[发明专利]一种工业机器人的弹簧式平衡缸及二轴关节的选型方法

权利要求书

1.一种工业机器人的弹簧式平衡缸及二轴关节的选型方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、将工业机器人的结构简化为二维模型，其中，弹簧式平衡缸的支点为A，弹簧式平衡缸与大臂连接点的回转中心为B，二轴关节回转轴线为C，大臂上三轴回转轴线为D，设AC长度为l₁，BC长度为l₂；

步骤S2、确定工业机器人的设计参数和结构参数，所述设计参数包括所述二轴关节的设定运行角度θ、加减速时间t和二轴关节转速n，所述结构参数包括二轴关节前端负载的重量m、最大转动惯量J，和其重心相对二轴关节回转轴线最远距离l₀；

步骤S3、根据所述设计参数和结构参数，计算得到二轴关节前端负载正常启停所需最大转矩T₁、所述二轴关节运行任意角度所承受的重力矩T₂和弹簧式平衡缸在所述二轴关节运行角度范围内所提供的最大平衡力矩T_0max；

步骤S4、获取待选电机和减速机的型号参数，所述电机和减速机的总摩擦力矩为T_f，所述电机的型号参数包括额定转矩T、额定转速n_e、最大转速n_电机max和转动惯量j，所述减速机的型号参数包括减速比i、容许最高输出转速n'_max、起停容许峰值转矩T_e'、瞬间容许最大转矩T'_max；

步骤S5、根据T₁、T₂、T_f、T_0max、T和i得到所述二轴关节中电机的正常启停转矩率η₁和匀速运动负载率η₂，根据所述电机和减速机的型号参数和η₁与η₂设置所述二轴关节中电机和减速机的选型约束条件；

步骤S6、根据所述选型约束条件，从待选的电机和减速机中选取得到一组或多组符合所述选型约束条件的电机与减速机组合；

步骤S7、确定所述弹簧式平衡缸中弹簧的约束条件，根据所述弹簧的约束条件和二轴关节运行角度范围内所提供的平衡力矩T₀求得弹簧式平衡缸的参数变量l₁、l₂、弹簧刚度k₀和弹簧预压缩量x₀的取值区间；

步骤S8、将运行角度范围内电机正常启停转矩率的斜率绝对值之和作为电机启停转矩率波动的特征，在所述取值区间中选取多组所述参数变量的数值，计算每一组所述电机和减速机组合分别在不同所述参数变量取值条件下，运行角度范围内电机正常启停转矩率的斜率的绝对值之和，输出所述绝对值之和在最小值的情况下，所述电机和减速机的型号和所述变量参数的取值。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人的弹簧式平衡缸及二轴关节的选型方法，其特征在于：在步骤S1中，BC垂直于CD。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人的弹簧式平衡缸及二轴关节的选型方法，其特征在于：在步骤S2中，所述θ角度范围为θ∈[+a,-b]，当θ为零时，所述AB平行于地面。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种工业机器人的弹簧式平衡缸及关节的选型方法，其特征在于：在步骤S3中，所述二轴关节前端负载正常启停所需最大转矩为T₁＝J·2πn/t，所述二轴关节运行任意角度所承受的重力矩为T₂＝mgl₀sinθ，所述弹簧式平衡缸在所述二轴关节运行角度范围内所提供的最大平衡力矩T_0max＝(1～1.5)·T_2max。