气动系统及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种气动系统及机器人。

背景技术

随着智能制造产业的发展，机器人的使用已经被应用在越来越多的技术领域内，通过机器人带动气动设备调整位置，并通过及其内部的气动系统带动气动设备执行相应的生产操作是机器人常用的工作方式。但在机器人在使用过程中，常会出现部分零件局部发热，热量无法散出，最终影响零件寿命，这就增加用户的使用成本。

发明内容

为了解决机器人局部零件发热的技术问题，本申请的主要目的在于，提供一种能够为局部发热零件快速降温的一种气动系统及机器人。

为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供了一种气动系统，包括：

第一导流管，包括第一接口及第二接口，所述第一接口与机器人外接的高压供气设备连接；

第二导流管，包括第一连接口及第二连接口，所述第一连接口与机器人的气动设备连接；

控制阀，包括两个连接阀口及一个泄压阀口，其中一个所述连接阀口与第二接口连接，另一所述连接阀口与第二连接口连接，所述泄压阀口面向待散热部件，所述第一导流管与所述第二导流管通过所述控制阀连接构成气动流体通道，所述高压供气设备通过所述气动流体通道为所述气动设备供气。

根据本申请的一实施方式，其中还包括导流件，所述导流件的一端与所述泄压阀口连接，另一端延伸至所述待散热部件，所述导流件围成导流通道，所述泄压阀口的气体通过所述导流通道向所述待散热部件流动。

根据本申请的一实施方式，其中包括泄压管路，所述泄压管路连接于所述泄压阀口与所述导流件之间。

根据本申请的一实施方式，其中还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述泄压阀口与所述导流件之间。

根据本申请的一实施方式，其中包括多个第三导流管及多个控制阀，所述第三导流管两端分别与两个所述控制阀的所述连接阀口连接，以使多个所述第三导流管依次连通。

根据本申请的一实施方式，其中所述控制阀为三通阀。

根据本申请的另一方面，提供一种机器人，所述机器人包括气动设备并外接有高压供气设备，所述高压供气设备通过上述的气动系统向气动设备供气。

根据本申请的一实施方式，其中还包括：

机座，开设有装配腔及与装配腔连通的第一通孔及第二通孔，所述控制阀设置于所述装配腔内，所述第一导流管由所述高压供气设备穿过所述第一通孔向所述装配腔延伸，所述第二导流管由所述控制阀另一连接阀口穿过所述第二通孔向所述气动设备延伸；

第一驱动组件，所述第一驱动组件设置于所述装配腔内，所述泄压阀口面向所述驱动组件；

机械臂，所述机械臂的一端连接于所述驱动组件，所述机械臂的另一端与所述气动设备连接。

根据本申请的一实施方式，其中还包括：

多个依次连接的所述机械臂，位于端部的一个所述机械臂与所述第一驱动组件连接，位于另一端的所述机械臂与所述气动设备连接；

多个第二驱动组件，相邻所述机械臂之间通过第二驱动组件装配连接；

多个所述控制阀，至少一个所述控制阀设置于所述装配腔内对应所述第一驱动组件；

多段第三导流管，所述第三导流管两端分别与两个所述控制阀的所述连接阀口连接，其中一个所述第三导流管与所述第二通孔连接，以使多个第三导流管、多个所述控制阀依次串联连通，并与所述第一导流管及所述第二导流管构成气动流体通道，其中至少一个所述控制阀的所述泄压阀口面向一个所述第二驱动组件。

根据本申请的一实施方式，其中还包括安装架，所述安装架开设有安装腔，所述第二驱动组件设置于所述安装腔内，所述第三导流管连通相邻两个安装腔，且至少一个所述控制阀的所述泄压阀口面向所述安装腔。

根据本申请的一实施方式，其中还包括多个接头，所述接头设置于所述第一通孔、所述第二通孔以及安装腔，以使所述第三导流管通过接头与所述安装腔密封连通，所述第一导流管通过所述接头与所述装配腔密封连通，所述第二导流管通过所述接头与所述装配腔密封连通。

根据本申请的一实施方式，其中还包括多个限位管，所述限位管的管道口径大于所述第二导流管的管径，其中一个所述限位管的一端与所述装配腔连通，另一端与靠近所述装配腔的所述安装腔连通，相邻的两个安装腔通过所述限位管连通，所述第三导流管沿所述限位管的管道内与相邻的两个安装腔内的对应的所述控制阀的连接阀口连接。

