與控制機構設定的參考信號做對比，后輸出控制信號的處理模塊，以及接收處理模塊輸出的控制信號并調整伺服電機的轉速，繼而控制液壓泵輸出流量，使得機器人部件的轉動量與設定的參考量相一致的電機控制器4。
[0046]檢測模塊為傳感器(未不出)，傳感器設置于第一傳動軸22上,用于檢測輸出轉速，并將該檢測信號傳遞出去。
[0047]處理模塊包括變送器10與放大器11，變送器10接收傳感器的檢測信號并轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將反饋電壓信號與變送器內部設定的參考信號做對比形成誤差信號，誤差信號通過放大器被放大。
[0048]其中，液壓缸為雙桿液壓缸?？蓪崿F(xiàn)機器人部件等速的往復運動。此外，液壓缸還可采用單桿液壓缸等，具體類型不做限制。
[0049]液壓泵為雙向容積泵等。具體類型可根據使用需要而定，在此不做限制。
[0050]驅動裝置還包括蓄能器6與平衡閥7。平衡閥設置于連接兩條液壓油路的支路上，平衡閥為串聯(lián)設置的兩組，每組包括并聯(lián)設置的單向閥8與順序閥9。通過設置蓄能器以保證液壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過設置平衡閥以調節(jié)液壓缸兩端液壓油路的壓力差與流量差，或通過分流的方法達到流量的平衡，提高液壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
[0051]一種機器人轉動關節(jié)驅動方法，采用機器人轉動關節(jié)驅動裝置，具體步驟如下:
[0052](一)、轉動關節(jié)運動:兩液壓缸活塞反向運動帶動擺桿以其回轉中心擺動，帶動機器人部件轉動；
[0053](二)、經傳感器將機器人部件的轉動量反饋給變送器；
[0054](三)、變送器將該轉動量轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將該反饋電壓信號與設定的參考信號即參考電壓作對比形成誤差，并將該誤差信號通過放大器進行放大；
[0055](四)、電機控制器接收該誤差信號并作為控制輸出信號輸出給伺服電機；
[0056](五)、伺服電機接收電機控制器的命令信號，調整伺服電機的轉速，繼而影響液壓泵的流量，該流量與液壓缸中的活塞運動速度成正比，通過驅動兩活塞運動帶動擺桿擺動，繼而帶動機器人部件做回轉運動；通過設置運動轉換機構實現(xiàn)輸出轉速的調整。
[0057]通過采用單向軸承輸出，實現(xiàn)兩傳動軸的間歇單向周轉運動。
[0058]本發(fā)明公開了一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置及驅動方法，該裝置包括驅動機構與執(zhí)行輸出機構；驅動機構包括伺服電機與液壓泵，執(zhí)行輸出機構包括平行設置的兩組液壓缸，兩組液壓缸的活塞間連接有擺桿，擺桿中心轉動固定，在兩端活塞的帶動下擺桿能夠以其回轉中心擺動；機器人部件連接于擺桿的回轉中心處并隨擺桿的擺動而轉動；驅動裝置還包括控制機構，控制機構包括檢測模塊、處理模塊與電機控制器。該驅動裝置采用伺服電機驅動液壓執(zhí)行機構進行輸出，輸出功率大，可有效解決特殊用途的轉動作業(yè)機器人需要大功率、緊湊結構的轉動關節(jié)的需求。
[0059]通過驅動兩活塞的反向運動帶動擺桿的左右擺動繼而帶動機器人部件轉動，由于采用單向軸承傳動，擺桿順時針擺動時，單向軸承帶動傳動軸轉動，擺桿逆時針擺動時，單向軸承運動傳動軸不動，即將擺桿的擺動轉為傳動軸的間歇單向周轉運動，從而實現(xiàn)運動的傳遞。
[0060]通過采用變送器與放大器的配合作用，可將機器人部件的變化量及時的進行反饋并與設定值進行對比，有效調整機器人部件的轉動量，保證轉動量的精確性，可靠性較高。
[0061]此外，該驅動裝置采用液壓缸驅動機器人部件運動，結構簡單，便于實現(xiàn)。
[0062]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種機器人轉動關節(jié)驅動裝置，用于驅動機器人部件做回轉運動，其特征在于，包括:驅動機構與執(zhí)行輸出機構； 所述驅動機構包括伺服電機與液壓泵，所述伺服電機與所述液壓泵電連接，驅動所述液壓泵轉動輸出壓力油； 所述執(zhí)行輸出機構包括平行設置的兩組液壓缸，兩組所述液壓缸的活塞間連接有擺桿，所述擺桿中心轉動固定，在兩端活塞的帶動下擺桿能夠以其回轉中心擺動；所述機器人部件連接于所述擺桿的回轉中心處并隨擺桿的擺動而轉動； 所述驅動裝置還包括控制機構，所述控制機構包括用于檢測所述機器人部件轉動量的檢測模塊，接收所述檢測模塊的檢測信號并與所述控制機構設定的參考信號做對比，后輸出控制信號的處理模塊，以及接收所述處理模塊輸出的控制信號并調整所述伺服電機轉速，繼而控制所述液壓泵輸出流量的電機控制器。
2.如權利要求1所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述驅動裝置還包括設置于所述擺桿與所述機器人部件間的運動轉換機構。
3.如權利要求2所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述運動轉換機構包括第一傳動軸與第二傳動軸，以及位于兩傳動軸上相互嚙合的第一齒輪與第二齒輪，所述第一傳動軸上設置有單向軸承，所述單向軸承與所述擺桿的回轉中心固定連接。
4.如權利要求3所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述檢測模塊為傳感器，所述傳感器設置于所述第一傳動軸上。
5.如權利要求4所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述處理模塊包括變送器與放大器，所述變送器接收所述傳感器的檢測信號并轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將反饋電壓信號與變送器內部設定的參考信號做對比形成誤差信號，誤差信號通過放大器被放大。`
6.如權利要求1所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述液壓缸為雙桿液壓缸。
7.如權利要求1所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述液壓泵為雙向容積泵。
8.如權利要求1所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，其特征在于，所述驅動裝置還包括蓄能器與平衡閥。
9.一種機器人轉動關節(jié)驅動方法，其特征在于，采用權利要求1-8任一項所述的機器人轉動關節(jié)驅動裝置，具體步驟如下: (一)、轉動關節(jié)運動:兩液壓缸活塞反向運動帶動擺桿以其回轉中心擺動，帶動機器人部件轉動； (二)、經傳感器將機器人部件的轉動量反饋給變送器； (三)、變送器將該轉動量轉變?yōu)橐粋€反饋電壓信號，并將該反饋電壓信號與設定的參考信號即參考電壓作對比形成誤差，并將該誤差信號通過放大器進行放大； (四)、電機控制器接收該誤差信號并作為控制輸出信號輸出給伺服電機； (五)、伺服電機接收電機控制器的命令信號，調整伺服電機的轉速，繼而影響液壓泵的流量，該流量與液壓缸中的活塞運動速度成正比，通過驅動兩活塞運動帶動擺桿擺動，繼而帶動機器人部件做回轉運動；通過設置運動轉換機構實現(xiàn)輸出轉速的調整。
10.如權利要 求9所述的機器人轉動關節(jié)驅動方法，其特征在于，通過采用單向軸承輸出，實現(xiàn)兩傳動軸的間歇單向周轉運動。
【文檔編號】F15B1/02GK103867504SQ201410119355
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王魯單, 胡友, 程勝, 張建偉 申請人:昆山市工業(yè)技術研究院有限責任公司