[發(fā)明專利]一種設(shè)有平衡裝置的重載機(jī)械臂垂直軸結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710310549.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN107139210A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文龍;王新;張家興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱思哲睿智能醫(yī)療設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及機(jī)械臂。

背景技術(shù)

隨著機(jī)械臂在先進(jìn)領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用，與常規(guī)工業(yè)機(jī)械臂比較，該類機(jī)械臂的垂直軸負(fù)載承受力能及安全性要求更高，體現(xiàn)在：更輕質(zhì)量、更高負(fù)載/自重比、更高安全系數(shù)等。在此要求下，負(fù)載平衡裝置，對(duì)重載機(jī)械臂的垂直軸結(jié)構(gòu)性能非常重要。

在常規(guī)工業(yè)器人中，垂直軸向負(fù)載的平衡方式可大致分為：彈簧式、配重式、氣壓式、以及液壓式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題：如何使重載機(jī)械臂垂直軸的平衡裝置簡單化、輕量化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種設(shè)有平衡裝置的重載機(jī)械臂垂直軸結(jié)構(gòu)，包括與重載機(jī)械臂連接的升降部件、與所述升降部件配合的固定部件、用于驅(qū)動(dòng)所述升降部件相對(duì)所述固定部件運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力組件；所述動(dòng)力組件包括與所述固定部件固定連接的驅(qū)動(dòng)件、與所述升降部件連接的動(dòng)作件，動(dòng)作件與驅(qū)動(dòng)件配合，驅(qū)動(dòng)件驅(qū)使動(dòng)作件升降；所述平衡裝置包括支撐所述動(dòng)作件的彈性組件，該彈性組件設(shè)置在所述固定部件上。

按上述技術(shù)方案，所述平衡裝置的平衡原理如下：設(shè)動(dòng)力組件(通過驅(qū)動(dòng)件)受至向上的軸向支撐力為F1，動(dòng)力組件通過動(dòng)作件受到彈性組件的支撐，固定部件通過彈性組件對(duì)動(dòng)作件產(chǎn)生一個(gè)向上的軸向支反力為F2，重載機(jī)械臂和升降部件的重力為G。上述三力形成平衡，符合公式G＝F1+F2。其中G可認(rèn)為不變，從而可知，設(shè)計(jì)彈性組件的彈力，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹Х戳2，可有效的減小動(dòng)力組件所受的軸向支撐力F1，從而減小動(dòng)力組件驅(qū)動(dòng)源的功率，縮減結(jié)構(gòu)尺寸重量，增加負(fù)載/自重比；同時(shí)，因驅(qū)動(dòng)件與固定部件的受力減小，機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)也得到提高。

所述升降部件包括外升降立柱，所述固定部件包括底座和設(shè)置在所述底座上的固定定位立柱，所述固定定位立柱活動(dòng)插設(shè)在所述升降立柱內(nèi)，所述動(dòng)力組件位于外升降立柱和固定定位立柱的腔體內(nèi)，所述平衡裝置位于固定定位立柱的腔體內(nèi)，彈性組件的底端設(shè)置在所述底座上。按上述設(shè)計(jì)，動(dòng)力組件和平衡裝置設(shè)置在外升降立柱和固定定位立柱的內(nèi)部，有效縮減重載機(jī)械臂垂直軸結(jié)構(gòu)的尺寸。

所述驅(qū)動(dòng)件為滾珠絲杠副的絲母，所述動(dòng)作件為滾珠絲杠副的絲杠，絲杠的頂部支撐端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)安裝在升降立柱的頂部，所述絲杠向下伸入固定定位立柱的腔體，與設(shè)置在固定定位立柱腔體內(nèi)的絲母配合。絲杠的中心線豎直設(shè)置，絲杠的中心線與外升降立柱的中心線、固定定位立柱的中心線重合。

所述彈性組件包括與絲杠底部浮動(dòng)端連接的絲杠支撐導(dǎo)向座、支撐所述絲杠支撐導(dǎo)向座的平衡彈簧、支撐所述平衡彈簧的彈簧下部支撐座，彈簧下部支撐座設(shè)置在所述底座上。

按上述對(duì)驅(qū)動(dòng)件、動(dòng)作件、彈性組件的說明，未設(shè)計(jì)平衡裝置之前，重載機(jī)械臂和升降部件的重力由絲母承擔(dān)，設(shè)計(jì)了平衡裝置后，所述平衡裝置分擔(dān)了絲母所受的壓力。具體原理如下：設(shè)絲杠(通過絲母)所受向上軸向力為F1；通過絲杠支撐導(dǎo)向座與絲杠的浮動(dòng)端的連接，底座對(duì)絲杠產(chǎn)生一個(gè)向上的軸向支反力為F2；重載機(jī)械臂和升降部件的重力為G。上述三力形成平衡，符合公式G＝F1+F2。其中G可認(rèn)為不變，從而可知，設(shè)計(jì)平衡彈簧，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹Х戳2，可有效的減小絲杠所受軸向力F1，從而減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，縮減結(jié)構(gòu)的尺寸重量，增加負(fù)載/自重比；同時(shí)，因絲母與固定定位立柱之間的受力減小，整個(gè)機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)也得到提高。

所述絲杠支撐導(dǎo)向座包括與固定定位立柱腔體內(nèi)側(cè)壁滑動(dòng)配合的滑動(dòng)部、與絲杠樞接的樞接孔。所述絲杠通過軸承插設(shè)在所述樞接孔中，由于所述滑動(dòng)部與所述固定定位立柱腔體內(nèi)側(cè)壁滑動(dòng)配合，因此，所述絲杠支撐導(dǎo)向座不會(huì)隨動(dòng)于旋轉(zhuǎn)的絲杠，所述絲杠支撐導(dǎo)向座可沿所述固定定位立柱腔體內(nèi)側(cè)壁上下滑動(dòng)。

本發(fā)明將平衡裝置設(shè)計(jì)在固定定位立柱的內(nèi)部，且平衡力與絲杠負(fù)載在同一豎直中心線上，對(duì)垂直軸外觀無影響，平衡裝置所需反作用力小。

本發(fā)明所述平衡裝置不同于氣(液)壓平衡方式，本發(fā)明的平衡裝置無氣(液)壓缸、控制閥等，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。

本發(fā)明所述平衡裝置也不同于配重平衡的方式，本發(fā)明所述平衡裝置不需要增加較大配重質(zhì)量，或者滑輪鋼絲繩等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較其他方式最大的優(yōu)點(diǎn)在于：將平衡裝置設(shè)計(jì)在垂直軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，且平衡力與負(fù)載在同一豎直中心線上；相比于會(huì)使垂直軸的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、占用更多空間、質(zhì)量也更大的氣(液)壓平衡或配重平衡的方式，本發(fā)明使整個(gè)垂直軸結(jié)構(gòu)精簡且輕量化。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：