根据本申请的一实施方式，其中还包括所述限位管为柔性管，相邻两个安装架之间的所述限位管具有机械臂活动的位移余量。

由上述技术方案可知，本申请的一种气动系统及机器人的优点和积极效果在于：

一方面，可通过控制阀的两个连接阀口将第一导流管与第二导流管连通，使机器人外接的高压供气设备向机器人的气动设备供气，将气动流体通道作为机器人内部的气动系统，另一方面，可通过控制阀的泄压阀口，将高压供气设备提供的高压气体由泄压阀口排出，进而，可高压力气体压力降低时温度降低的特点，对待散热部件进行快速冷却，避免局部发热，提高机器人零配件的使用寿命及可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种气动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种气动系统的部分结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种气动系统的另一部分结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种机器人的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种机器人的另一结构示意图。

10、第一导流管；

20、第二导流管；

30、控制阀；31、连接阀口；32、泄压阀口；

40、第三导流管；

50、导流件；60、泄压管路；70、流量调节件；

1、机座；101、装配腔；102、第一通孔；103、第二通孔；

2、第一驱动组件；3、第一减速机；4、机械臂；5、第二驱动组件；6、安装架；601、安装腔；7、接头；8、限位管；9、丝杠；100、气动设备。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

机器人的使用已经被应用在越来越多的技术领域内，通过机器人带动气动设备100调整位置，并通过及其内部的气动系统带动气动设备100执行相应的生产操作是机器人常用的工作方式，SCARA(水平多关节)工业气动系统伺服电机工作时，存在发热情况，影响电机的性能和寿命，但在机器人在使用过程中，常会出现部分零件局部发热，热量无法散出，最终影响零件寿命，这就增加用户的使用成本。

本申请能够有效降低电机温度，提高电机的可靠性和使用寿命。

根据本申请的一个方面，提供了一种气动系统，包括：第一导流管10、第二导流管20及控制阀30，第一导流管10包括第一接口及第二接口，所述第一接口与机器人外接的高压供气设备连接；第二导流管20，包括第一连接口及第二连接口，所述第一连接口与机器人的气动设备100连接；控制阀30，包括两个连接阀口31及一个泄压阀口32，其中一个所述连接阀口31与第二接口连接，另一所述连接阀口31与第二连接口连接，所述泄压阀口32面向待散热部件，所述第一导流管10与所述第二导流管20通过所述控制阀30连接构成气动流体通道，所述高压供气设备通过所述气动流体通道为所述气动设备100供气。

参考图1-3所示，一方面，可通过控制阀30的两个连接阀口31将第一导流管10与第二导流管20连通，使机器人外接的高压供气设备向机器人的气动设备100供气，将气动流体通道作为机器人内部的气动系统，另一方面，可通过控制阀30的泄压阀口32，将高压供气设备提供的高压气体由泄压阀口32排出，进而，可高压力气体压力降低时温度降低的特点，对待散热部件进行快速冷却，避免局部发热，提高机器人零配件的使用寿命及可靠性。

其中，控制阀30可控制泄压阀口32面向待散热部件流出的气体的流量大小，已经控制泄压阀口32与连接发口的通断，以气动流体通道导通或通过泄压阀口32向待散热部件导出高压气体。利用高压气体在降压时温度降低的特点，对散热部件进行冷却降温。待散热部件可设置为机器人内的电机与减速机的位置，进而通过机器人内的高压气动流体通道一方面为气动设备100供气，另一方面可通过泄压阀口32对待散热部件进行快速冷却。

根据本申请的一实施方式，其中还包括导流件50，所述导流件50的一端与所述泄压阀口32连接，另一端延伸至所述待散热部件，所述导流件50围成导流通道，所述泄压阀口32的气体通过所述导流通道向所述待散热部件流动。导流件50可设置为由泄压阀口32向待散热部件一侧延伸且开口逐渐扩大的管件，以使高压气体在泄压的同时迅速降低待散热件的热量。

