一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，该机器人是在底座上设置有臂座，并通过臂座驱动单元驱动，在臂座两侧夹持键之间的顶端设置有大臂，并由大臂驱动单元与辅助驱动单元通过差动轮系运动合成驱动，在大臂的顶端设置有小臂，并通过小臂驱动单元驱动。本发明专利技术可以在机器人空载运行，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，辅助驱动单元同大臂驱动单元同时工作并同时处在各自的高效率区，提高工作效率，并且本发明专利技术机器人小臂驱动单元靠近基座，可减轻运动部分的重量和惯性，优化机器人的动力学性能，利于机器人的控制。

An energy-saving industrial robot with auxiliary driving unit

【技术实现步骤摘要】
一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人
本专利技术涉及工业机器人
，特别是一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人。
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，提供一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，以期能在机器人空载运行、且运行需求功率较小时，使用单驱动单元工作，从而使该单元负载处于高效率区域，提高能效；在机器人负载运行、且运行需求功率较大时，辅助驱动单元同大臂驱动单元同时工作，从而使得大臂驱动单元、辅助驱动单元都处于高效率区域，能效高。本专利技术为解决上述问题采用如下技术方案：本专利技术一种有辅助驱动单元的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，在所述臂座两侧夹持键之间的顶端设置有大臂，并由大臂驱动单元以及辅助驱动单元通过差动轮系运动合成驱动；所述差动轮系由中心轮、行星轮、齿圈、行星架构成，且所述差动轮系是以所述中心轮和齿圈为输入端，以所述行星架为输出端；在所述大臂的顶端设置有小臂，并通过小臂驱动单元驱动；所述臂座驱动单元、大臂驱动单元、小臂驱动单元与辅助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，在所述臂座驱动单元的输出轴上设置有臂座第一齿轮；所述臂座第一齿轮与臂座第二齿轮相啮合，所述臂座第二齿轮处于所述底座内部且其传动轴的顶部设置有所述臂座；所述辅助驱动单元设置在所述底座内部，所述辅助驱动单元的输出轴贯穿所述臂座第二齿轮的传动轴并在其顶部通过离合器设置有辅助斜齿轮；且所述离合器与辅助斜齿轮设置于臂座内部；在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中心轮，所述中心轮与设置在所述行星架一端上的行星轮啮合，所述行星轮与所述齿圈的内齿圈啮合；所述齿圈的外齿圈与所述辅助斜齿轮啮合；所述行星架上还装有第一齿轮，且所述第一齿轮与所述中心轮、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三齿轮，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下端。本专利技术所述的一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人的特点也在于：当机器人空载运行时，所述辅助驱动单元不工作且刹车抱死，所述离合器分断，所述中心轮、行星轮、齿圈、行星架构成定轴轮系转动；所述臂座驱动单元以转动角速度ω1a，1驱动臂座第一齿轮，使得所述臂座第一齿轮驱动所述臂座第二齿轮转动，并通过其传动轴驱动所述臂座以转动角速度ω2b，1转动，且所述臂座的转动角速度ω2b，1与臂座驱动单元的转动角速度ω1a，1满足式(1)：式(1)中：Z4a为臂座第一齿轮的齿数，Z4b为臂座第二齿轮的齿数；所述大臂驱动单元以转动角速度ω1b，1驱动中心轮转动，使得所述中心轮驱动行星轮转动，所述行星轮通过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，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