一种机器人移动关节驱动装置及驱动方法
【专利摘要】本发明公开了一种机器人移动关节驱动装置，该驱动装置包括一端连接机器人部件的液压缸，为液压缸的运动提供动力的液压泵，驱动液压泵转动输出压力油的伺服电机，检测液压缸与机器人部件移动量并进行对比处理输出的检测模块与处理模块，接收处理模块输出的控制信号并根据该控制信号调整伺服电机转速的电机控制器。通过采用伺服电机驱动液压执行机构进行输出，输出功率大，可有效解决移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求。通过采用变送器与放大器的配合作用，可将液压缸与机器人部件的变化量及时的反馈并与设定值进行对比，保证位移的精确性，可靠性较高。此外，该驱动装置采用液压缸驱动机器人部件运动，结构简单，便于实现。
【专利说明】一种机器人移动关节驱动装置及驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人关节驱动【技术领域】，具体涉及一种机器人移动关节驱动装置及驱动方法。
【背景技术】
[0002]目前绝大数移动机器人都是采用伺服电机作为关节的驱动元件。市场上销售的高性能伺服电机大多具有高转速、低扭矩的特点，因此必须进行适当的减速才能用来驱动机器人的各个关节。为了把驱动器的运动转化为机器人的运动，除直接驱动以外，还需要运动速度的变换等，并且还需要把驱动器的运动传递到位于不同地点的传动机构等。机器人的运动传递就是将这些运动变换和传递机构进行组合来实现的。
[0003]工业机器人技术发展的移动机器人的关节驱动主要采用以直流伺服电机为驱动源的机械传动执行机构来实现的。虽然直流伺服电机具有响应快，启动转矩大，惯量小，转动平滑等优点，但直流电机结构复杂、成本高。一些特殊用途的移动作业机器人(如输电线作业机器人)需要驱动装置的输出功率大，结构紧凑，即功率密度较大的执行元件来处理机器人的质量分布问题，目前机器人关节驱动技术无法很好地解决这一问题。
[0004]因此，鉴于以上问题，有必要提出一种结构简单，便于实现，可靠性高，输出功率大的机器人移动关节，解决特殊用途的移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种机器人移动关节驱动装置，该驱动装置采用伺服电机驱动液压执行机构进行输出，输出功率大，可有效解决移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求，且该驱动装置结构简单，便于实现，可靠性较高。
[0006]根据本发明的目的提出的一种机器人移动关节驱动装置，用于驱动机器人部件沿导轨直线移动，包括:
[0007]液压缸:液压缸的一端连接机器人部件，带动机器人部件往复直线运动；
[0008]液压泵:为液压缸的运动提供动力，所述液压泵与所述液压缸两腔间连接有液压油路；
[0009]伺服电机:驱动液压泵转动输出压力油；
[0010]检测模块:用于检测所述液压缸内部的活塞、活塞杆以及机器人部件的移动量；
[0011]处理模块:接收所述检测模块的检测信号并与设定的参考信号做对比，后输出控制信号；
[0012]电机控制器:所述电机控制器与所述处理模块电连接，接收所述处理模块输出的控制信号并调整所述伺服电机的转速，继而控制所述液压泵的输出流量。
[0013]优选的，所述检测模块为传感器。
[0014]优选的，所述处理模块为变送器与放大器，所述变送器接收所述传感器的检测信号并转变为一个反馈电压信号，并将反馈电压信号与变送器内部设定的参考信号做对比形成误差信号，误差信号通过放大器被放大。
[0015]优选的，所述液压缸为双杆液压缸。
[0016]优选的,所述液压泵为双向容积泵。
[0017]优选的，所述液压缸的活塞、活塞杆以及机器人部件上均设置有传感器，每个所述传感器上对应的电连接有变送器与放大器。
[0018]优选的，所述传感器为位移传感器。
[0019]优选的，所述机器人部件与所述液压缸间连接有缓冲器。
[0020]优选的，所述驱动装置还包括蓄能器与平衡阀。
[0021]一种机器人移动关节驱动方法，采用权利要求所述的机器人移动关节驱动装置，具体步骤如下:
[0022](一)、移动关节运动:液压缸活塞与活塞杆带动机器人部件移动；
[0023](二 )、经传感器测量活塞、活塞杆与机器人部件的移动量并反馈给变送器；
[0024](三)、变送器将该移动量转变为一个反馈电压信号，并将该反馈电压信号与设定的参考信号即参考电压作对比形成误差，并将该误差信号通过放大器进行放大；
[0025](四)、电机控制器接收该误差信号并作为控制输出信号输出给伺服电机；
[0026](五)、伺服电机接收电机控制器的命令信号，调整伺服电机的转速，继而影响液压泵的流量，该流量与液压缸中的活塞运动速度成正比，通过驱动活塞运动带动机器人部件往复移动。