根据本申请的一实施方式，其中包括泄压管路60，所述泄压管路60连接于所述泄压阀口32与所述导流件50之间。通过泄压管路60对泄压阀口32与导流件50之间的位置进行灵活的调整，导流件50具有第一导流口及第二导流口，第一导流口与泄压管路60连接，第二导流口面向待散热件，将高压气体导向待散热件，进而提高对待散热件的散热精度。

根据本申请的一实施方式，其中还包括流量调节件70，所述流量调节件70设置于所述泄压阀口32与所述导流件50之间。泄压管路60和泄压管路60末端设置有倒流部件或/和流量、压力控制元件，倒流部件便于更好的对发热部件进行降温，流量、压力控制部件更好的控制气流量和压力。

根据本申请的一实施方式，其中包括多个第三导流管40及多个控制阀30，所述第三导流管40两端分别与两个所述控制阀30的所述连接阀口31连接，以使多个所述第三导流管40依次连通。通过多个第三导流管40将多个控制阀30连通，以使高压气体能够分布于不同的待散热件所在的位置，提供使用的灵活性。

其中，所述控制阀30为三通阀，三通阀具有流量调节作用，根据需要调节气流量、压力；一些情况下，进而根据需要定点、定量精准冷却发热部件；

根据本申请的另一方面，提供一种机器人，所述机器人包括气动设备100并外接有高压供气设备，所述高压供气设备通过上述的气动系统向气动设备100供气。

根据本申请的一实施方式，其中还包括：机座1、第一驱动组件2及机械臂4，机座1开设有装配腔101及与装配腔101连通的第一通孔102及第二通孔103，所述控制阀30设置于所述装配腔101内，所述第一导流管10由所述高压供气设备穿过所述第一通孔102向所述装配腔101延伸，所述第二导流管20由所述控制阀30另一连接阀口31穿过所述第二通孔103向所述气动设备100延伸，所述第一驱动组件2设置于所述装配腔101内，所述泄压阀口32面向所述驱动组件；所述机械臂4的一端连接于所述驱动组件，所述机械臂4的另一端与所述气动设备100连接。

通常情况下，SCARA机器人本体上设置有连通高压供气设备的气管和以及设置在机座1上的气管接头7。机器人需要配合丝杆末端的工装使用，通常情况下，工装是气动设备100，使用气动设备100时，通常需要将高压供气设备引出的导气管道直接与机械臂4一侧的气动设备100连接，以为气动设备100提供动源。

在本申请中，高压供气设备可依次通过第一导流管10、一个控制阀30、第三导流管40、另一控制阀30、第二导流管20与安装架6处的气管接头7接通，进而连通安装腔601对安装腔601的第二驱动组件5进行散热，高压气体通过依次通过第一导流管10、经过机座1上的接头7、控制阀30与装配腔101连通对装配腔101内的第一驱动组件2降温、第三导流管40、安装架6上的接头7与安装腔601内的控制阀30连通、之后再经过第二导流管20与气动设备100连接，以为气动设备100提供动力源。

参考图4-图5所示，根据本申请的一实施方式，其中还包括多个依次连接的所述机械臂4，位于端部的一个所述机械臂4与所述第一驱动组件2连接，位于另一端的所述机械臂4与所述气动设备100连接；及机器人还包括多个第二驱动组件5，相邻所述机械臂4之间通过第二驱动组件5装配连接，以及多个所述控制阀30，至少一个所述控制阀30设置于所述装配腔101内对应所述第一驱动组件2；以及多段第三导流管40，所述第三导流管40两端分别与两个所述控制阀30的所述连接阀口31连接，其中一个所述第三导流管40与所述第二通孔103连接，以使多个第三导流管40、多个所述控制阀30依次串联连通，并与所述第一导流管10及所述第二导流管20构成气动流体通道，其中至少一个所述控制阀30的所述泄压阀口32面向一个所述第二驱动组件5。进而，通过控制阀30对每个安装腔601内的第二驱动组件5进行降温，进一步减小机器人在使用过程中的热量集中。

泄压阀口32可与导流件50或流量调节件70连接，进而控制向第一驱动组件2导流的泄压后的冷却气体，达到快速降温的目的。安装腔601及装配腔101可有效的集中冷却气体，提供冷却气体与第一驱动组件2的热交换效率，进一步得，在机座1上开设流通气孔，经过与第一驱动组件2换热后的气体在经过流通气孔向外界导出。

