[發明專利]柔順恒力支撐機構

有效

• 申請號: 201210002700.5
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102537610A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 陳貴敏;張守銀;李庚
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: F16M11/20
• 分類號: F16M11/20;A61H3/00
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術領域

本發明屬于柔順機構領域，涉及一種柔順恒力支撐機構，具有結構簡單、制造方便、造價低、使用可靠等特點，可用于很多需要恒定力支撐的場合，比如醫療、家電、交通、建筑、冶金等領域的機械產品中。

背景技術

恒力機構在一個較大的運動輸入范圍內其輸出端產生的反力是基本不變的。當前的恒力機構一般都是剛性恒力機構，如CN101652594?A，CN?101545562?A等，都是通過改變線彈性彈簧或蝶形彈簧作用的矩來實現恒力，或通過組合線彈性彈簧亦或蝶形彈簧于不同方位上，當輸出端按指定方向運動時，一個（或一部分）彈簧變形增大，同時另一個（或另一部分）彈簧的變形減小，使得相互補償后輸出端產生的總體反力基本保持恒定。受機構的復雜性及重量的限制，當前的恒力機構大多用于吊架與支架等工程領域，而在生活領域很少應用，比如用于下肢受傷病人的醫療器械均為剛性機構，CN?2128879Y，CN?2885222Y等，均未考慮柔順恒力機構的應用，且使用時只能躺著或坐著，大大降低了便利性、舒適性及康復活動的主動性；又如常見的電腦顯示器支座或大型電子顯示屏大都是用剛性機構支撐，使其無法得到在某些場合所需的上下移動，降低了實用性，而有可移動性的支座CN?101178944A?，結構復雜，大大降低了支座的簡易性及經濟性。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單、造價低廉、穩定性好的柔順恒力支撐機構，該機構可以在一定的位移范圍內實現恒定力輸出來支撐其他物體，如用于康復器械支撐下肢受傷病人的上身重量、用于顯示器的支撐座等。

本發明所采用的技術方案是：柔順恒力支撐機構，其特征是：它將柔性桿、剛性桿按順序與導向塊固結形成組合桿，所述的柔性桿包括第一柔性桿、第二柔性桿、第三柔性桿、第四柔性桿；剛性桿包括第一剛性桿和第二剛性桿；第一柔性桿、第二柔性桿跨接在第一剛性桿的兩端構成第一柔性單元；第三柔性桿、第四柔性桿跨接在第二剛性桿的兩端構成第二柔性單元；第一柔性單元和第二柔性單元串接。

所述的組合桿一端固結于框架、另一端固結于滑塊，其中各桿軸線與導軌長度方向的中心線平行，滑塊在導軌中運動；外力F使滑塊在導軌中運動時，組合桿產生一個大小恒定的支撐反力，實現位移段內對物體的恒定支撐。

所述的框架和導軌是固定和限制組合桿運動的結構體，框架和導軌或連接為一體，形成上下結構；或上下分開獨立固定。

所述的組合桿輸出恒力大小與柔性桿的截面形狀和長度以及有剛性桿的長度有關，截面大，輸出恒力大；截面小，輸出恒力小；長度長，輸出恒力小；長度短，輸出恒力大。

所述的第一柔性單元和第二柔性單元之間可以直接串接或通過導向塊串接。

所述的柔性桿的長度是指柔性桿的兩端固結點之間發生彎曲變形段的長度；剛性桿的長度是指機構中不發生柔性變形段的長度。

所述的柔性桿在機構運動過程中發生彎曲變形，剛性桿在機構運動過程中無彎曲、扭轉等變形。

所述的組合桿以單組連接在導軌與框架之間，或多組并聯連接在導軌與框架之間，多組組合桿共用一個導向塊，使柔性桿和剛性桿在不受外力時平行。

所述的組合桿兩端固結連接點上，接點一端或兩端受平行于組合桿軸線方向的外力F后，使組合桿產生一個大小恒定的支撐反力，作用在兩端固結的連接點上或實現對其中一個連接點的恒定支撐。

本發明的有益效果是：成功地實現了柔順恒力支撐機構。其特征是：滑塊在導軌中滑動，滑塊的一端連接組合桿，組合桿由柔性桿和剛性桿按一定長度和順序與導向塊組合而成，另一端固結在框架上，當外力施加于滑塊上，使滑塊向框架的方向運動時，組合桿提供一個恒定的支撐反力，實現了柔順恒力支撐機構在一定的位移范圍內輸出恒定力來支撐其他物體，且機構運動時將外力做的功儲存在柔性部件中，當有形變的柔性件恢復原形時會將儲存的能量全部釋放，能量損失極小。改變組合桿中柔性桿和剛性桿的長度或柔性桿的截面時，可改變支撐力的大小以適用于各種需求。

由于這種柔順恒力支撐機構結構簡單、制造容易、攜帶便利，可以用于需要恒力輸出的場合與領域，比如不同身高及體重的下肢受傷病人在康復過程中對上體支撐的實現、對電腦顯示器可移動支撐的實現、用作機器人腿部來支撐上體的實現，以及健身器材中恒定力的實現、醫療外科手術過程中肢體輔助支撐的實現、在機械加工過程中恒定夾持力的實現、檢測或測量時恒定接觸力的實現、工程中吊架或支撐架的實現等。

附圖說明

下面結合實施例附圖對本發明做進一步說明：

圖1是柔順恒力支撐機構的結構示意圖；