CN103298729A

CN103298729A - 重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置

Info

Publication number: CN103298729A
Application number: CN2012800044314A
Authority: CN
Inventors: 浅井胜彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-09-11
Also published as: WO2012164802A1; US9428366B2; JP5479653B2; US20130180804A1; JPWO2012164802A1

Abstract

连杆(6)的两端沿轴向移动自如地安装于通过基座(2)的基准点并交叉的两根轴(3a、3b)，利用空气促动器(30)的内部空间(32)的气压将连杆的一端朝向基准点按压，以通过对内部空间相对于连杆的一端的一端位置的容积变化进行外推而求得的容积为零的状态下的连杆的一端位置与基准点之间的间隔(A-B)成为连杆两端间的距离(D-E)以上的方式，使连杆的一端能够移动，通过连结部(31)连结相对于基座能够沿铅垂方向移动的升降部(15)与连杆的另一端。

Description

重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置

技术领域

本发明涉及在利用压缩气体的压力进行重力补偿的装置中，通过使用连杆而削减气体消耗量的重力补偿装置、以及使用该重力补偿装置的升降装置。

背景技术

作为用于补偿物体的重力而使物体上下移动时的负担减少的方法，在配重或者恒负荷弹簧这样的基本方法以外，也考虑其他方案(例如，参照专利文献1～2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3794743号公报

专利文献2：日本专利第4144021号公报

发明要解决的问题

然而，作为重力补偿的手段，在使用配重或者恒负荷弹簧以及使用了弹簧等弹性体的结构的情况下，为了应对物体所产生的负载重量的变化而伴随有零件的更换或者结构的变更等，从而伴随有困难。此外，在负载重量增加的状态下，成为向弹性体增加了力的状态，因此，进一步使应对变得困难。此外，在利用气压缸进行补偿的情况下，通过调节气压缸内的空气量而容易应对负载重量的变化，但在以往的结构中，存在有每次发生位置变化时都需要进行空气的吸气排气，使气体消耗量增多这样的课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供容易应对负载重量的变化、并且不需要伴随位置变化的气体消耗的重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的技术方案以如下方式构成。

根据本发明的一个技术方案，提供一种重力补偿装置，包括：

基座；

连杆，其一端与另一端分别沿轴向移动自如地安装于两根轴，所述两根轴分别通过在所述基座上设置的第一基准点并以形成某角度的方式交叉；

空气促动器，其固定于所述基座并具有可动部，该可动部利用工作缸的内部空间的气压，以将所述连杆的所述一端在一端位置与另一端位置之间朝向所述第一基准点进行按压的方式进行移动，并且与所述连杆的所述一端连结，当所述连杆的所述一端成为位于通过所述第一基准点的所述两根轴中的一根轴上的第二基准点的位置时，所述可动部的位置处于通过外推所述内部空间的容积变化而求得的所述内部空间的容积为零的状态，限定所述可动部的动作范围，使得所述第一基准点和所述第二基准点之间的间隔与所述连杆的所述一端和所述另一端之间的距离大致相等、或者超出所述连杆的所述一端和所述另一端之间的距离；

升降部，其能够相对于所述基座沿铅垂方向进行移动；以及

连结部，其连结所述连杆的所述另一端与所述升降部，使得所述空气促动器的所述内部空间的膨胀与所述升降部的上升连动，

所述重力补偿装置对与所述升降部相关的重力进行补偿。

发明效果

根据本发明的技术方案，由于由内部压力引起的空气促动器的产生力经由连杆而传递到升降部，因此能够降低与空气促动器的位移相伴的产生力的变化对作用于升降部的力造成的影响，所述连杆的各端分别沿轴向移动自如地限制于两根轴。即，根据本发明的技术方案，在空气促动器内的气体量保持恒定的状态下，即使升降部的位置发生变化也能够补偿重力。因此，能够通过调节空气促动器内的气体量而容易应对负载重量的变化、且无须伴随升降部的位置变化而消耗气体。

