一种节能型工业机器人及其驱动单元分时控制方法技术

本发明专利技术公开了一种节能型工业机器人及其驱动单元分时控制方法，是在底座上设置有臂座，并通过臂座驱动单元驱动。在臂座两夹持键之间的顶端设置有大臂，并由臂座驱动单元与大臂驱动单元通过第一差动轮系运动合成驱动。在大臂的顶端设置有小臂，并由臂座驱动单元与小臂驱动单元通过第二差动轮系运动合成驱动。本发明专利技术可以通过臂座驱动单元的分时不冲突控制，使大臂驱动单元与小臂驱动单元同臂座驱动单元的输出功率叠加，从而实现负载运行需求功率与驱动单元输出功率的匹配，大臂驱动单元与小臂驱动单元均处于各自的高效率区，提高能效，同时驱动单元功率叠加，在满足工业机器人最大功率需求的条件下，减小机器人驱动单元的装机功率。

An energy-saving industrial robot and time-sharing control method of its driving unit

【技术实现步骤摘要】
一种节能型工业机器人及其驱动单元分时控制方法
本专利技术涉及工业机器人
，特别是一种节能型工业机器人及其驱动单元分时控制方法。
技术介绍
工业机器人因其较大的灵活性和通用性广泛应用于工业的各个领域。如今，我国连续五年成为工业机器人全球第一大应用市场，而工业机器人是能源密集型的，在其运作过程中存在能量的不合理利用，造成能量的大量浪费。以汽车制造业为例，工业机器人消耗的电能占车身制造能耗总量的一半以上、占工厂总电能消耗的8％，白车身车间机器人消耗的电能约占车间总电能消耗的30％。在具体的制造过程中，机器人只有在负载运行过程中，驱动单元才以较高的能效运行，在空载运行过程中驱动单元的能效较低，存在大量的能量损失。同时机器人运动部分质量较大、惯性大，不易控制。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术存在的不足，提供一种节能型工业机器人及其驱动单元分时控制方法，以期在机器人空载运行，运行需求功率较小时，使用单驱动单元工作，从而使大臂驱动单元与小臂驱动单元单独工作并处于高效率区，提高能效；在机器人负载运行，运行需求功率较大时，通过臂座驱动单元的分时不冲突控制，使大臂驱动单元与小臂驱动单元同臂座驱动单元的输出功率叠加，从而实现负载运行需求功率与驱动单元输出功率的匹配，使得大臂驱动单元与小臂驱动单元俊处于高效率区，提高能效。同时驱动单元功率叠加，在满足工业机器人最大功率需求的条件下，减小了机器人驱动单元的装机功率。本专利技术为解决上述问题采用如下技术方案：本专利技术一种节能型工业机器人的特点是：在底座上设置有臂座，并通过臂座驱动单元驱动；在所述臂座两夹持键之间的顶端设置有大臂，并由所述臂座驱动单元与大臂驱动单元通过第一差动轮系运动合成驱动；所述第一差动轮系由第一中心轮、第一行星轮、第一齿圈、第一行星架构成，且所述第一差动轮系是以所述第一中心轮和第一齿圈为输入端，以所述第一行星架为输出端；在所述大臂的顶端设置有小臂，并由臂座驱动单元与小臂驱动单元通过第二差动轮系运动合成驱动；所述第二差动轮系由第二中心轮、第二行星轮、第二齿圈、第二行星架构成，且所述差动轮系以所述第二中心轮和第二齿圈为输入端，以第二行星架为输出端；所述臂座驱动单元、大臂驱动单元与小臂驱动单元均由一个电机与一个减速器组成；所述臂座驱动单元设置在所述底座内部，所述臂座驱动单元的传动轴通过第一离合器与所述臂座相连，且所述第一离合器设置于所述底座内部；所述臂座驱动单元的传动轴通过第二离合器与第一斜齿轮相连，且所述第二离合器与第一斜齿轮设置于所述臂座内部；所述臂座驱动单元的传动轴通过第三离合器与第二斜齿轮相连，所述第三离合器与第二斜齿轮设置于所述臂座内部且位于所述第二离合器与第一斜齿轮的上方；所述臂座的夹持键外侧设置有所述大臂驱动单元，在所述大臂驱动单元的传动轴上，并处于所述臂座的夹持键内侧设置有第一中心轮，所述第一中心轮与设置在所述第一行星架一端上的第一行星轮啮合，所述第一行星轮与所述第一齿圈的内齿圈啮合；所述第一齿圈的外齿圈与所述第一斜齿轮啮合；所述第一行星架上还装有第一齿轮，且所述第一齿轮与所述第一中心轮、第一齿圈同轴心；所述第一齿轮与设置在所述大臂下端内侧上的第二齿轮啮合；所述第二齿轮的传动轴与所述大臂固