本发明专利技术公开了一种工业机器人第二关节平衡机构，包括氮气弹簧和连接杆I、连接杆II，其特征是：氮气弹簧的两端分别连接连接杆I和连接杆II，连接杆I的另一端铰接在大臂上，连接杆II的另一端铰接在转座上；连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点与第二关节旋转轴构成三角支撑。本发明专利技术机构，采用氮气弹簧支撑产生反向扭矩的方式，体积小，成本低，运行动作可靠。平衡机构运行轨迹占用空间小，不会对外部人员和设备形成运动的安全隐患。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种工业机器人第二关节平衡机构。
技术介绍
在多关节重负载和大负载工业机器人中，第二关节的平衡机构是不可或缺的部分，它主要用来平衡关节的重力负载扭矩M，降低关节对动力的需求，从而可以选用功率小，价格低廉的电机和减速机，达到节能减耗的目的，同时又不会降低机器人关节的加速性能。目前，工业机器人上使用的平衡机构主要有两种类型，一种是使用钢制卷制压缩弹簧，第二种是使用平衡块。使用钢制卷制压缩弹簧的平衡机构，其工作原理是利用压缩弹簧对外提供拉力，形成与关节重力负载扭矩M方向相反的扭矩N，以降低关节的合成扭矩，该方案虽然能够起到平衡作用，但由于要提供较大的出力，弹簧尺寸较大，导致整个平衡机构体积庞大、成本高；使用平衡块的平衡机构，其工作原理是利用平衡块自身的重力，对关节产生与关节重力负载扭矩M方向相反的扭矩N，以降低关节的合成扭矩，由于要提供较大的反向平衡扭矩N，平衡块的重量重，体积大，重心距关节旋转轴距离远，故其运动轨迹对外部空间要求很大(详见图5)，对外部设备和操作人员来说，也是一个极大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种工业机器人第二关节平衡机构，采用氮气弹簧支撑产生反向扭矩的方式，体积小，成本低，运行动作可靠。本专利技术工业机器人第二关节平衡机构，包括氮气弹簧和连接杆1、连接杆II，其特征是:氮气弹簧的两端分别连接连接杆I和连接杆II，连接杆I的另一端铰接在大臂上，连接杆II的另一端铰接在转座上；连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点和第二关节旋转轴构成三角支撑。当大臂绕第二关节旋转轴旋转时，大臂和转座通过连接杆I和连接杆II对氮气弹簧施加压力，氮气弹簧对大臂反向输出推力，由于存在力臂Y，形成与关节重力负载扭矩M相反的扭矩N，实现平衡关节重力负载扭矩的目的。本专利技术机构，采用氮气弹簧支撑产生反向扭矩的方式，体积小，成本低，运行动作可靠。平衡机构运行轨迹占用空间小，不会对外部人员和设备形成运动的安全隐患。【附图说明】图1本专利技术工业机器人第二关节平衡机构结构示意图。图2是图1A-A剖面图。图3是图2的I部位局部放大图。图4是图2的II部位局部放大图。图1-4中:1-大臂，2-关节旋转轴线，3-氮气弹簧，4-转轴II旋转轴线，5-转座，6-连接杆II，7-连接杆I，8-转轴I旋转轴线，9-密封件，V -密封件，10-大臂轴承，1r -固定座轴承，11-转轴I，12-大臂轴承外圈挡圈，C -固定座轴承外圈挡圈，13-大臂轴承内圈挡圈，13 ^ -固定座轴承内圈挡圈，14-固定座15-转轴II，16-平衡块，17-平衡块上的一个点，20-J2关节负载重心。图5是平衡块平衡机构运行轨迹示意图(大空间轨迹)。图6是本专利技术第二关节平衡机构运行轨迹示意图(小空间轨迹)。【具体实施方式】下面结合图1对本专利技术的【具体实施方式】做进一步的说明。如图1-4所示，氮气弹簧3—侧与连接杆I 7连接，转轴I 11固定在大臂I上，连接杆I 7通过大臂轴承10和转轴I 11与大臂I形成铰链连接，连接杆I 7通过大臂轴承10可以绕转轴I 11转动。氮气弹簧3另一侧与连接杆II 6连接，转轴II 15固定在固定座14上，固定座14固定在转座5上，连接杆II 6通过固定座轴承1(V和转轴II 15与转座5上的固定座14形成铰链连接，连接杆II 6通过固定座轴承1(V可以绕转轴II 15转动。连接杆II 6与转轴II 15之间通过固定座轴承1(V转动，固定座轴承1(V内圈需通过转轴II 15的台阶和固定座轴承内圈挡圈13'轴向定位，固定座轴承1(V外圈通过连接杆II 6的台阶和固定座轴承外圈挡圈12'轴向定位。