一种振动抑制装置及机器人的制作方法

本发明涉及机器人设备技术领域，具体是一种振动抑制装置及机器人。

背景技术：

工业机器人是智能制造的关键设备之一，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节。可执行零部件装配、打磨、抛光、喷涂、搬运等生产任务。广泛应用于化工、汽车、3c、食品、医药、烟草、家电、卫浴、机加工等领域。满足现代化，智能生产、柔性制造的需求。工业机器人的生产制造过程中存在末端执行器在运动过程中抖动的情况，影响机器人的位置运动精度，长期使用易损坏机器人关键零部件。引起机器人抖动的因素包括工业机器人机械臂的结构刚度、零部件装配的位置精度、减速机的产品的传动平稳性、电机伺服控制技术。在各方面因素都得到良好控制的条件下，在进一步控制机器人的抖动方面提出新的要求。

现有技术中，优化电机伺服控制技术优化控制算法减小工业机器人末端抖动情况。如中国专利申请号为201780036110.5的振动抑制装置及机器人中所记载的工业机器振动抑制装置及机器人：将振动抑制装置安装于工业机器人的关节处，通过节流阀控制液压缸体中液压油的流量，使得振动抑制装置产生至少一个与工业机器人运动相反的力，以被动的阻尼方式抑制机器人运动时产生的振动。但是其中所记载的振动抑制装置，通过控制液压油的流量抑制机械振动，控制的精度难以保证，产生的反作用力复杂，无法精确量化作用力大小，切不适用于高速运转的工业机器人。如中国专利号为201610803038.1的一种用于柔性机器人关节上的被动减振弹性元件中所记载的一种柔性机器人关节上的被动减振弹性元件，在机器人主动或半主动减振的基础上进行创新设计，将减振弹性元件安装在减速机的动力输出轴上，利用弹性元件的弹性变形及扇形橡胶板的粘弹性阻尼作用，由于机器人的抖动正常发生在加减速过程中，而该设计作用于机器人的整个运行过程中，会造成大量的能量损失，采用的扇形橡胶板不适用在高速运动的工业机器人，不适用在恶劣环境。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种振动抑制装置及机器人。

一种振动抑制装置，包括壳体，还包括：

从动齿轮轴，转动连接于壳体内，从动齿轮轴具有空腔；

主动齿轮轴，布置在从动齿轮轴的空腔内，并以同轴线可独立转动的方式与空腔连接；

所述的主动齿轮轴外侧设置有一段主动齿可在由从动齿轮轴内侧设置的两段不连续的正向从动齿和反向从动齿之间所形成的非啮合区转动，在主动齿轮轴越出非啮合区后触碰正向从动齿或反向从动齿，以使从动齿轮轴转动并带动布置在从动齿轮轴与壳体之间的弹性元件做压缩或拉伸运动，以弹性变形抑制振动。

所述的主动齿轮轴设置有中空孔，所述的中空孔内设置有零点槽口。

所述的从动齿轮轴的外侧沿圆周方向设置有若干组扇形凸台一，所述的壳体的内侧沿圆周方向设置有若干组可配合对应的扇形凸台一以压缩或者拉伸弹性元件的扇形凸台二。

所述的扇形凸台一沿圆周方向开设有非贯穿的圆孔一，所述弹性元件可在对应的非贯穿的圆孔一内做伸缩运动。

所述的扇形凸台二沿圆周方向开设有非贯穿的圆孔二，所述弹性元件可在对应的非贯穿的圆孔二内做伸缩运动。

正向从动齿的齿数与反向从动齿的齿数相同，所述的主动齿的齿数n多于正向从动齿的齿数m两个齿。

所述的正向从动齿和反向从动齿的齿数m与弹性元件的弹力f成线性关系，根据弹性元件的弹力f确定齿数m。

一种应用振动抑制装置的机器人，该机器人包括转座以及设置在转座上的大臂，所述大臂与振动抑制装置的壳体固连，所述振动抑制装置的主动齿轮轴固定在转座的安装板上，所述大臂受驱动力驱使绕转座转动。

