[发明专利]一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人

权利要求书

1.一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，是在底座(2a)上设置有臂座(2b)，并通过臂座驱动单元(1a)驱动，在所述臂座(2b)两侧夹持键之间的顶端设置有大臂(3a)，并由大臂驱动单元(1b)以及辅助驱动单元(1d)通过差动轮系运动合成驱动；

在所述大臂(3a)的顶端设置有小臂(3b)，并通过小臂驱动单元(1c)驱动；所述臂座驱动单元(1a)、大臂驱动单元(1b)、小臂驱动单元(1c)与辅助驱动单元(1d)均由一个电机与一个减速器组成；

所述臂座驱动单元(1a)设置在所述底座(2a)内部，在所述臂座驱动单元(1a)的输出轴上设置有臂座第一齿轮(4a)；所述臂座第一齿轮(4a)与臂座第二齿轮(4b)相啮合，所述臂座第二齿轮(4b)处于所述底座(2a)内部且其传动轴的顶部设置有所述臂座(2b)；

在所述臂座(2b)的夹持键外侧设置有所述大臂驱动单元(1b)，其特征是：

所述辅助驱动单元(1d)设置在所述底座(2a)内部，所述辅助驱动单元(1d)的输出轴贯穿所述臂座第二齿轮(4b)的传动轴并在其顶部通过离合器(7a)设置有辅助斜齿轮(5f)；且所述离合器(7a)与辅助斜齿轮(5f)设置于臂座(2b)内部；

所述差动轮系由中心轮(5a)、行星轮(5b)、齿圈(5c)、行星架(5d)构成，且所述差动轮系是以所述中心轮(5a)和齿圈(5c)为输入端，以所述行星架(5d)为输出端；

在所述大臂驱动单元(1b)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的夹持键内侧设置有中心轮(5a)，所述中心轮(5a)与设置在所述行星架(5d)一端上的行星轮(5b)啮合，所述行星轮(5b)与所述齿圈(5c)的内齿圈啮合；所述齿圈(5c)的外齿圈与所述辅助斜齿轮(5f)啮合；

所述行星架(5d)上还装有第一齿轮(5g)，且所述第一齿轮(5g)与所述中心轮(5a)、齿圈(5c)同轴心；所述第一齿轮(5g)与设置在所述大臂(3a)下端内侧上的第二齿轮(5h)啮合；所述第二齿轮(5h)的传动轴与所述大臂(3a)固连；

所述臂座(2b)的另一夹持键外侧设置有所述小臂驱动单元(1c)，在所述小臂驱动单元(1c)的传动轴上，并处于所述臂座(2b)的另一夹持键内侧设置有第三齿轮(5i)，所述第三齿轮(5i)与设置在所述大臂(3a)下端另一内侧上的第四齿轮(5j)啮合，所述第四齿轮(5j)同轴安装有第一同步轮(6a)，且所述第一同步轮(6a)与所述第二齿轮(5h)同轴心；所述第一同步轮(6a)与第二同步轮(6c)通过同步带(6b)传动，所述第二同步轮(6c)固连于所述小臂(3b)下端。

2.根据权利要求1所述的一种有辅助驱动单元的节能型工业机器人，其特征是：

当机器人空载运行时，所述辅助驱动单元(1d)不工作且刹车抱死，所述离合器(7a)分断，所述中心轮(5a)、行星轮(5b)、齿圈(5c)、行星架(5d)构成定轴轮系转动；

所述臂座驱动单元(1a)以转动角速度ω_1a，1驱动臂座第一齿轮(4a)，使得所述臂座第一齿轮(4a)驱动所述臂座第二齿轮(4b)转动，并通过其传动轴驱动所述臂座(2b)以转动角速度ω_2b，1转动，且所述臂座(2b)的转动角速度ω_2b，1与臂座驱动单元(1a)的转动角速度ω_1a，1满足式(1)：