(2)：式(2)中：Z5a为中心轮齿数，为齿圈内齿圈齿数，Z5g为第一齿轮齿数，Z5h为第二齿轮齿数；所述小臂驱动单元以转动角速度ω1c，1驱动第三齿轮转动，并带动第四齿轮转动，使得所述第四齿轮驱动第一同步轮转动，并通过同步带驱动第二同步轮转动，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(3)：式(3)中：Z5i为第三齿轮的齿数，Z5j为第四齿轮齿数，Z6a为第一同步轮的齿数，Z6c第二同步轮的齿数；当机器人负载运行时，所述辅助驱动单元工作，离合器结合，所述大臂驱动单元与辅助驱动单元输出功率在差动轮系上实现功率叠加；所述臂座驱动单元以转动角速度ω1a,2驱动臂座第一齿轮转动，并带动臂座第二齿轮转动，使得所述臂座第二齿轮通过其传动轴驱动臂座以转动角速度ω2b,2转动，且臂座的转动角速度ω2b,2与臂座驱动单元的转动角速度ω1a,2满足式(4)：所述辅助驱动单元以转动角速度ω1d通过离合器驱动辅助斜齿轮转动，所述齿圈一方面受到辅助斜齿轮的作用以自身轴心作旋转运动，另一方面随臂座作旋转运动，两种运动合成驱动齿圈；所述大臂驱动单元以转动角速度ω1b,2驱动中心轮转动，并带动所述行星轮转动，所述行星轮与齿圈运动合成驱动行星架；所述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与辅助驱动单元的转动角速度ω1d、大臂驱动单元的转动角速度ω1b,2满足式(5)：式(5)中：Z5f为辅助斜齿轮的齿数，为齿圈外齿圈的齿数；所述小臂驱动单元以转动角速度ω1c,2驱动第三齿轮转动，并带动第四齿轮转动，所述第四齿轮驱动第一同步轮转动，并通过同步带驱动第二同步轮转动，使得所述第二同步轮带动小臂以转动角速度ω3b,2转动，且小臂的转动角速度ω3b,2与小臂驱动单元的转动角速度ω1c,2满足式(6)：与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术工业机器人空载运行时，运行需求功率较低，只有一个驱动单元工作，且该单元负载处于高效率区域，提高了能效；在机器人负载运行时，运行需求功率较高，辅助驱动单元与大臂驱动单元同时工作，此时大臂驱动单元、辅助驱动单元都处于高效率区域，能效高。2、本专利技术将工业机器人的小臂驱动单元移至靠近基座的位置，减小了机器人运动部分的重量和惯性，优化了该工业机器人的动力学性能，更便于机器人的控制，同时减少了大臂驱动单元驱动大臂上下举升过程中因克服小臂驱动单元重力所做的功的能耗。附图说明：图1为本专利技术工业机器人机械结构示意图；图中标号：1a臂座驱动单元，1b大臂驱动单元，1c小臂驱动单元，1d辅助驱动单元，2a底座，2b臂座，3a大臂，3b小臂，4a臂座第一齿轮，4b臂座第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，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)两侧夹持键之间的顶端设置有大臂(3a)，并由大臂驱动单元(1b)以及辅助驱动单元(1d)通过差动轮系运动合成驱动；/n所述差动轮系由中心轮(5a)、行星轮(5b)、齿圈(5c)、行星架(5d)构成，且所述差动轮系是以所述中心轮(5a)和齿圈(5c)为输入端，以所述行星架(5d)为输出端；/n在所述大臂(3a)的顶端设置有小臂(3b)，并通过小臂驱动单元(1c)驱动；所述臂座驱动单元(1a)、大臂驱动单元(1b)、小臂驱动单元(1c)与辅助驱动单元(1d)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，在所述臂座驱动单元(1a)的输出轴上设置有臂座第一齿轮(4a)；所述臂座第一齿轮(4a)与臂座第二齿轮(4b)相啮合，所述臂座第二齿轮(4b)处于所述底座(2a)内部且其传动轴的顶部设置有所述臂座(2b)；/n所述辅助驱动单元(1d)设置在所述底座(2a)内部，所述辅助驱动单元(1d)的输出轴贯穿所述臂座第二齿轮(4b)的传动轴并在其顶部通过离合器(7a)设置有辅助斜齿轮(5f)；且所述离合器(7a)与辅助斜齿轮(5f)设置于臂座(2b)内部；/n在所述臂座(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中心轮(5a)，所述中心轮(5a)与设置在所述行星架(5d)一