连；所述臂座的另一夹持键外侧设置有所述小臂驱动单元，在所述小臂驱动单元的传动轴上，并处于所述臂座的另一夹持键内侧设置有第二中心轮，所述第二中心轮与设置在所述第二行星架一端上的第二行星轮啮合，所述第二行星轮与所述第二齿圈的内齿圈啮合；所述第二齿圈的外齿圈与所述第二斜齿轮啮合；所述第二行星架上还装有第三齿轮，且所述第三齿轮与所述第二中心轮、第二齿圈同轴心；所述第三齿轮与设置在所述大臂下端另一内侧上的第四齿轮啮合；所述第四齿轮同轴安装有第一同步轮，且所述第一同步轮与所述第二齿轮同轴心；所述第一同步轮与第二同步轮通过同步带传动，所述第二同步轮固连于所述小臂的下端。本专利技术所述的一种节能型工业机器人的特点也在于：无负载时，所述第一离合器结合，第二离合器、第三离合器分断；所述臂座驱动单元以转动角速度ω1a,1驱动臂座以转动角速度ω1a,1转动；所述第一中心轮、第一行星轮、第一齿圈、第一行星架构成定轴轮系转动；所述大臂驱动单元以转动角速度ω1b,1驱动第一中心轮转动，并带动第一行星轮转动，使得所述第一行星轮通过第一行星架驱动第一齿轮转动，并带动第二齿轮转动，所述第二齿轮带动大臂以转动角速度ω3a,1转动，且大臂的转动角速度ω3a,1与大臂驱动单元的转动角速度ω1b,1满足式(1)：式(1)中：Z5a为第一中心轮的齿数，为第一齿圈内齿圈的齿数，Z5e为第一齿轮的齿数，Z5g为第二齿轮的齿数；所述第二中心轮、第二行星轮、第二齿圈、第二行星架构成定轴轮系转动；所述小臂驱动单元驱动以转动角速度ω1c,1驱动第二中心轮转动，并带动第二行星轮转动，所述第二行星轮通过第二行星架驱动第三齿轮转动，并带动第四齿轮转动，使得所述第四齿轮带动第一同步轮转动，并通过同步带带动第二同步轮转动，所述第二同步轮带动小臂以转动角速度ω3b,1转动，且小臂的转动角速度ω3b,1与小臂驱动单元的转动角速度ω1c,1满足式(2)：式(2)中：Z6a为第二中心轮的齿数，为第二齿圈内齿圈的齿数，Z6e为第三齿轮的齿数，Z6g为第四齿轮的齿数，Z7a为第一同步轮的齿数，Z7c为第二同步轮的齿数；有负载时，所述第一离合器结合，第二离合器、第三离合器分断；所述臂座驱动单元以转动角速度ω1a,2驱动臂座以转动角速度ω1a,2转动；或者，所述第一离合器、第三离合器分断，第二离合器结合；所述臂座驱动单元与大臂驱动单元在第一差动轮系上实现功率叠加；所述臂座驱动单元通过第二离合器以转动角速度ω1a,3驱动第一斜齿轮转动，并带动第一齿圈转动；所述大臂驱动单元以转动角速度ω1b,2驱动第一中心轮转动，所述第一中心轮与第一齿圈的输入经第一差动轮系合成驱动第一行星架转动，所述第一行星架驱动第一齿轮转动，并带动第二齿轮转动，使得所述第二齿轮带动大臂以转动角速度ω3a,2转动，且大臂的转动角速度ω3a,2与大臂驱动单元的转动角速度ω1b,2、臂座驱动单元的转动角速度ω1a,3满足式(3)：式(3)中：Z8a为第一斜齿轮的齿数，为第一齿圈外齿圈的齿数；或者，所述第一离合器、第二离合器分断，第三离合器结合；所述臂座驱动单元与小臂驱动单元在第二差动轮系上实现功率叠加；所述臂座驱动单元通过第三离合器以转动角速度ω1a,4驱动第二斜齿轮，并带动第二齿圈转动；所述小臂驱动单元以转动角速度ω1c,2驱动第二中心轮，所述第二中心轮与第二齿圈的输入经第二差动轮系合成驱动第二行星架转动，所述第二行星架驱动第三齿轮转动，并带动第四齿轮转动，使得所述第四齿轮带动第一同步轮转动，并通过同步带带动第二同步轮转动，所述第二同步轮带动小臂以转动角速度ω3b,2转动，且小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节能型工业机器人，其特征是：/n在底座(2a)上设置有臂座(2b)，并通过臂座驱动单元(1a)驱动；在所述臂座(2b)两夹持键之间的顶端设置有大臂(3a)，并由所述臂座驱动单元(1a)与大臂驱动单元(1b)通过第一差动轮系运动合成驱动；/n所述第一差动轮系由第一中心轮(5a)、第一行星轮(5b)、第一齿圈(5c)、第一行星架(5d)构成，且所述第一差动轮系是以所述第一中心轮(5a)和第一齿圈(5c)为输入端，以所述第一行星架(5d)为输出端；/n在所述大臂(3a)的顶端设置有小臂(3b)，并由