[发明专利]磁悬浮机器手臂支撑系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮机器手臂支撑系统，采用内外定子和支撑旋转体复合结构以及磁悬浮支撑技术，使得支撑旋转体在内外定子支撑下旋转定位，利用内定子和旋转转子间的电磁吸力，消纳机器手臂对支撑塔架机械压力，动态调整内定子和支撑旋转体气隙，实现机器手臂轴向基准的柔性可调，以及支撑旋转体的严格无摩擦定位控制，引入了基于外定子轴向磁环带和内转子磁槽结构的被动阻尼系统，被动平抑机器手臂系统重力波动对定转子之间气隙影响，确保机器手臂支撑系统轴向基准的稳定。该发明的真正实用化将有效拓宽机器手臂工作空间，解决传统机器手臂支撑系统无法轴向基准调整以及旋转定位精度不高问题。

技术领域

本发明涉及一种机器人手臂支撑平台，尤其是一种磁悬浮轴径向基准两维度调控的机器人手臂支撑平台，属于机器人自动化控制领域。

背景技术

随着智能制造自动化程度的提高，基于机器手臂支持的自动化系统已广泛应用于汽车制造、钢铁生产以及物流搬运等国计民生行业，极大提高了生产效率。

众所周知的是机器人自动化系统核心组件为机器人支撑平台，不仅要有效支撑机器人自重以及操作物重量外，还需完成机器手臂轴径向两维度调整能力，以降低上端机器手臂的运动轨迹调整难度，同时提高机器手臂的工作空间。但当前的机器手臂支撑系统多采用基于多级传动齿轮和径向电机结构，但径向电机多为高速电机，但机器人系统本身的非线性性和不稳定特点，使得较高基准定位速度极易导致机器人系统的失稳，为此往往采用变速齿轮降速处理，但变速齿轮齿间隙问题，极易导致基准定位精度误差；同时较重的机器手臂以及抓取物的重量，使得机器手臂旋转定位过程存在较大摩擦损耗，无疑增大机器手臂支撑系统的功耗；另外传统的机器手臂支撑系统的轴向基准无法改变，抓取物高度变化只有通过机器手臂上侧的长短臂角度进行调整，增大了机器人控制难度和故障率。为此必须研究一种功耗小、运动灵活、多种运行方式并存的机器人手臂支撑平台。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有机器人手臂支撑系统存在的定位精度不高、摩擦功耗大以及无法完成轴向基准调整等问题，提供一种轴径向基准柔性调整、无摩擦的磁悬浮机器手臂支撑系统，包括支撑塔架、支撑旋转体、机器手臂、被动阻尼、主控单元、变流器单元、气隙传感器、压力传感器、编码器组成，完成机器手臂基准高度、旋转角度的无摩擦定位。

所述支撑塔架包括内定子、外定子和支撑底座，内定子和外定子轴向高度一致，确定支撑旋转体原始基准，内定子为“T”字形结构，上端面为圆盘状结构，设置4个正交分布的压力传感器，压力传感器测量支撑旋转体对内定子的压力，上端面下侧设置定子三相绕组，和定子变流器相联，产生电磁转矩，驱动支撑旋转体旋转定位，外定子为圆柱型机壳，所述支撑底座将内定子和外定子刚性联结，协同支撑机器人手臂轴向重力。

所述支撑旋转体包括支撑固定体和旋转体转子，支撑固定体稳定机器手臂，限制机器手臂基准高度，上端设置长臂伺服、编码器和随动轴承，所述伺服电机位于支撑固定体上端与机器手臂机械耦合处，与伺服驱动器相连，驱动机器手臂运动角度调整；旋转体转子内嵌于内定子和外定子构成的腔室内，底端设置16个按照N/S排列的上浮绕组，所述上浮绕组为直流励磁绕组，与上浮变流器相联，上浮绕组电流由上浮变流器控制，产生悬浮吸力悬浮支撑旋转体。

所述机器手臂为机器手臂支撑系统的取物执行机构，包括支撑长臂、支撑短臂、斜撑、取物抓手，在支撑旋转体基准高度和旋转角度支撑下，通过伺服电机角度调整，精确取物和优化轨迹运行；所述被动阻尼由磁环带和旋转体转子磁槽两部分构成，所述磁环带是由4组轴向充磁的永磁体组合而成，位于外定子内侧，所述旋转体转子磁槽位于支撑旋转体外侧，转子磁槽轴向高度设置为磁环带对应轴向高度的2/3。