一种工业机器人关节主动减震装置及其减震方法与流程

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人关节主动减震装置及其减震方法。

背景技术：

随着我国制造业由制造大国向制造强国的转变，工业机器人无可替代地在其中扮演着至关重要的角色，但是机器人在运行过程中难免会产生振动，尤其是急加速急减速时产生的振动，同时机器人臂在停止时产生的颤振影响也较大，如果这些振动过大，不但对零部件造成损害，使其使用寿命缩短，而且进一步影响整机性能，使可靠性大幅度降低。为了减小机器人运行时产生的振动，各大厂商及科研院所采取了各种减振手段，归纳起来，主要由三类：主动、半主动、被动减振方法，其中主动减振控制主要通过控制算法来减小振动，但可靠性较差，算法结合智能减振材料减振则相对更少；半主动减振控制主要通过控制增加的电机等减振部件来减小振动，但体积较大，结构复杂，成本较高；被动减振主要通过橡胶材料来减小振动，虽然结构简单，成本低廉，但存在减振效果差，橡胶材料本身不稳定等缺点。

申请号为201711185460.6的专利公开了一种用于柔性机器人关节上使用金属橡胶的弹性元件，此专利主要由外圈、内圈、金属橡胶等组成，虽然也能对机器人关节驱动时起到减振的作用，但实时减振效果相对较差，不能迅速衰减振动，而且缓冲振动作用也不是很好，所以我们提出了一种工业机器人关节主动减震装置，用以解决上述提出的问题。

技术实现要素：

基于背景技术存在主动减震装置由外圈、内圈、金属橡胶等组成，虽然也能对机器人关节驱动时起到减振的作用，但实时减振效果相对较差，不能迅速衰减振动，而且缓冲振动作用也不是很好的技术问题，本发明提出了一种工业机器人关节主动减震装置。

本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置及其减震方法，包括壳体，所述壳体的顶部固定安装有支撑座，所述壳体的顶部滑动安装有滑座，所述滑座的顶部固定安装有安装板，且安装板的顶部贯穿壳体的顶部内壁和支撑座的顶部并延伸至支撑座的上方，所述壳体的底部内壁上固定安装有纵向减震器，所述纵向减震器的顶部固定安装有横向减震器，所述纵向减震器和横向减震器的内部分别密封滑动安装有第一活塞和第二活塞，所述第一活塞的顶部固定安装有第一推板，且第一推板的顶部贯穿纵向减震器的顶部内壁并和滑座的一侧滑动连接，所述第二活塞的一侧固定安装有第二推板，且第二推板的一侧延伸至横向减震器的一侧，所述第二推板的顶部和滑座的底部固定安装，所述横向减震器的底部内壁上密封连通有凹形管，所述纵向减震器的一侧内壁上密封连通有横管，且横管上密封连通有回流管，所述回流管的一端和纵向减震器的内部密封相连通，所述凹形管的内部和回流管上传动连接有同一个流量控制组件，所述壳体的一侧固定安装有电控组件。

在进一步的实施例中，所述凹形管和回流管的内部均密封转动安装有封堵板，两个封堵板的一侧固定安装有同一个调节轴，所述调节轴与凹形管和回流管均密封转动连接，所述壳体的一侧内壁上固定安装有驱动块，且驱动块为中空设置，所述驱动块的一侧内壁上固定安装有调节电机，且调节电机和调节轴传动连接。

在进一步的实施例中，所述流量控制组件包括固定安装在调节电机输出轴上的驱动轴，所述驱动轴的外侧固定套设有第一伞齿轮，调节轴的底部贯穿驱动块的顶部并延伸至驱动块的内部，且调节轴的外侧固定套设有第二伞齿轮，所述第二伞齿轮和第一伞齿轮相啮合。

在进一步的实施例中，所述凹形管的外侧固定安装有第二电磁阀和第二单向阀，所述凹形管上设置有第二电磁溢流阀，所述回流管上设置有第一电磁溢流阀和第一电磁阀，所述横管的外侧固定安装有第一单向阀，所述回流管的一端和横管的一端分别位于第一活塞的上方和下方，所述凹形管的两端分别位于第二活塞的两侧。