附图说明

本发明的上述技术方案、其他目的以及特征由与附图所涉及的优选实施方式相关的下述记载而变得清楚。在附图中，

图1是表示第一实施方式的重力补偿装置的概略的图，

图2是表示第一实施方式的力的转换的样子的示意图，

图3是表示第一实施方式的活塞位移率x与活塞的驱动力F1之间的关系的图，

图4是表示在第一实施方式中活塞位移率x与由连杆进行转换后的力F₂之间的关系通过长度尺寸L进行变化的样子的图，

图5是表示在第一实施方式中活塞位移率x与以活塞位移最大时的力进行了标准化的、由连杆进行转换后的力(标准化的F₂)之间的关系通过尺寸L进行变化的样子的图，

图6是表示在第一实施方式中活塞位移率x与由连杆进行转换后的力F₂之间的关系通过长度尺寸m进行变化的样子的图，

图7是表示在第一实施方式中活塞位移率x与以活塞位移最大时的力进行了标准化的、由连杆进行转换后的力(标准化的F₂)之间的关系通过长度尺寸m进行变化的样子的图，

图8是表示在第一实施方式中活塞位移率x与由连杆进行转换后的力F₂之间的关系通过角度φ进行变化的样子的图，

图9是表示在第一实施方式中活塞位移率x与以活塞位移最大时的力进行了标准化的、由连杆进行转换后的力(标准化的F₂)之间的关系通过角度φ进行变化的样子的图，

图10是对于在第一实施方式中活塞位移率x与由连杆进行转换后的力F₂之间的关系，示出因活塞位移最大时的压力而产生的误差差异的图，

图11是表示使用了第一实施方式中的重力补偿装置的升降装置的概略的立体图。

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明实施方式。

在对实施方式进行说明之前，对本发明的各种技术方案进行说明。

根据本发明的第一技术方案，提供一种重力补偿装置，包括：

基座；

升降部，其能够相对于所述基座沿铅垂方向进行移动；以及

所述重力补偿装置对与所述升降部相关的重力进行补偿。

根据这样的结构，由于由内部压力引起的空气促动器的产生力经由连杆而传递到升降部，因此能够降低与空气促动器的位移相伴的产生力的变化对作用于升降部的力造成的影响，所述连杆的各端分别沿轴向移动自如地限制于两根轴。即，根据本发明的第一技术方案，在空气促动器内的气体量保持恒定的状态下，即使升降部的位置发生变化也能够补偿重力。因此，能够通过调节空气促动器内的气体量而容易应对负载重量的变化、且能够消除伴随升降部的位置变化的气体消耗。

根据本发明的第二技术方案，在第一技术方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，还设有调节所述空气促动器内的气体量的气体量调节部。

根据这样的结构，空气促动器内的气体量即使在动作中也能够进行自由调节，因此能够进一步容易应对负载重量的变化。

根据本发明的第三技术方案，在第二技术方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，还设有推定所述空气促动器内的所述气体量的气体量推定部。

根据这样的结构，由于能够正确地进行气体量的调节，因此能够进一步容易应对负载重量的变化。

根据本发明的第四技术方案，在第一技术方案～第三技术方案中的任一方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，还设有对作用于所述空气促动器的周边大气压给按压力造成的影响进行补偿的大气压补偿部。

根据这样的结构，能够消除大气压的影响，因此即使在低压下进行动作的情况下，也可以无误差地进行重力补偿。

根据本发明的第五技术方案，在第四技术方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，所述大气压补偿部是与所述空气促动器的所述可动部连接的重物。

根据这样的结构，通过简单的结构就能够进行大气压的补偿。

根据本发明的第六技术方案，在第四技术方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，所述大气压补偿部是对所述基座与所述空气促动器的所述可动部进行连接的恒负荷弹簧。

根据本发明的第七技术方案，在第一技术方案～第三技术方案中的任一方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，与所述空气促动器的所述内部空间的压力之间的差压和所述空气促动器的产生力成比例的压力、即空间的压力为大致真空。

