具有多工位可变弹簧助力系统的机器人及其助力系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种具有多工位可变弹簧助力系统的机器人及其助力系统，使机器人在不同的工位能够具有可变的关节助力。

背景技术：

机器人应用中，会出现某个关节在不同的工位对力矩和速度的要求不一样的情况，比如在多角度康复机器人中，平躺位需要髋关节大力矩输出，竖直位需要髋关节有较快的速度，因此很难选到合适的伺服电机。

现在已有的机器人平衡助力系统大多只针对一种工况，如工业机器人中大臂外伸时的大力矩需求。使用这种平衡助力系统时，为了满足机器人在一种工位下的关节的大力矩要求，可能需要助力系统提供非常大的力矩，这种助力在其它工位可能成为了一种阻力，如果太大可能造成电机输出不够，机器人无法工作的情况。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种具有多工位可变弹簧助力系统的机器人及其助力系统，该机器人及其助力系统是一种可变的平衡助力系统，为机器人关节在不同的工位提供可变助力，补偿电机大力矩需求的同时不影响其它工位的正常工作。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明一个方面，提供了一种具有多工位可变弹簧助力系统的机器人，包括机器人本体以及助力系统；其中：

所述助力系统包括：缸体、助力弹簧、弹簧导杆、活塞和活塞杆，所述弹簧导杆设置在缸体内部轴线上，对助力弹簧进行导向，所述助力弹簧的两端分别与缸体的内底部和活塞接触，所述活塞杆穿过中空的弹簧导杆，并根据位置与活塞接触或分离；

所述缸体的外底部和活塞杆的外端部分别与机器人本体铰接。

优选地，所述助力弹簧的自由长度小于缸体长度。

优选地，所述助力弹簧的自由长度为缸体长度的2/3。

优选地，所述机器人本体包括：机架、工位切换连杆和执行连杆，所述机架、工位切换连杆和执行连杆依次铰接；执行连杆连接机器人的末端执行件，完成机器人的所需任务，工位切换连杆的动作可以实现机器人不同工位间的切换。

优选地，所述缸体的外底部与机架铰接，所述活塞杆的外端部与执行连杆铰接。

优选地，所述机器人从需要大力矩工位转到不需要大力矩工位的过程中，活塞杆逐渐脱离缸体，对助力弹簧的压缩量越来越小，直到不再与助力弹簧接触，从而实现了在不需要大力矩工位中助力系统不提供力矩输出，进而不对机器人运动形成阻力，依靠电机的输出保证在不需要大力矩工位的正常运动。

根据本发明一个方面，提供了一种助力系统，该助力系统是一种多工位可变弹簧助力系统，包括：缸体、助力弹簧、弹簧导杆、活塞和活塞杆，所述弹簧导杆设置在缸体内部轴线上，对助力弹簧进行导向，所述助力弹簧的两端分别与缸体的内底部和活塞接触，所述活塞杆穿过中空的弹簧导杆，并根据位置与活塞接触或分离。

优选地，所述助力弹簧的自由长度小于缸体长度。

优选地，所述助力弹簧的自由长度为缸体长度的2/3。

本发明的工作原理为：

机器人从需要大力矩工位转到不需要大力矩工位的过程中，活塞杆逐渐脱离缸体，对助力弹簧的压缩量越来越小，直到不再与助力弹簧接触，从而实现了在不需要大力矩工位中助力系统不提供力矩输出，进而不对机器人运动形成阻力，依靠电机的输出可以保证在不需要大力矩工位的正常运动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明实现了机器人应用中大力矩关节的助力同时，解决了大力矩助力在其它工位中的影响，避免使用大功率的电机，节省了整机成本；

2、本发明实现在不同的工位，助力系统自动调节输出不同的力矩，满足机器人在不同工位的需求；

3、本发明为机器人关节在不同的工位提供可变助力，补偿电机大力矩需求的同时不影响其它工位的正常工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中不需要大力矩工位时助力系统状态示意图；

图2为本发明一实施例中需要大力矩工位时助力系统状态示意图；

图中：1为机架，2为缸体，3为助力弹簧，4为弹簧导杆，5为活塞，6为活塞杆，7为工位切换连杆，8为执行连杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

参照图1-2所示。

在本发明的助力系统的实施例中，该助力系统是一种多工位可变弹簧助力系统，是一种平衡助力系统，实现在不同的工位，助力系统自动调节输出不同的力矩，满足机器人在不同工位的需求。

具体的，如图所示，在一实施例中，所述多工位可变弹簧助力系统，包括如下组件：缸体2、助力弹簧3、弹簧导杆4、活塞5、活塞杆6。

其中弹簧导杆4设置在缸体2内部轴线上，起到助力弹簧导向作用。助力弹簧3两端分别与缸体底部(缸体内底部)和活塞5接触，助力弹簧3的自由长度小于缸体长度，为2/3左右。活塞杆6穿过中空的弹簧导杆4，根据位置可以与活塞5接触也可以分离。

上述的多工位可变弹簧助力系统结构虽然简单，但是通过巧妙的部件结构设置，自动调节输出不同的力矩，满足机器人在不同工位的需求。

在上述多工位可变弹簧助力系统的基础上，本发明还进一步提供具有多工位可变弹簧助力系统的机器人实施例，该具有多工位可变弹簧助力系统的机器人包括机器人本体以及助力系统；其中：

所述机器人本体包括：机架1、工位切换连杆7和执行连杆8，机架1、工位切换连杆7和执行连杆8依次铰接，构成了机器人本体；

所述助力系统的结构包括缸体2、助力弹簧3、弹簧导杆4、活塞5、活塞杆6，弹簧导杆4设置在缸体2内部轴线上，起到助力弹簧导向作用。助力弹簧3两端分别与缸体底部(缸体内底部)和活塞5接触，助力弹簧3的自由长度小于缸体长度，为2/3左右。活塞杆6穿过中空的弹簧导杆4，根据位置可以与活塞5接触也可以分离。

助力系统的缸体底部(缸体外底部)与机器人本体的机架铰接，活塞杆的外端部与执行连杆铰接。

如图1所示，为本发明实施例中所述机器人不需要大力矩工位时助力系统状态示意图。弹簧导杆4在缸体内部轴线上，起到助力弹簧导向作用。助力弹簧3两端分别与缸体底部和活塞5接触，助力弹簧的自由长度为缸体长度的2/3左右。活塞杆6穿过中空的弹簧导杆，根据位置可以与活塞接触也可以分离。缸体底部与机架1铰接，活塞杆6与执行连杆8铰接。

图2为本发明实施例中所述机器人需要大力矩工位时助力系统状态示意图。图中，需要大力矩时，助力系统与机器人本体的两个铰接点的距离变短，活塞杆6顶着活塞压缩弹簧，形成了对执行连杆的助力矩。

不需要大力矩工位时，两个铰接点的距离变长，活塞杆脱离活塞，弹簧恢复自由长度，不再对执行连杆产生力矩，避免了在没有执行连杆重力矩的情况下助力系统的助力成为阻力。

可见，上述的具有多工位可变弹簧助力系统的机器人从图2的工位转到图1工位的过程中，活塞杆6逐渐脱离缸体2，对助力弹簧3的压缩量越来越小，直到不再与助力弹簧接触，从而实现了在图1工位中助力系统不提供力矩输出，进而不对机器人运动形成阻力，依靠电机的输出可以保证在竖直位的正常运动。

本发明实现了机器人应用中大力矩关节的助力同时，解决了大力矩助力在其它工位中的影响，避免使用大功率的电机，节省了整机成本。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。