在进一步的实施例中，所述第一活塞和第二活塞上分别设置有第一单通管和第二单通管，所述第一单通管和第二单通管上均设置有流通单向阀。

在进一步的实施例中，所述电控组件包括固定安装在壳体一侧的电控块，且电控块为中空设置，所述电控块的底部内壁和顶部内壁上分别固定安装有plc控制板和加速度传感器，所述plc控制板与加速度传感器、第一电磁阀、第一电磁溢流阀、第二电磁阀、第二电磁溢流阀和调节电机均电性连接。

在进一步的实施例中，所述壳体的一侧内壁上滑动安装有矩形框，且矩形框的一侧和第一推板的一侧固定安装，所述第一推板的另一侧开设有滑槽，所述滑座的一侧固定安装有滑轨，且滑轨的一侧延伸至滑槽的内部并和滑槽滑动连接。

在进一步的实施例中，所述第一推板的外侧和纵向减震器的顶部内壁密封滑动连接，所述第二推板的外侧和横向减震器的外侧密封滑动连接，且第二推板的顶部固定安装有固定板，固定板的顶部和滑座的底部固定安装。

优选的，基于上述一种工业机器人关节主动减震装置的主动减震方法，具体包括如下步骤：

s1.壳体经由设置的安装板安装在工业机器人的关节处，加速度传感器和工业机器人的关节处于固定状态，由于工业机器人的关节运动灵活，因此，可以将工业机器人的关节受力分解成与壳体平行和垂直的两个力，分解过后的作用力会作用在纵向减震器和横向减震器上，在工业机器人运动过程中，plc控制板可以和加速度传感器进行信息的交互，确定纵向减震器和横向减震器产生缓冲力的方向；

s2.与此同时，plc控制板可以根据加速度传感器的大小，选择回流管和凹形管的流量大小，具体过程为，plc控制板经由加速度传感器检测到工业机器人的关节加速度时，plc控制板根据加速度传感器的数值会启动调节电机，当调节电机启动后，经由设置的第一伞齿轮和第二伞齿轮的啮合关系，可以实现驱动轴和调节轴的联动，两个封堵板分别在凹形管和回流管的内部进行转动，进而改变凹形管和回流管内部液体的流量；

s3.当回流管和凹形管内的液体流量调节完毕后，plc控制板经由设置的第一电磁阀、第一电池溢流阀、第二电磁阀和第二电磁溢流阀，能够对减震力的大小、方向及状态进行控制，减震力的大小、方向及状态是根据工业机器人的关节运动实时对应改变的，能够快速抵消工业机器人的关节运行时的震动，还能够起到良好的缓冲效果；

s4.第一单向阀只能允许纵向减震器的液体流入横管的内部，第二单向阀只能允许凹形管从右向左流动，第一活塞上的流通单向阀只能允许纵向减震器的内部从下往上流动，第二活塞上的流通单向阀只能允许横向减震器内的液体从左往右流动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置的纵向减震器和横向减震器，能够对工业机器人的关节运行时的震动进行分解，能够方便控制主动减震，提高可实施性。

2.通过第一电磁溢流阀和第一电磁阀与第二电磁阀和第二电磁溢流阀相配合的关系，第一电磁溢流阀和第二电磁溢流阀均为电磁比例溢流阀，能够对减震力的大小、方向和状态进行精确的控制。

3.通过设置的第一伞齿轮和第二伞齿轮的啮合关系，可以实现驱动轴和调节轴的联动，进而能够改变运动的方向，提高传动的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置的部分结构立体图；

图2为本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置的主视结构示意图；

图3为本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置的第一推板结构侧视图；

图4为本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置的图2中a部分结构放大示意图；

图5为本发明提出的一种工业机器人关节主动减震装置的图2中b部分结构放大示意图。

图中：1壳体、2支撑座、3安装板、4滑座、5矩形框、6纵向减震器、7第一活塞、8第一单通管、9第一推板、10横管、11回流管、12第一电磁阀、13第一电磁溢流阀、14横向减震器、15第二活塞、16第二单通管、17流通单向阀、18第二推板、19凹形管、20第二电磁阀、21第二单向阀、22第二电磁溢流阀、23驱动块、24调节电机、25驱动轴、26第一伞齿轮、27调节轴、28第二伞齿轮、29电控块、30plc控制板、31加速度传感器。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种智能制造的码垛工业机器人及其减震方法，解决了现有技术中提出的问题。下面将结合本发明实施例中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做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。