所述振动抑制装置内壁上设置有保护套。

振动抑制装置的主动齿与正向从动齿之间的正向非啮合角度和啮合角度为a和b，振动抑制装置的主动齿与反向从动齿之间的反向非啮合角度和啮合角度为c和b，所述的机器人的正向运动范围a等于正向非啮合角度a和啮合角度b之和,机器人的反向运动范围b等于的反向非啮合角度c和啮合角度b之和。

本发明的有益效果是：利用环形弹簧的阻力和弹性变形粘弹性阻尼作用来抑制抖动，同时，将振动抑制装置设置在机器人中利用弹性变形来抑制机器人减速停止和加速启动中抖动，能够有效的提高机器人运行精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的振动抑制装置传动形式的剖视图；

图2为本发明的振动抑制装置整体的剖视图；

图3为本发明的主动齿轮轴的立体示意图；

图4为本发明的壳体的立体示意图；

图5为本发明的振动抑制装置在机器人上安装的结构示意图；

图6为本发明的机器人的主视结构示意图。

附图标记说明：1、振动抑制装置；10、主动齿轮轴；101、主动齿；102、中空孔；103、轴肩；104、零点槽口；105、螺纹孔二；11、从动齿轮轴；110、正向从动齿；111、反向从动齿；112、扇形凸台；112a、圆孔；12、壳体；120、扇形凸台；120a、圆孔；121、通孔；122、螺纹孔一；13、环形弹簧；130、固定端；131、活动端；14a、油封；14b、油封；15a、轴承；15b、轴承；16a、轴用挡圈；16b、轴用挡圈；17、防尘盖；2、机器人；20、底座；21、转座；210、电机；211、输入带轮；212、同步带；213、输出带轮；214、减速机；215、安装板；216、保护套；22、大臂；23、小臂；24、手腕体；25、末端法兰。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

实施例一：

如图1至图4所示，一种振动抑制装置，包括壳体12，还包括：

从动齿轮轴11，转动连接于壳体12内，从动齿轮轴11具有空腔；

主动齿轮轴10，布置在从动齿轮轴11的空腔内，并以同轴线可独立转动的方式与空腔连接；

所述的主动齿轮轴10外侧设置有一段主动齿101可在由从动齿轮轴11内侧设置的两段不连续的正向从动齿110和反向从动齿111之间所形成的非啮合区转动，在主动齿轮轴10越出非啮合区后触碰正向从动齿110或反向从动齿111，以使从动齿轮轴11转动并带动布置在从动齿轮轴11与壳体12之间的弹性元件做压缩或拉伸运动，以弹性变形抑制振动。

在主动齿轮轴10正反转过程中，齿数m和n均为非连续的，并且只是一段齿数，因此，当外力驱动主动齿轮轴10转动时，主动齿101先经过一段非接触的运行，后与正向从动齿110或反向从动齿111接触，当迫使从动齿轮轴11转动，其中，主动齿101逆时针运转与正向从动齿110接触会形成环形弹簧13的压缩运动，当环形弹簧13被压缩到极限时，主动齿轮轴10停止运动，反之，当主动齿轮轴10换向转动时倍压缩的环形弹簧13会提供给主动齿轮轴10反作用力，促使主动齿轮轴10转动。

所述的从动齿轮轴11与壳体12的转动通过轴承二15b配合，主动齿轮轴10与从动齿轮轴11通过轴承一15a转动配合。

所述的轴承一15a的左端与主动齿轮轴10的轴肩103接触，所述的轴承一15a的右侧设置有限制轴承一15a轴向位移的轴用挡圈一16a；所述的轴承二15b布置在从动齿轮轴11的左端，所述的轴承二15b的右侧设置有限制轴承二15b轴向位移的轴用挡圈二16b。

所述的主动齿轮轴10设置有中空孔102，所述的中空孔102内设置有零点槽口104。

所述的从动齿轮轴11的外侧沿圆周方向设置有若干组扇形凸台一112，所述的壳体12的内侧沿圆周方向设置有若干组可配合对应的扇形凸台一112以压缩或者拉伸弹性元件的扇形凸台二120。

所述的弹性元件为环形弹簧13。

所述的环形弹簧13的固定端130设置在壳体12内，环形弹簧13的活动端131设置在从动齿轮轴11内，在环形弹簧13的右侧安装有防尘盖17，所述的环形弹簧13的固定端130固定在壳体12的圆孔二120a中，环形弹簧13的活动端131设置在从动齿轮轴11的圆孔一112a中。