端上的行星轮(5b)啮合，所述行星轮(5b)与所述齿圈(5c)的内齿圈啮合；所述齿圈(5c)的外齿圈与所述辅助斜齿轮(5f)啮合；/n所述行星架(5d)上还装有第一齿轮(5g)，且所述第一齿轮(5g)与所述中心轮(5a)、齿圈(5c)同轴心；所述第一齿轮(5g)与设置在所述大臂(3a)下端内侧上的第二齿轮(5h)啮合；所述第二齿轮(5h)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三齿轮(5i)，所述第三齿轮(5i)与设置在所述大臂(3a)下端另一内侧上的第四齿轮(5j)啮合，所述第四齿轮(5j)同轴安装有第一同步轮(6a)，且所述第一同步轮(6a)与所述第二齿轮(5h)同轴心；所述第一同步轮(6a)与第二同步轮(6c)通过同步带(6b)传动，所述第二同步轮(6c)固连于所述小臂(3b)下端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，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)两侧夹持键之间的顶端设置有大臂(3a)，并由大臂驱动单元(1b)以及辅助驱动单元(1d)通过差动轮系运动合成驱动；
所述差动轮系由中心轮(5a)、行星轮(5b)、齿圈(5c)、行星架(5d)构成，且所述差动轮系是以所述中心轮(5a)和齿圈(5c)为输入端，以所述行星架(5d)为输出端；
在所述大臂(3a)的顶端设置有小臂(3b)，并通过小臂驱动单元(1c)驱动；所述臂座驱动单元(1a)、大臂驱动单元(1b)、小臂驱动单元(1c)与辅助驱动单元(1d)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，在所述臂座驱动单元(1a)的输出轴上设置有臂座第一齿轮(4a)；所述臂座第一齿轮(4a)与臂座第二齿轮(4b)相啮合，所述臂座第二齿轮(4b)处于所述底座(2a)内部且其传动轴的顶部设置有所述臂座(2b)；
所述辅助驱动单元(1d)设置在所述底座(2a)内部，所述辅助驱动单元(1d)的输出轴贯穿所述臂座第二齿轮(4b)的传动轴并在其顶部通过离合器(7a)设置有辅助斜齿轮(5f)；且所述离合器(7a)与辅助斜齿轮(5f)设置于臂座(2b)内部；
在所述臂座(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中心轮(5a)，所述中心轮(5a)与设置在所述行星架(5d)一端上的行星轮(5b)啮合，所述行星轮(5b)与所述齿圈(5c)的内齿圈啮合；所述齿圈(5c)的外齿圈与所述辅助斜齿轮(5f)啮合；
所述行星架(5d)上还装有第一齿轮(5g)，且所述第一齿轮(5g)与所述中心轮(5a)、齿圈(5c)同轴心；所述第一齿轮(5g)与设置在所述大臂(3a)下端内侧上的第二齿轮(5h)啮合；所述第二齿轮(5h)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三齿轮(5i)，所述第三齿轮(5i)与设置在所述大臂(3a)下端另一内侧上的第四齿轮(5j)啮合，所述第四齿轮(5j)同轴安装有第一同步轮(6a)，且所述第一同步轮(6a)与所述第二齿轮(5h)同轴心；所述第一同步轮(6a)与第二同步轮(6c)通过同步带(6b)传动，所述第二同步轮(6c)固连于所述小臂(3b)下端。


2.根据权利要求1所述的一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，其特征是：
当机器人空载运行时，所述辅助驱动单元(1d)不工作且刹车抱死，所述离合器(7a)分断，所述中心轮(5a)、行星轮(5b)、齿圈(5c)、行星架(5d)构成定轴轮系转动；
所述臂座驱动单元(1a)以转动角速度ω1a，1驱动臂座第一齿轮(4a)，使得所述臂座第一齿轮(4a)驱动所述臂座第二齿轮(4b)转动，并通过其传动轴驱动所述臂座(2b)以转动角速度ω2b，1转动，且所述臂座(2b)的转动角速度ω2b，1与臂座驱动单元(1a)的转动角速度ω1a，1满足式(1)：

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【专利技术属性】
技术研发人员：黄海鸿，甘雷，金瑞，邹翔，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