根据本申请的一实施方式，其中机器人还包括多个安装架6，所述安装架6开设有安装腔601，多个所述安装架6与多个所述第二驱动组件5一一对应，所述第二驱动组件5设置于所述安装腔601内，所述第三导流管40连通相邻两个安装腔601，且至少一个所述控制阀30的所述泄压阀口32面向所述安装腔601。

根据本申请的一实施方式，其中还包括接头7组件，所述接头7组件包括多个接头7，多个所述接头7设置于所述第一通孔102、所述第二通孔103以及安装腔601，以使所述第三导流管40通过接头7与所述安装腔601密封连通，所述第一导流管10通过所述接头7与所述装配腔101密封连通，所述第二导流管20通过所述接头7与所述装配腔101密封连通。

根据本申请的一实施方式，其中还包括多个限位管8，所述限位管8的管道口径大于所述第二导流管20的管径，其中一个所述限位管8的一端与所述装配腔101连通，另一端与靠近所述装配腔101的所述安装腔601连通，相邻的两个安装腔601通过所述限位管8连通，所述第三导流管40沿所述限位管8的管道内与相邻的两个安装腔601内的对应的所述控制阀30的连接阀口31连接。

根据本申请的一实施方式，其中还包括所述限位管8为柔性管，相邻两个安装架6之间的所述限位管8具有机械臂4活动的位移余量。

具体的：本申请提出一种水平多关节工业气动系统气动、冷却二合一系统，利用其本身存在的气动系统中的高压气体，一方面增强气流的流通，对电机的冷却；另一方面根据热力学原理，高压力气体压力降低时温度降低的特点，对电机进行冷却。

在本申请的一个实施例中：

本申请提出一种水平多关节工业气动系统气动、冷却二合一系统，包括：气动系统压力源气管(相当于第一导流管10)、第一三通阀(相当于设置于装配腔101内的控制阀30)、第一泄压气管(相当于一个泄压管路60)、气动系统本体气管(相当于第三导流管40)、第二三通阀(相当于安装腔601内的控制阀30)、第二泄压管路60、气动设备100连接气管(相当于第二导流管20)、一些情况下，还包括：用于连接的接头7与控制阀30的转接气管以及设置于安装架6或机座1上的快换接头7。

当气动设备100需要高压气体时，高压气体依次经由气动系统压力源气管、第一三通阀、气动系统本体气管、第二三通阀、气动设备100连接气管，到达气动设备100。

当气动设备100需要释放高压气体时，高压气体依次经由气动设备100连接气管、第二三通阀、第二泄压管路60，将高压气体释放到机械臂4上的多个电机附近，对电机经冷却；

或者，高压供气设备产生的高压气体依次经由气动设备100连接气管、第二三通阀、气动系统本体气管、第一三通阀、第一泄压管路60，将高压气体释放到机座1处的电机附近，对电机进行冷却；

第一部分：SCARA气动系统结构及工作原理

如图1所示，SCARA气动系统，其包括机座1、第一电机、第一减速机3、第一机械臂4、第二减速机、第二电机、第二机械臂4、第三电机、第四电机、丝杆轴、丝杆母组件、花键母组件；

如图4所示，第一电机固定于机座1上；电机输出轴与第一减速机3连接构成第一驱动组件2；第二减速机的输入端与第二电机输出轴连接，输出端与第一机械臂4连接；第一机械臂4的一端与第一减速机3的输出端连接。在第一减速机3的减速作用下，第一电机驱动第一机械臂4及安装于其上的零部件，绕J1轴旋转运动。

如图4所示，第二电机安装在第二机械臂4上。第二减速机输入端与第二电机的输出轴连接，输出端与第一机械臂4连接。在第二减速机的减速作用下，第二电机驱动第二机械臂4及安装于其上的零部件，绕J2轴旋转运动；

如图4所示，第三电机安装在第二机械臂4上，第三电机驱动丝杠9螺母组件，丝杠9螺母组件与丝杆装配在一起，控制丝杆沿着J3轴往复直线运动，第四电机安装在第二机械臂4上，第四电机驱动花键螺母组件旋转运动，花键螺母与丝杆装配在一起，在丝杠9螺母的配合下可控制丝杆绕J4轴旋转运动。

