[发明专利]一种机器人、机器人关节及用于机器人关节的平衡装置

说明书

本发明公开了一种机器人、机器人关节及用于机器人关节的平衡装置，用于机器人关节的平衡装置包括用以设于机器人关节的电磁铁，所述电磁铁成组设置，所述电磁铁与电磁铁控制器相连，所述电磁铁控制器控制所述电磁铁以实现实时补偿机器人关节的扭矩变化。上述用于机器人关节的平衡装置采用非接触式的电磁力对机器人关节的扭矩变化进行实时补偿，避免了传统平衡缸模式对于机器人运动范围的限制，可以降低运动状态不确定性对于电机和减速机系统选型的负载要求，从而降低电机、减速机的重量、体积、功耗，是机器人系统小型化、轻量化、节能化的重要技术。

技术领域

本发明涉及机器人运动技术领域，特别涉及一种用于机器人关节的平衡装置。还涉及一种机器人关节。还涉及一种机器人。

背景技术

如图2至图4所示，串联型工业机器人由多个旋转轴组成，在运动的过程中，各轴转角不同，各旋转轴的力臂变化大，机器人各臂自重和负载3的重量一起作用于力臂上，造成各轴负载扭矩变化巨大，不利于电机和减速机的选型。图2和图3是同一机器人在同样的终端负载3下的两种可能工作状态。图3的第一旋转轴1受到的扭矩相比于图2可能高达十多倍，而图3的第二旋转轴2的扭矩相比于图2也可能高达数倍。为了克服这种剧烈的扭矩变化，目前有两种技术方案。

第一种技术方案，按系统可能出现的最高扭矩选择电机和减速机，从而满足系统所有的工作扭矩。存在问题：在多数情况下，各轴运行在较低的负载状态下运行，按最高选型极大的增大了电机和减速机的输出扭矩，造成体积、重量、功耗等明显上升，整机成本高。

第二种技术方案，采取接触式平衡机构，如图4增加拉杆4和平衡杠5(推杆或拉杆)，平衡杠5的形式包括弹簧、液压、气压等，平衡杠5随转轴角度的变化而提供不同的输出力，以平衡机器人重力和负载3的增加，降低旋转轴的扭矩。存在问题：机器人的运动受到平衡杠5的行程(如弹簧量)的限制，限制了运动范围；此类平衡机构的输出(如方向)往往与拉杆位移有关，而机器人运动状态所带来的扭矩变化多样，此种平衡机构对于旋转轴扭矩的补偿能力单一有限。

因此，如何能够提供一种解决机器人关节各种扭矩的剧烈变化、成本可控、不限制运动范围、补偿能力强的用于机器人关节的平衡装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机器人关节的平衡装置，采用非接触式的电磁力对机器人关节的扭矩变化进行实时补偿，避免了传统平衡缸模式对于机器人运动范围的限制，可以降低运动状态不确定性对于电机和减速机系统选型的负载要求，从而降低电机、减速机的重量、体积、功耗，是机器人系统小型化、轻量化、节能化的重要技术。本发明的另一目的是提供一种机器人关节。本发明的再一目的是提供一种机器人。

为实现上述目的，本发明提供一种用于机器人关节的平衡装置，包括用以设于机器人关节的电磁铁，所述电磁铁成组设置，所述电磁铁与电磁铁控制器相连，所述电磁铁控制器控制所述电磁铁以实现实时补偿机器人关节的扭矩变化。

优选地，所述电磁铁控制器用以与机器人运动控制系统相连，所述电磁铁控制器用以根据机器人运动控制系统的控制信号调整输出给所述电磁铁的控制电流。

优选地，成组设置的所述电磁铁包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁用以设于旋转轴，所述第二电磁铁用以设于基座。

优选地，所述电磁铁与所述电磁铁控制器通过控制电缆相连。

本发明还提供一种机器人关节，包括上述任一项所述的用于机器人关节的平衡装置。

优选地，包括旋转轴和基座，所述基座固定且所述旋转轴可转动，所述电磁铁分别设于所述旋转轴和所述基座。

优选地，所述旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，第一电磁铁设于所述第一旋转轴，所述第二旋转轴设于所述基座。

本发明还提供一种机器人，包括上述任一项所述的机器人关节。