根据这样的结构，能够消除大气压的影响，因此即使在低压下进行动作的情况下也可以无误差地进行重力补偿。

根据本发明的第八技术方案，在第一技术方案～第七技术方案中的任一方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，所述空气促动器是活塞以及工作缸机构。

根据这样的结构，能够容易求出空气促动器的位移与内部压力之间的关系，从而能够获得误差小的重力补偿装置。

根据本发明的第九技术方案，在第一技术方案～第七技术方案中的任一方案的基础上提供一种重力补偿装置，其中，所述空气促动器是叶片式液压马达与齿轮齿条副机构的组合。

根据本发明的第十技术方案，提供一种升降装置，包括第一技术方案～第九技术方案的任一方案中记载的重力补偿装置以及设于所述重力补偿装置并使所述升降部升降的垂直驱动部。

根据这样的结构，能够构成具备上述第一技术方案～第九技术方案的任一方案中记载的重力补偿装置的升降装置，从而能够获得可实现上述重力补偿装置的作用效果的升降装置。

以下，参照附图，对本发明的实施方式涉及的重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置进行说明。

(第一实施方式)

图1表示本发明的第一实施方式的重力补偿装置1的概略。重力补偿装置1构成为包括框架2、连杆6、空气促动器30、升降部15以及连结部31，对与升降部15相关的重力进行补偿。

在图1的重力补偿装置1中，附图标记2是作为基座的一个例子的弯曲为L字状的框架。附图标记3a、3b、3c是分别固定于框架2的第一导轨～第三导轨。第一导轨3a以及第二导轨3b是在通过设于框架2的弯曲部分的第一基准点A的沿上下方向的纵轴以及沿水平方向的横轴上各自固定配置于框架2、并且成为某一规定的角度而交叉的两根轴的一个例子。作为一个例子，该角度在图1中为90度，但通常在70度～100度的范围内。在图1中，使第二导轨3b延伸配置，直至与第一导轨3a的轴向交叉的位置，在第二导轨3b上配置有第一基准点A。

第三导轨3c与第一导轨3a平行地沿上下方向固定配置于框架2。

在第一导轨3a上卡合有第一滑块4a，在第二导轨3b上卡合有第二滑块4b，使得第一滑块4a及第二滑块4b各自沿轴向自由移动，并且不会从各自的导轨脱落。在第三导轨3c上卡合有作为升降部的一个例子的升降板15，使得该升降板15沿轴向自由移动，并且不会从第三导轨3c脱落。在第一滑块4a处设有第一销5a，在第二滑块4b处设有第二销5b。作为连杆的一个例子的杆6的两端分别旋转自如地安装于第一销5a、第二销5b，如图1所示，将一端位置UP与另一端位置LP之间的动作范围内的第一滑块4a的垂直移动转换为第二滑块4b的水平移动。第二滑块4b的移动范围是在图1中双点划线所图示的左端的第二滑块4b与右端的第二滑块4b之间。