实施例1

参考图1-2，本实施例中提出了一种工业机器人关节主动减震装置及其减震方法，包括壳体1，壳体1的顶部固定安装有支撑座2，壳体1的顶部滑动安装有滑座4，滑座4的顶部固定安装有安装板3，且安装板3的顶部贯穿壳体1的顶部内壁和支撑座2的顶部并延伸至支撑座2的上方，壳体1的底部内壁上固定安装有纵向减震器6，纵向减震器6的顶部固定安装有横向减震器14，纵向减震器6和横向减震器14垂直设置，这样设置的目的是为了可以对分解过后的振动力进行精确的主动减震，避免出现受力方向和主动减震方向不一致的状况。

纵向减震器6和横向减震器14的内部分别密封滑动安装有第一活塞7和第二活塞15，通过第一活塞7和第二活塞15的运动，被压缩的液体与纵向减震器6和横向减震器14内壁的摩擦阻尼进行主动减震，第一活塞7的顶部固定安装有第一推板9，且第一推板9的顶部贯穿纵向减震器6的顶部内壁并和滑座4的一侧滑动连接，第二活塞15的一侧固定安装有第二推板18，且第二推板18的一侧延伸至横向减震器14的一侧，第二推板18的顶部和滑座4的底部固定安装，横向减震器14的底部内壁上密封连通有凹形管19，凹形管19设置的目的是为了使横向减震器14内部的液体循环往复的流动，一方面可以使得横向减震器14内部的液体循环补充，而且循环的液体可以保证横向减震器14内部的温度均匀，防止出现由于阻尼摩擦过大导致局部温度过高的问题，可以使得温度相对比较恒定。

纵向减震器6的一侧内壁上密封连通有横管10，且横管10上密封连通有回流管11，回流管11的一端和纵向减震器6的内部密封相连通，横管10和回流管11配合的方式实现纵向减震器14内部液体的循环流动，凹形管19的内部和回流管11上传动连接有同一个流量控制组件，这样设置的目的是能够根据工业机器人的关节运行速率，改变横管10和凹形管19内的流量，进而对阻尼进行主动改变，壳体1的一侧固定安装有电控组件。

凹形管19和回流管11的内部均密封转动安装有封堵板，两个封堵板的一侧固定安装有同一个调节轴27，调节轴27与凹形管19和回流管11均密封转动连接，调节轴27和两个封堵板可以在凹形管19和回流管11的内部密封转动连接，壳体1的一侧内壁上固定安装有驱动块23，且驱动块23为中空设置，驱动块23的一侧内壁上固定安装有调节电机24，且调节电机24和调节轴27传动连接，调节电机24可以是步进电机，调节电机24每启动一侧，两个封堵板的转动角度相同，可以精确控制凹形管19和回流管11内部的流量。

流量控制组件包括固定安装在调节电机24输出轴上的驱动轴25，驱动轴25的外侧固定套设有第一伞齿轮26，调节轴27的底部贯穿驱动块23的顶部并延伸至驱动块23的内部，且调节轴27的外侧固定套设有第二伞齿轮28，第二伞齿轮28和第一伞齿轮26相啮合，伞齿轮啮合的方便，一方面可以提高传动的稳定性，使调节电机24上的负载减小，延长调节电机24的使用寿命，另一方面，能够方便进行安装。