连接杆I 7与转轴I 11之间通过大臂轴承10转动，大臂轴承10内圈通过转轴I 7的台阶和大臂轴承内圈挡圈13轴向定位，大臂轴承10外圈两侧与连接杆I 7之间须留有大臂轴承10短距离的轴向游动的空间；或者大臂轴承10外圈通过连接杆I的台阶和大臂轴承外圈挡圈12轴向定位，大臂轴承10内圈与转轴I之间须留有大臂轴承10短距离的轴向游动的空间。连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点与第二关节旋转轴构成三角支撑，在J2轴重力负载扭矩较大的工作区间内(即需要平衡扭矩的范围)，氮气弹簧的轴线应通过位于第二关节旋转轴的上方或下方，产生与负载扭矩相反的平衡扭矩。当大臂I绕第二关节旋转轴旋转时，大臂I和转座5通过连接杆17和连接杆116对氮气弹簧3施加压力，氮气弹簧3对大臂反向输出推力，由于存在力臂Y，形成与关节重力负载扭矩M相反的扭矩N，实现平衡关节重力负载扭矩的目的。如视图1所示: ①当Y < 0，X < O时，氮气平衡缸输出的推力对J2关节形成的扭矩N与J2关节负载重力形成的扭矩M方向一致，氮气平衡缸不起平衡负载扭矩的作用。②当Y < 0，X > O时，氮气平衡缸输出的推力对J2关节形成的扭矩N与J2关节负载重力形成的扭矩M方向相反，氮气平衡缸起到平衡负载扭矩的作用(如图所示状态)。③当Y > 0，X < O时，氮气平衡缸输出的推力对J2关节形成的扭矩N与J2关节负载重力形成的扭矩M方向相反，氮气平衡缸起到平衡负载扭矩的作用。④当Y > 0，X > O时，氮气平衡缸输出的推力对J2关节形成的扭矩N与J2关节负载重力形成的扭矩M方向一致，氮气平衡缸不起平衡负载扭矩的作用。本专利技术工业机器人第二关节平衡机构，解决了现有技术的体积大、成本高、大空间运动安全问题。本专利技术采用氮气弹簧方案代替钢制卷制压缩弹簧的平衡器方案。由于氮气弹簧使用的是高压环保气体(最高18Mpa、压缩气体为氮气)，可以在很小的体积下输出很大的推力(高达几十吨)，故使用氮气弹簧代替钢制卷制压缩弹簧方案，平衡机构体积可缩小90%以上。同时，由于氮气弹簧技术和产品在国内、外都已非常成熟，在模具、汽车等领域应用较广，与钢制卷制压缩弹簧平衡器相比，成本可以降低40%以上。本专利技术采用氮气弹簧方案代替平衡块方案。由于氮气弹簧体积小，出力大，属于细长圆柱型结构，且其是在机器人本体内部(转座和大臂内部)做小范围摆动运动，最大角度摆动在25°以内，故其运动空间小，不会对外部人员和设备形成运动的安全隐患(见图5、图6)。【主权项】1.一种工业机器人第二关节平衡机构，包括氮气弹簧和连接杆1、连接杆II，其特征是:氮气弹簧的两端分别连接连接杆I和连接杆II，连接杆I的另一端铰接在大臂上，连接杆II的另一端铰接在转座上；连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点和第二关节旋转轴构成三角支撑。【专利摘要】本专利技术公开了一种工业机器人第二关节平衡机构，包括氮气弹簧和连接杆I、连接杆II，其特征是：氮气弹簧的两端分别连接连接杆I和连接杆II，连接杆I的另一端铰接在大臂上，连接杆II的另一端铰接在转座上；连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点与第二关节旋转轴构成三角支撑。本专利技术机构，采用氮气弹簧支撑产生反向扭矩的方式，体积小，成本低，运行动作可靠。平衡机构运行轨迹占用空间小，不会对外部人员和设备形成运动的安全隐患。【IPC分类】B25J19/00【公开号】CN1051本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种工业机器人第二关节平衡机构，包括氮气弹簧和连接杆I、连接杆II，其特征是：氮气弹簧的两端分别连接连接杆I和连接杆II，连接杆I的另一端铰接在大臂上，连接杆II的另一端铰接在转座上；连接杆I与大臂的铰接点、连接杆II与转座的铰接点和第二关节旋转轴构成三角支撑。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈银龙，王杰高，韩邦海，
申请(专利权)人：南京埃斯顿机器人工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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