式(1)中：Z_4a为臂座第一齿轮(4a)的齿数，Z_4b为臂座第二齿轮(4b)的齿数；

所述大臂驱动单元(1b)以转动角速度ω_1b，1驱动中心轮(5a)转动，使得所述中心轮(5a)驱动行星轮(5b)转动，所述行星轮(5b)通过行星架(5d)驱动第一齿轮(5g)转动，并带动第二齿轮(5h)转动，使得所述第二齿轮(5h)带动大臂(3a)以转动角速度ω_3a，1转动，且大臂(3a)的转动角速度ω_3a，1与大臂驱动单元(1b)的转动角速度ω_1b，1满足式(2)：

式(2)中：Z_5a为中心轮(5a)齿数，为齿圈(5c)内齿圈齿数，Z_5g为第一齿轮(5g)齿数，Z_5h为第二齿轮(5h)齿数；

所述小臂驱动单元(1c)以转动角速度ω_1c，1驱动第三齿轮(5i)转动，并带动第四齿轮(5j)转动，使得所述第四齿轮(5j)驱动第一同步轮(6a)转动，并通过同步带(6b)驱动第二同步轮(6c)转动，所述第二同步轮(6c)带动小臂(3b)以转动角速度ω_3b，1转动，且小臂(3b)的转动角速度ω_3b，1与小臂驱动单元(1c)的转动角速度ω_1c，1满足式(3)：

式(3)中：Z_5i为第三齿轮(5i)的齿数，Z_5j为第四齿轮(5j)齿数，Z_6a为第一同步轮(6a)的齿数，Z_6c第二同步轮(6c)的齿数；

当机器人负载运行时，所述辅助驱动单元(1d)工作，离合器(7a)结合，所述大臂驱动单元(1b)与辅助驱动单元(1d)输出功率在差动轮系上实现功率叠加；

所述臂座驱动单元(1a)以转动角速度ω_1a,2驱动臂座第一齿轮(4a)转动，并带动臂座第二齿轮(4b)转动，使得所述臂座第二齿轮(4b)通过其传动轴驱动臂座(2b)以转动角速度ω_2b,2转动，且臂座(2b)的转动角速度ω_2b,2与臂座驱动单元(1a)的转动角速度ω_1a,2满足式(4)：

所述辅助驱动单元(1d)以转动角速度ω_1d通过离合器(7a)驱动辅助斜齿轮(5f)转动，所述齿圈(5c)一方面受到辅助斜齿轮(5f)的作用以自身轴心作旋转运动，另一方面随臂座(2b)作旋转运动，两种运动合成驱动齿圈(5c)；

所述大臂驱动单元(1b)以转动角速度ω_1b,2驱动中心轮(5a)转动，并带动所述行星轮(5b)转动，所述行星轮(5b)与齿圈(5c)运动合成驱动行星架(5d)；所述行星架(5d)驱动第一齿轮(5g)转动，并带动第二齿轮(5h)转动，使得所述第二齿轮(5h)带动大臂(3a)以转动角速度ω_3a,2转动，且大臂(3a)的转动角速度ω_3a,2与辅助驱动单元(1d)的转动角速度ω_1d、大臂驱动单元(1b)的转动角速度ω_1b,2满足式(5)：

式(5)中：Z_5f为辅助斜齿轮(5f)的齿数，为齿圈(5c)外齿圈的齿数；

所述小臂驱动单元(1c)以转动角速度ω_1c,2驱动第三齿轮(5i)转动，并带动第四齿轮(5j)转动，所述第四齿轮(5j)驱动第一同步轮(6a)转动，并通过同步带(6b)驱动第二同步轮(6c)转动，使得所述第二同步轮(6c)带动小臂(3b)以转动角速度ω_3b,2转动，且小臂(3b)的转动角速度ω_3b,2与小臂驱动单元(1c)的转动角速度ω_1c,2满足式(6)：