壳体1经由设置的安装板3安装在工业机器人的关节处，关节运行施加的力直接作用在壳体1上，加速度传感器31和工业机器人的关节处于相对固定状态，加速度传感器31能够直接检测到工业机器人的关节运行状况，由于工业机器人的关节运动灵活，因此，可以将工业机器人的关节实时受力分解成与壳体1平行和垂直的两个力，平行的作用力施加在横向减震器14上，垂直的作用力施加在纵向减震器6上，这样设置的目的是方便对受力大小和方向进行识别，能够精确的提供主动减震力，分解过后的作用力会作用在纵向减震器6和横向减震器14上，在工业机器人运动过程中，plc控制板30可以和加速度传感器31进行信息的交互，确定纵向减震器6和横向减震器14产生缓冲力的方向和大小。

凹形管19的外侧固定安装有第二电磁阀20和第二单向阀21，凹形管19上设置有第二电磁溢流阀22，回流管11上设置有第一电磁溢流阀13和第一电磁阀12，横管10的外侧固定安装有第一单向阀，回流管11的一端和横管10的一端分别位于第一活塞7的上方和下方，凹形管19的两端分别位于第二活塞15的两侧，能够实现纵向减震器6和横向减震器15内部液体的循环利用，主动减震的效果佳。

当回流管11和凹形管19内的液体流量调节完毕后，液体流量经由设置的plc控制板30指挥调节电机24完成，plc控制板30经由设置的第一电磁阀12、第一电池溢流阀13、第二电磁阀20和第二电磁溢流阀22，能够对减震力的大小、方向及状态进行控制，减震力的大小、方向及状态是根据工业机器人的关节运动实时对应改变的，能够快速抵消工业机器人的关节运行时的震动，还能够起到良好的缓冲效果。

第一活塞7和第二活塞15上分别设置有第一单通管8和第二单通管16，第一单通管8只能实现纵向减震器6内液体从下向上流动，在纵向减震器6内的液体从下往上流动时，第一电磁阀12封死回流管11，第二单通管16只能实现横向减震器14内液体从右往左流动，当横向减震器14内的液体从右往左流动时，第二电磁阀20封闭凹形管19，第一单通管8和第二单通管16上均设置有流通单向阀17。

电控组件包括固定安装在壳体1一侧的电控块29，且电控块29为中空设置，电控块29的底部内壁和顶部内壁上分别固定安装有plc控制板30和加速度传感器31，plc控制板30与加速度传感器31、第一电磁阀12、第一电磁溢流阀13、第二电磁阀20、第二电磁溢流阀22和调节电机24均电性连接，为了提高自动化程度，降低人工强度，能够精确控制主动减震力。

plc控制板30可以根据加速度传感器31的大小，选择回流管11和凹形管19的流量大小，plc控制板30与其他部件的电路可以根据实际需求进行设定，具体过程为，plc控制板30经由加速度传感器31检测到工业机器人的关节加速度时，plc控制板30根据加速度传感器31的数值会启动调节电机24，当调节电机24启动后，经由设置的第一伞齿轮26和第二伞齿轮28的啮合关系，可以实现驱动轴25和调节轴27的联动，两个封堵板分别在凹形管19和回流管11的内部进行转动，进而改变凹形管19和回流管11内部液体的流量。

实施例2

参阅图3-5，在实施例1的基础上作出的进一步改进：

壳体1的一侧内壁上滑动安装有矩形框5，且矩形框5的一侧和第一推板9的一侧固定安装，矩形框5能够对第一推板9进行稳定的限位，提高第一推板9移动的稳定性，第一推板9的另一侧开设有滑槽，滑座4的一侧固定安装有滑轨，且滑轨的一侧延伸至滑槽的内部并和滑槽滑动连接，第一推板9的滑动方向和滑座4的滑动方向相垂直。

第一推板9的外侧和纵向减震器6的顶部内壁密封滑动连接，滑动方式可以根据实际需求进行选择，第二推板18的外侧和横向减震器14的外侧密封滑动连接，且第二推板18的顶部固定安装有固定板，固定板的顶部和滑座4的底部固定安装。

第一单向阀只能允许纵向减震器6的液体流入横管10的内部，第二单向阀21只能允许凹形管19从右向左流动，第一活塞7上的流通单向阀17只能允许纵向减震器6的内部从下往上流动，第二活塞15上的流通单向阀17只能允许横向减震器14内的液体从左往右流动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。