臂座驱动单元(1a)与小臂驱动单元(1c)通过第二差动轮系运动合成驱动；/n所述第二差动轮系由第二中心轮(6a)、第二行星轮(6b)、第二齿圈(6c)、第二行星架(6d)构成，且所述差动轮系以所述第二中心轮(6a)和第二齿圈(6c)为输入端，以第二行星架(6d)为输出端；所述臂座驱动单元(1a)、大臂驱动单元(1b)与小臂驱动单元(1c)均由一个电机与一个减速器组成；/n所述臂座驱动单元(1a)设置在所述底座(2a)内部，所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第一离合器(9a)与所述臂座(2b)相连，且所述第一离合器(9a)设置于所述底座(2a)内部；所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)相连，且所述第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)设置于所述臂座(2b)内部；所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第三离合器(9c)与第二斜齿轮(8b)相连，所述第三离合器(9c)与第二斜齿轮(8b)设置于所述臂座(2b)内部且位于所述第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)的上方；/n所述臂座(2b)的夹持键外侧设置有所述大臂驱动单元(1b)，在所述大臂驱动单元(1b)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的夹持键内侧设置有第一中心轮(5a)，所述第一中心轮(5a)与设置在所述第一行星架(5d)一端上的第一行星轮(5b)啮合，所述第一行星轮(5b)与所述第一齿圈(5c)的内齿圈啮合；所述第一齿圈(5c)的外齿圈与所述第一斜齿轮(8a)啮合；/n所述第一行星架(5d)上还装有第一齿轮(5e)，且所述第一齿轮(5e)与所述第一中心轮(5a)、第一齿圈(5c)同轴心；所述第一齿轮(5e)与设置在所述大臂(3a)下端内侧上的第二齿轮(5g)啮合；所述第二齿轮(5g)的传动轴与所述大臂(3a)固连；/n所述臂座(2b)的另一夹持键外侧设置有所述小臂驱动单元(1c)，在所述小臂驱动单元(1c)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的另一夹持键内侧设置有第二中心轮(6a)，所述第二中心轮(6a)与设置在所述第二行星架(6d)一端上的第二行星轮(6b)啮合，所述第二行星轮(6b)与所述第二齿圈(6c)的内齿圈啮合；所述第二齿圈(6c)的外齿圈与所述第二斜齿轮(8b)啮合；/n所述第二行星架(6d)上还装有第三齿轮(6e)，且所述第三齿轮(6e)与所述第二中心轮(6a)、第二齿圈(6c)同轴心；所述第三齿轮(6e)与设置在所述大臂(3a)下端另一内侧上的第四齿轮(6g)啮合；所述第四齿轮(6g)同轴安装有第一同步轮(7a)，且所述第一同步轮(7a)与所述第二齿轮(5g)同轴心；所述第一同步轮(7a)与第二同步轮(7c)通过同步带(7b)传动，所述第二同步轮(7c)固连于所述小臂(3b)的下端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种节能型工业机器人，其特征是：
在底座(2a)上设置有臂座(2b)，并通过臂座驱动单元(1a)驱动；在所述臂座(2b)两夹持键之间的顶端设置有大臂(3a)，并由所述臂座驱动单元(1a)与大臂驱动单元(1b)通过第一差动轮系运动合成驱动；
所述第一差动轮系由第一中心轮(5a)、第一行星轮(5b)、第一齿圈(5c)、第一行星架(5d)构成，且所述第一差动轮系是以所述第一中心轮(5a)和第一齿圈(5c)为输入端，以所述第一行星架(5d)为输出端；
在所述大臂(3a)的顶端设置有小臂(3b)，并由臂座驱动单元(1a)与小臂驱动单元(1c)通过第二差动轮系运动合成驱动；
所述第二差动轮系由第二中心轮(6a)、第二行星轮(6b)、第二齿圈(6c)、第二行星架(6d)构成，且所述差动轮系以所述第二中心轮(6a)和第二齿圈(6c)为输入端，以第二行星架(6d)为输出端；所述臂座驱动单元(1a)、大臂驱动单元(1b)与小臂驱动单元(1c)均由一个电机与一个减速器组成；