所述的环形弹簧13根据实际压缩量的可以选择环形弹簧的数量、直径以及长度，优选为4个环形弹簧13。

所述的圆孔一112a、圆孔二120a的直径均大于环形弹簧13的外径，保证环形弹簧13在圆孔一112a、圆孔二120a运动不受干涉。

所述的扇形凸台一112沿圆周方向开设有非贯穿的圆孔一112a，所述弹性元件可在对应的非贯穿的圆孔一112a内做伸缩运动。

所述的扇形凸台二120沿圆周方向开设有非贯穿的圆孔二120a，所述弹性元件可在对应的非贯穿的圆孔二120a内做伸缩运动。

正向从动齿110的齿数与反向从动齿111的齿数相同，所述的主动齿101的齿数n多于正向从动齿110的齿数m两个齿。

所述的正向从动齿110和反向从动齿111的齿数m与弹性元件的弹力f成线性关系，根据弹性元件的弹力f确定齿数m。

实施例二：

如图5和图6所示，一种应用振动抑制装置的机器人，该机器人2包括转座21以及设置在转座21上的大臂22，所述大臂22与振动抑制装置1的壳体12固连，所述振动抑制装置1的主动齿轮轴10固定在转座21的安装板215上，所述大臂22受驱动力驱使绕转座21转动。

该机器人2还包括设置在转座21上的小臂23、设置在小臂23上的手腕体24及设置在手腕体24末端的末端法兰25。

振动抑制装置1的主动齿轮轴10通过螺钉固定在安装板215上。

所述振动抑制装置1内壁上设置有保护套216。

所述的驱动力为同步带机构。

所述的同步带机构包括设置在转座21上的电机210、与电机210配合的带轮211、通过同步带212与带轮211配合进行动力输出的输出带轮213、与输出带轮213配合的减速机214，所述的减速机214设置在大臂22上。

振动抑制装置1的主动齿101与正向从动齿110之间的正向非啮合角度和啮合角度为a和b，振动抑制装置1的主动齿101与反向从动齿111之间的反向非啮合角度和啮合角度为c和b，所述的机器人2的正向运动范围a等于正向非啮合角度a和啮合角度b之和,机器人2的反向运动范围b等于的反向非啮合角度c和啮合角度b之和。

利用环形弹簧13的阻力和弹性变形粘弹性阻尼作用来抑制抖动，同时，将振动抑制装置1设置在机器人2中利用弹性变形来抑制机器人2减速停止和加速启动中抖动，能够有效的提高机器人2运行精度。

所述的壳体12内设置有螺纹孔一122和螺纹孔二105。

所述的从动齿轮轴11的两端内壁处分别设置有用于放置润滑齿轮防止润滑脂泄露的油封一14a、油封二14b，所述的油封一14a、油封二14b固定在从动齿轮轴11上且唇口与主动齿轮轴10接触，油封一14a、油封二14b的唇口朝内设置。

本发明的使用方法：机器人2在加减速过程中会存在抖动的可能性，当转座21中的电机210转动，通过输入带轮211、同步带212以及输出带轮213将扭矩传递到减速机214上，减速机214固定在大臂22上，驱动大臂22转动，当机器人2正向运转即逆时针转动，振动抑制装置1受到驱动力，壳体12相对主动齿轮轴11转动，在运转过程中，主动齿101先经过正向非啮合角度a，当机器人2正向运行接近限位时，电机210开始减速运行，此时，主动齿101与正向从动齿110接触，环形弹簧13被压缩，产生反向作用力，来抑制机器人2在减速过程中的抖动，当机器人2到达正限位时，此时，环形弹簧13被完全压缩，当机器人2从正限位开始反向转动时，环形弹簧13会给机器人2一个推力，来协助机器人2运行，可以大大的降低机器人2在加速启动时受到的重力，进一步的缓解在加速过程中的抖动影响。

另外，在上述的实施方式中，振动抑制装置1亦可将壳体12固定在小臂23上，主动齿轮轴10安装在大臂22上，实现对机器人2其他轴运动的振动抑制作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。