[0027]与现有技术相比，本发明公开的机器人移动关节驱动装置及驱动方法的优点是:
[0028]1、该驱动装置通过采用伺服电机驱动液压执行机构进行输出，输出功率大，可有效解决特殊用途的移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求。
[0029]2、通过采用变送器与放大器的配合作用，可将机器人部件与活塞及活塞杆的变化量及时的进行反馈并与设定值进行对比，有效调整机器人部件的移动量，保证移动位移的精确性，可靠性较高。
[0030]此外，该驱动装置采用液压缸驱动机器人部件运动，结构简单，便于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明公开的一种机器人移动关节驱动装置的结构示意图。
[0033]图中的数字或字母所代表的相应部件的名称:
[0034]1、液压缸 2、液压泵 3、伺服电机 4、电机控制器 5、机器人部件6、蓄能器
7、平衡阀8、单向阀9、顺序阀10、变送器11、放大器12、缓冲器
【具体实施方式】
[0035]当前，移动机器人的关节驱动主要采用以直流伺服电机为驱动源的机械传动执行机构来实现的，但直流电机结构复杂、成本高。一些特殊用途的移动作业机器人(如输电线作业机器人)需要驱动装置的输出功率大，结构紧凑，即功率密度较大的执行元件来处理机器人的质量分布问题，目前机器人关节驱动技术无法很好地解决这一问题。
[0036]本发明针对现有技术中的不足，提供了一种机器人移动关节驱动装置及驱动方法，该驱动装置采用伺服电机驱动液压执行机构进行输出，输出功率大，可有效解决特殊用途的移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求，且该驱动装置结构简单，便于实现，可靠性较高。
[0037]下面将通过【具体实施方式】对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]请参见图1，如图所示，一种机器人移动关节驱动装置，包括:
[0039]液压缸1:液压缸I的一端连接机器人部件5，带动机器人部件5往复运动，实现移动关节的如后移动。
[0040]液压泵2:液压泵2为液压缸I的运动提供动力，液压泵2与液压缸I的两腔间连接有液压油路，通过液压泵向液压缸内进油、回油实现液压缸活塞的往复移动。
[0041]伺服电机3:驱动液压泵2转动输出压力油。液压泵2是液压系统的动力元件，主要靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出。液压泵的输出流量可通过调节伺服电机的转速进行调整，通过输出流量的不同控制机器人部件的移动量。
[0042]检测模块:用于检测液压缸I中活塞、活塞杆与机器人部件5的移动量。其中检测模块为传感器，主要用于监测液压缸与机器人部件的移动变化，并将该检测信号传递出去。传感器具体可为位移传感器。其中，液压缸的活塞与活塞杆，以及机器人部件上均设置有传感器，每个传感器上对应的电连接有变送器与放大器。保证液压缸各处与机器人部件的运动同步。
[0043]处理模块:接收检测模块的检测信号并与设定的参考信号做对比，后输出控制信号；处理模块包括变送器10与放大器11，变送器10接收传感器的检测信号并转变为一个反馈电压信号，并将反馈电压信号与变送器内部设定的参考信号做对比形成误差信号，误差信号通过放大器11被放大。
[0044]电机控制器4:电机控制器与处理模块电连接，接收处理模块输出的控制信号并根据信号内容调整伺服电机3的转速，继而控制液压泵2的输出流量，使得液压缸及机器人部件的移动量与设定的参考量相一致。
[0045]其中，液压缸为双杆液压缸，可实现机器人部件等速的往复运动。此外，液压缸还可采用单杆液压缸等，凡可驱动机器人部件实现往复运动的液压缸均可使用，具体类型不做限制。
[0046]液压泵可为双向容积泵等，具体类型可根据使用需要而定，在此不做限制。
[0047]机器人部件5与液压缸I间连接有缓冲器12。通过设置缓冲器以避免活塞移动速度较快导致机器人移动关节的快速变化，保证移动关节运行的稳定性。缓冲器可为伸缩弹簧。
[0048]驱动装置还包括蓄能器6与平衡阀7。平衡阀设置于连接两条液压油路的支路上，平衡阀为串联设置的两组，每组包括并联设置的单向阀8与顺序阀9。通过设置蓄能器以保证液压系统运行的稳定性。通过设置平衡阀以调节液压缸两端液压油路的压力差与流量差，或通过分流的方法达到流量的平衡，提高液压系统运行的稳定性。
[0049]一种机器人移动关节驱动方法，采用机器人移动关节驱动装置，具体步骤如下:
[0050](一)、移动关节运动:液压缸活塞与活塞杆带动机器人部件移动；
[0051](二 )、经传感器测量活塞、活塞杆与机器人部件的移动量并反馈给变送器；
