[发明专利]用于平衡包括气弹簧的两个相互移动部件的平衡装置及其方法

说明书

本发明要求于2009年2月26日提交的瑞典专利申请0950104-0的优先权，并且在此完全引入以作参考。

技术领域

本发明涉及一种用于平衡两个相互移动部件的平衡装置及其方法。该平衡装置包括气弹簧和压缩机系统，其中压缩机系统检测气弹簧中的压力，并且如果压力偏离预定值，就调节该压力。

背景技术

在很多应用场合，如液压和机械系统中，用于平衡重量的平衡弹簧的使用，意味着部件可制造得更小、更便宜，且在某些情况下，可整个去掉。

平衡弹簧应用的一个普通领域是在工业机器人臂的平衡中，其中弹簧抵消相互移动的机械人部件的重力。依靠平衡弹簧弥补机器人臂自重的事实，机器人臂可被优化，以能够提升大且重的达到最大的负载，且用于机器人的驱动组件可以是更小而更紧凑的设计。

各种形式的平衡弹簧被用于平衡工业机器人，例如液压缸型弹簧、机械弹簧和气弹簧。

使用基于气弹簧技术的平衡弹簧，与机械弹簧和液压缸型弹簧相比，具有许多优势。除了其他方面，平衡气弹簧比类似的液压弹簧具有更高的效率。气弹簧比机械弹簧能够以最小的固定尺寸产生更大的力。此外，气弹簧的平衡压力可通过调节气弹簧中的填充压力以简单的方式调节。

随着时间的推移，所有气弹簧都会发生气体泄漏，即便它们是密封的。这种气体泄漏导致弹簧中气体压力减小。在许多工业应用中，如用于钢成型的冲压工具，这是气弹簧应用最常见的领域，气体泄漏不是问题，因为气弹簧差不多定期检修并在需要时修理。

气弹簧也对环境温度的变化敏感。当温度变化时，弹簧中的气体压力也变化。弹簧中的压力随着温度升高而增大，而弹簧中的压力随着温度降低而降低。

由于上述的弊端，认为气弹簧在工业机器人中用作平衡弹簧是不理想的。免维修的气弹簧有表达性需求，即在任何给定时刻无论环境温度怎样，其在弹簧中保持恰当的气压，因此可以避免机器人的以及因此由检修弹簧的需要引起的生产的不必要的中断。

EP 1905551公开了一种用于工业机器人的平衡单元，其中平衡弹簧是机械弹簧。供给弹簧加压空气以防止湿气和污垢穿透渗入弹簧单元。然而，该机械弹簧的运行就像气弹簧的运行一样，受到温度变化的妨碍，且考虑到冷却，在高温时运行必须中断，这导致不必要的生产中断。

US 6,408,225公开了一种用于平衡具有气弹簧的机器人臂的重量的装置。测量弹簧中的压力并用来控制机器人的运动，以及在由于温度变化或气体泄漏导致的压力超过/低于预定压力界限的情况下自动断开机器人驱动，从而避免损坏机器人。于是在其返回到运行之前，为了恢复弹簧中的气压必须检修机器人。根据这个系统，该单元必须中断以恢复弹簧中的压力，这对生产产生负面影响。

因此，需要改进的平衡弹簧，其作用是不受运行环境中的温度变化的影响，且是免维修的，从而使不必要的生产中断可以减少到最小。

发明内容

本发明公开了一种平衡装置，其是坚固的，且能够维持其工作能力不受环境中温度变化的影响，以及一种用于平衡的方法，其中与现有技术的气弹簧相比，较少需要由于维修平衡装置的平衡弹簧而导致的不必要的中断。

本发明更具体的目的包括提供一种平衡装置和一种使用气弹簧型免维修平衡弹簧用于平衡的方法，其中气弹簧中的压力可以在任一给定时刻保持，而不管弹簧中的任何气体泄漏和环境温度的变化，无需为了维修气弹簧而中断生产。

本发明的实施例在接下来的说明书和附图中示出。

根据本发明的第一方面，提供用于平衡两个相互移动部件的平衡装置，其中平衡装置布置成抵消至少一个移动部件的重力，平衡装置包括气弹簧，其作用在两个移动部件之间；和压缩机系统，其被布置成感应气弹簧中的压力，如果压力偏离预定值，并调节该压力。此处“两个相互移动部件”的含义为，例如，工业机器人的两个部件。当由于气体泄漏或环境温度变化导致弹簧中压力发生变化时，该平衡装置通过压缩机系统提供气弹簧的自动压力补偿。压力补偿的目的不是产生单元的运动，而是为了在每一个给定时刻保证气弹簧中恰当的压力。压力补偿可在通过平衡装置平衡的单元的运行过程中发生，其结果是形成基本免维修平衡弹簧，并且使得用于维修平衡装置的弹簧的不必要生产中断的次数最小化。

根据本发明的另一方面，平衡装置的压缩机系统可包括压缩机和自动控制系统，其包括压力传感器和压力控制阀，自动控制系统基于来自压力传感器的信号适于控制压缩机和/或压力控制阀。