SCARA气动系统上一般设置有气管系统，由快换接头7和气动系统本体气管组成，从机座1通向第二机械臂4。

需要说明的是工业气动系统很多时候需要配合末端的工装一起使用，一些工装采用的气动系统，因此气动系统内部通常布置了气管系统，方便气动系统的连接。如果气管设置在气动系统外部，当气动系统运动时，气管无法随着气动系统运动，受到拉扯。

第二部分：本申请——SCARA气动系统气动、冷却二合一系统

所述“气管”指气体流动通道，如“泄压气管”，亦可理解为泄压通道。

本申请提出一种水平多关节工业气动系统气动、冷却二合一系统，其包括：气动系统压力源气管、第一三通阀、第一泄压气管、气动系统本体气管、第二三通阀、第二泄压管路60、气动设备100连接气管。一些情况下，还包括：转接气管、快换接头7。

当气动设备100需要高压气体时，高压气体依次经由气动系统压力源气管、第一三通阀、气动系统本体气管、第二三通阀、气动设备100连接气管，到达气动设备100。当气动设备100需要释放高压气体时，高压气体依次经由气动设备100连接气管、第二三通阀、第二泄压管路60，将高压气体释放到第二机械臂4上的第二电机、第三电机、第四电机附近，对电机经冷却；或者，依次经由气动设备100连接气管、第二三通阀、气动系统本体气管、第一三通阀、第一泄压气管，将高压气体释放到机座11处的第一电机附近，对第一电机进行冷却；

如图1所示，气动系统压力源气管，一端连接在第一三通阀上，另一端接通在供给高压气体的设备上，气动系统压力源气管属于气动系统的外部设备，使用时，安装在第一三通阀上。

如图1所示，第一三通阀，其特征是：具有三个通道，三个通道可以根据情况，控制三个通道的开、关状态；气动设备100需要高压气体时，气动系统压力源气管、第一三通阀、气动系统本体气管连通，第一泄压气管与第一三通阀之间的通道封闭；当气动设备100需要释放压力时，第一三通阀、第一泄压气管、气动系统本体气管之间连通，第一三通阀和气动系统压力源气管之间封闭。

第二三通阀，其具有与第一三通阀相同的功能，不同之处在于其开、关的状态。

例如，一些情况，使用气动设备100释放的气体，同时给第一电机和第二电机、第三电机、第四电机降温时，第二三通阀的三个通道均为打开状态，第一三通阀与第一泄压气管、气动系统本体气管之间通道为打开状态，气动系统压力源气管与第一三通阀之间的通道为关闭状态。

一些情况下，气动设备100泄压排放的气体无法满足电机冷却需求，可使用高压气体供给设备供给的高压气体来冷却电机。此时，第二三通阀与气动设备100连接气管之间的通道关闭，与第二泄压管路60、气动系统本体气管之间的通道打开，第一三通阀的三个通道全部打开。

同样的，通过对第一三通阀和第二三通阀的控制，也可以有选择的对第一电机和第二、三、四电机进行冷却。

如图4所示，第一泄压气管，其安装在第一三通阀上，或与第一三通阀一体。其末端可根据需要安装一些导流装置，便于更好的对电机进行冷却。

如图4所示，第二泄压管路60，其安装在第二三通阀上，或与第二三通阀一体。其末端可根据需要安装一些导流装置(例如，转接三个通道，分别贴近第二、三、四电机)，便于更好的对电机进行冷却。

如图4所示，气动设备100连接气管(相当于第二导流管20)，与第二三通阀连接，供给气动设备100高压气体，另一端接在气动设备100上。气动设备100连接气管属于气动系统外部设备，有需要时，才将其装配在系统中。

如图5所示，一些情况下，第一三通阀与气动系统压力源气管、第二三通阀与气动设备100连接气管之间需要通过快换接头7和转换气管进行连接。

通常情况下，SCARA机器人本体上设置有气管和气管接头7。机器人需要配合丝杆末端的工装使用，通常情况下，工装是气动设备100，使用气动设备100时，需要将压力源气管接通在机座1处的气管接头7上，工装通过气管与第二机械臂4处的气管接头7接通，高压气体通过一次通过压力源气管、气管接头7(机座1处)、本体气管、气接头7(第二机械臂4处)、气管通入工装。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。