所述臂座驱动单元(1a)设置在所述底座(2a)内部，所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第一离合器(9a)与所述臂座(2b)相连，且所述第一离合器(9a)设置于所述底座(2a)内部；所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)相连，且所述第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)设置于所述臂座(2b)内部；所述臂座驱动单元(1a)的传动轴通过第三离合器(9c)与第二斜齿轮(8b)相连，所述第三离合器(9c)与第二斜齿轮(8b)设置于所述臂座(2b)内部且位于所述第二离合器(9b)与第一斜齿轮(8a)的上方；
所述臂座(2b)的夹持键外侧设置有所述大臂驱动单元(1b)，在所述大臂驱动单元(1b)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的夹持键内侧设置有第一中心轮(5a)，所述第一中心轮(5a)与设置在所述第一行星架(5d)一端上的第一行星轮(5b)啮合，所述第一行星轮(5b)与所述第一齿圈(5c)的内齿圈啮合；所述第一齿圈(5c)的外齿圈与所述第一斜齿轮(8a)啮合；
所述第一行星架(5d)上还装有第一齿轮(5e)，且所述第一齿轮(5e)与所述第一中心轮(5a)、第一齿圈(5c)同轴心；所述第一齿轮(5e)与设置在所述大臂(3a)下端内侧上的第二齿轮(5g)啮合；所述第二齿轮(5g)的传动轴与所述大臂(3a)固连；
所述臂座(2b)的另一夹持键外侧设置有所述小臂驱动单元(1c)，在所述小臂驱动单元(1c)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的另一夹持键内侧设置有第二中心轮(6a)，所述第二中心轮(6a)与设置在所述第二行星架(6d)一端上的第二行星轮(6b)啮合，所述第二行星轮(6b)与所述第二齿圈(6c)的内齿圈啮合；所述第二齿圈(6c)的外齿圈与所述第二斜齿轮(8b)啮合；
所述第二行星架(6d)上还装有第三齿轮(6e)，且所述第三齿轮(6e)与所述第二中心轮(6a)、第二齿圈(6c)同轴心；所述第三齿轮(6e)与设置在所述大臂(3a)下端另一内侧上的第四齿轮(6g)啮合；所述第四齿轮(6g)同轴安装有第一同步轮(7a)，且所述第一同步轮(7a)与所述第二齿轮(5g)同轴心；所述第一同步轮(7a)与第二同步轮(7c)通过同步带(7b)传动，所述第二同步轮(7c)固连于所述小臂(3b)的下端。


2.根据权利要求1所述的一种节能型工业机器人，其特征在于：
无负载时，所述第一离合器(9a)结合，第二离合器(9b)、第三离合器(9c)分断；所述臂座驱动单元(1a)以转动角速度ω1a,1驱动臂座(2b)以转动角速度ω1a,1转动；
所述第一中心轮(5a)、第一行星轮(5b)、第一齿圈(5c)、第一行星架(5d)构成定轴轮系转动；
所述大臂驱动单元(1b)以转动角速度ω1b,1驱动第一中心轮(5a)转动，并带动第一行星轮(5b)转动，使得所述第一行星轮(5b)通过第一行星架(5d)驱动第一齿轮(5e)转动，并带动第二齿轮(5g)转动，所述第二齿轮(5g)带动大臂(3a)以转动角速度ω3a,1转动，且大臂(3a)的转动角速度ω3a,1与大臂驱动单元(1b)的转动角速度ω1b,1满足式(1)：



式(1)中：Z5a为第一中心轮(5a)的齿数，为第一齿圈(5c)内齿圈的齿数，Z5e为第一齿轮(5e)的齿数，Z5g为第二齿轮(5g)的齿数；
所述第二中心轮(6a)、第二行星轮(6b)、第二齿圈(6c)、第二行星架(6d)构成定轴轮系转...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海鸿，甘雷，邹翔，金瑞，李磊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34