[发明专利]基于双伺服电机的减速驱动装置、驱动系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人伺服驱动及减速机的技术领域，尤其是一种基于双伺服电机的减速驱动装置、应用该减速驱动装置的驱动系统及消除输出间隙的控制方法。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。目前工业机器人使用的减速机通常为谐波减速机，谐波减速机利用柔轮、波发生器等作为传动部件，具有传动间隙小、传动效率高、精度高等特点，但谐波减速机存在以下不足：

1、驱动力矩较小；2、加工精度要求高，从而价格贵，通常为3000多元以上，进口更达到6000元一个。3、谐波减速机长时间使用后，间隙会变大，因机械臂长度数十倍于减速机的半径，会将间隙量放大，导致定位精度严重下降。4、谐波减速机运动为圆周运动，伺服电机也是圆周运动。所以当谐波减速因外力的变化导致受力变化时，会作用到伺服电机上，引起伺服电机的应激反应，从而导致伺服电机调整参数的困难，也会因电机的应激反应导致运动的震动，从而也影响到精度及速度。5、谐波减速机为单边输出，所以机器人因刚性等要求，通常将机械臂做得很厚很重，从而进一步加大了伺服电机的功率要求以及整个机器人的重量。6、谐波减速机不具备自锁功能，所以机器人必须在伺服电机轴上加上刹车装置，导致成本增加。7、机器人按伺服电机接谐波减速作为一个旋转关节的情况下，机器人的接线只能从电机旁边走线，而线路不能跟着关节作旋转时，就限制到关节的旋转角度，从而导致机器人的工作范围大大降低。如果是采用中空谐波减速机加皮带加电机的结构，这样的结构可以实现接线从中空谐波减速机穿过。但成本会增大，中空谐波减速机比普通贵30%，机构会更复杂。

发明内容

为了解决现有工业机器人的谐波减速机存在的不足，本发明提供一种基于双伺服电机的减速驱动装置，以及应用该减速驱动装置的驱动系统和控制方法，能够更好地适用于工业机器人，结构实用可靠。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于双伺服电机的减速驱动装置，包括壳体，所述壳体内设有第一伺服电机、第二伺服电机和驱动电路板，所述第一伺服电机与第二伺服电机的输出端均设有蜗杆，所述壳体内还设有由两蜗杆同步驱动的蜗轮，所述蜗轮带有输出轴，所述第一伺服电机与第二伺服电机均由驱动电路板输出驱动。利用第一伺服电机与第二伺服电机双驱动输出，采用双蜗杆配合蜗轮进行传动，驱动力矩大，能有效起到消隙作用，长时间使用，传动间隙不会变大。

优选的，所述蜗轮置于两蜗杆之间，所述蜗轮的输出轴垂直于蜗杆轴向或与蜗杆同轴向。蜗轮可采用两种不同的传动输出方向，能够灵活匹配工业机器人机械臂的安装。

优选的，所述两蜗杆的端部分别设有蜗杆轴承，所述蜗杆轴承固定在壳体上。

优选的，所述蜗轮上设有蜗轮轴承，所述蜗轮通过蜗轮轴承固定在壳体上。

优选的，所述驱动电路板上集成有伺服驱动器和绝对值编码器。绝对值编码器分别对应两个伺服电机，同步获取两伺服电机的编码位置，双伺服电机采用同一伺服驱动器控制，实现同步驱动输出，驱动精确度高，也可用双伺服电机双伺服驱动来进行控制。

一种工业机器人的驱动系统，包括至少一个上述的减速驱动装置，所述减速驱动装置安装于工业机器人的机械臂上，所述蜗轮通过输出轴连接机械臂的驱动轴。减速驱动装置的蜗轮可采用两端输出驱动机械臂，工业机器人的机械臂就大大增加了其受力力臂长度，从而用更薄更轻的材料，也能使机器人达到更好的刚性及速度。根据机械臂的驱动轴数量设置减速驱动装置的数量，即在机械臂的每个驱动轴位置设置减速驱动装置，减速驱动装置通过双伺服电机输出驱动蜗轮转动，由蜗轮带动机械臂的驱动轴转动，这样，通过驱动轴带动机械臂摆动以完成各种不同的操作。

优选的，所述蜗轮的输出轴为中空结构，所述输出轴的两端向蜗轮两侧延伸并同时连接有机械臂。蜗轮采用中空输出轴，方便走线穿过输出轴，解决因关节是旋转运动的走线问题。

一种适用于上述驱动系统的控制方法，包括以下消隙步骤：

S1：控制第一伺服电机正转，同时第二伺服电机反转，使两蜗杆均与蜗轮接触；

S2：然后设置两伺服电机的输出扭矩恒定；

S3：记录第一伺服电机与第二伺服电机的编码位置，作为原点；

S4：根据驱动信号进行位置伺服控制；