[0052](三)、变送器将该移动量转变为一个反馈电压信号，并将该反馈电压信号与设定的参考信号即参考电压作对比形成误差，并将该误差信号通过放大器进行放大；
[0053](四)、电机控制器接收该误差信号并作为控制输出信号输出给伺服电机；
[0054](五)、伺服电机接收电机控制器的命令信号，调整伺服电机的转速，继而影响液压泵的流量，该流量与液压缸中的活塞运动速度成正比，通过驱动活塞运动带动机器人部件往复移动。
[0055]本发明公开了一种机器人移动关节驱动装置及驱动方法，该驱动装置包括一端连接机器人部件并带动机器人部件往复运动的液压缸，为液压缸的运动提供动力的液压泵，驱动液压泵转动输出压力油的伺服电机，检测液压缸与机器人部件移动量并进行对比处理输出的检测模块与处理模块，接收处理模块输出的控制信号并根据该控制信号调整伺服电机转速的电机控制器。通过采用伺服电机驱动液压执行机构进行输出，输出功率大，可有效解决特殊用途的移动作业机器人需要大功率、紧凑结构的移动关节的需求。
[0056]通过采用变送器与放大器的配合作用，可将机器人部件与活塞及活塞杆的变化量及时的进行反馈并与设定值进行对比，有效调整机器人部件的移动量，保证移动位移的精确性，可靠性较高。
[0057]此外，该驱动装置采用液压缸驱动机器人部件运动，结构简单，便于实现。
[0058]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种机器人移动关节驱动装置，用于驱动机器人部件沿导轨直线移动，其特征在于，包括: 液压缸:液压缸的一端连接机器人部件，带动机器人部件往复直线运动； 液压泵:为液压缸的运动提供动力，所述液压泵与所述液压缸两腔间连接有液压油路； 伺服电机:驱动液压泵转动输出压力油； 检测模块:用于检测所述液压缸内部的活塞、活塞杆以及机器人部件的移动量； 处理模块:接收所述检测模块的检测信号并与设定的参考信号做对比，后输出控制信号; 电机控制器:所述电机控制器与所述处理模块电连接，接收所述处理模块输出的控制信号并调整所述伺服电机的转速，继而控制所述液压泵的输出流量。
2.如权利要求1所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述检测模块为传感器。
3.如权利要求2所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述处理模块为变送器与放大器，所述变送器接收所述传感器的检测信号并转变为一个反馈电压信号，并将反馈电压信号与变送器内部设定的参考信号做对比形成误差信号，误差信号通过放大器被放大。
4.如权利要求1所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述液压缸为双杆液压缸。
5.如权利要求1所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述液压泵为双向容积泵。
6.如权利要求3所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述液压缸的活塞、活塞杆以及机器人部件上均设置有传感器，每个所述传感器上对应的电连接有变送器与放大器。
7.如权利要求2所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述传感器为位移传感器。
8.如权利要求1所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述机器人部件与所述液压缸间连接有缓冲器。
9.如权利要求1所述的机器人移动关节驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括蓄能器与平衡阀。
10.一种机器人移动关节驱动方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的机器人移动关节驱动装置，具体步骤如下: (一)、移动关节运动:液压缸活塞与活塞杆带动机器人部件移动； (二 )、经传感器测量活塞、活塞杆与机器人部件的移动量并反馈给变送器； (三)、变送器将该移动量转变为一个反馈电压信号，并将该反馈电压信号与设定的参考信号即参考电压作对比形成误差，并将该误差信号通过放大器进行放大； (四)、电机控制器接收该误差信号并作为控制输出信号输出给伺服电机； (五)、伺服电机接收电机控制器的命令信号，调整伺服电机的转速，继而影响液压泵的流量，该流量与液压缸中的活塞运动速度成正比，通过驱动活塞运动带动机器人部件往复移动。
【文档编号】F15B1/02GK103836012SQ201410119801
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】王鲁单, 胡友, 程胜, 张建伟 申请人:昆山市工业技术研究院有限责任公司