空气促动器30在框架2的第一导轨3a与第三导轨3c之间沿上下方向配置。活塞9以及工作缸10构成作为空气促动器30的一个例子的活塞以及工作缸机构。在由活塞9与工作缸10的内表面围成的上侧的内部空间32中，储存有作为气体的一个例子的空气。利用该气体的压力，在作为可动部的一个例子发挥功能的活塞9处产生图1的朝向下方向的按压力(即，将连杆6的一端(第一销5a)在一端位置UP与另一端位置LP之间朝向第一基准点A进行按压这样的力)。在活塞9的活塞杆9a的上端固定第一连接板7a，使活塞杆9a与第一连接板7a一体地移动。该第一连接板7a也固定于第一滑块4a，第一滑块4a与第一连接板7a也一体地移动。因此，活塞杆9a、第一连接板7a以及第一滑块4a一体地移动。第二连接板7b固定于第二滑块4b，与第二滑块4b一体地移动。对于活塞9的驱动力经由活塞9的活塞杆9a以及第一连接板7a向第一滑块4a传递，然后，经由第一销5a、杆6、第二销5b、第二滑块4b，向第二连接板7b传递。工作缸10在相对于框架2使活塞9处于上限位置、即活塞9与工作缸10的上侧内表面接触而使内部空间32的容积变为0时，将第一销5a的位置固定在成为第二基准点B的位置，所述第二基准点B位于通过第一基准点A的两个导轨3a、3b中的一方的第一导轨3a上。沿第一导轨3a的轴向的点A-点B之间的距离成为杆6的两端间距离、即第一销5a与第二销5b之间的距离以上。在图1中，作为一个例子，点A-点B之间的距离(AB)是第一销5a与第二销5b之间的距离(DE)的1.05倍，通常，从顺畅地进行动作的观点来说，优选处于1.0倍～1.05倍的范围内。因此，第一基准点A与第二基准点B之间的距离AB构成为与连杆6的一端的第一销5a与另一端的第二销5b之间的距离DE大致相等或者超出该距离DE。此外，利用在活塞杆9a的上方且固定于框架2的上端止动销16a与固定于工作缸10的下端止动销16b，对活塞9的动作范围进行限定。即，活塞9的下端位置LP是活塞9的活塞板9b与下端止动销16b接触的位置，活塞9的上端位置UP是活塞杆9a的上端的第一连接板7a与上端止动销16a接触的位置。活塞9位于上端位置UP时的第一销5a的位置成为比第二基准点B靠第一基准点A侧的位置，在图1中，作为一个例子，以距离AB的0.13/2.1倍设于比第二基准点B靠第一基准点A侧的位置。

在第一连接板7a上承载有作为大气压补偿部的一个例子的重物8，补偿作用于活塞9的周边大气压对按压力的影响。重物8的质量设定为使通过有助于活塞9的驱动力的面积、具体来说是从活塞板9b的面积减去活塞杆9a的截面积而成的面积与大气的绝对压力之积来求得的力，与作用于重物8的重力相等。这样的话，去除了活塞9的驱动力中的大气压的影响，使活塞9的驱动力与储存于内部空间32的空气的绝对压力呈比例。根据这样的结构，能够以简单的结构来消除大气压的影响，因此在低压下进行动作的情况下也可以无误差地进行重力补偿。

第二连接板7b与升降板15通过作为连结部31的一个例子的线以及滑轮传递系统进行连结，使空气促动器30的内部空间32的膨胀与升降部15的上升进行连动。线以及滑轮传递系统31由第一线11a、第二线11b、第一滑轮12a、第二滑轮12b、可动滑轮13以及固定销14构成。第一线11a的一端固定于第二连接板7b，经由旋转自如地配置于框架2的弯曲部的第三导轨3b的下端附近的第一滑轮12a，另一端固定于可动滑轮13的旋转轴。通过这样配置，通过第一线11a将第二连接板7b与可动滑轮13连接起来，以使第二连接板7b的水平方向的位移转换为可动滑轮13的垂直方向的位移。第二线11b的一端固定于在工作缸10的上方附近固定的固定销14，经由可动滑轮13，并且经由旋转自如地配置在第三导轨3b的上端附近的第二滑轮12b，另一端固定于升降板15。通过这样配置，经由可动滑轮13与固定于框架2的滑轮12b，通过第二线11b将固定销14与升降板15连接起来。利用这样的结构，将可动滑轮13的朝向下方向的位移放大为两倍，转换为升降板15的朝向垂直方向的上方向的位移。

作为气体量调节部的一个例子的空气量调节阀101通过配管102与压力源103、大气开放口104、工作缸10的上侧的内部空间32连接。因此，通过空气量调节阀101的切换操作，将来自压力源103的压缩空气经由配管102向工作缸10的上侧的内部空间32内供给，或者，将工作缸10的上侧的内部空间32内的空气经由配管102向大气开放口104排出，从而能够调节工作缸10的上侧的内部空间32内的空气量。通过对空气量调节阀101进行切换操作，能够在任意时机使工作缸10的上侧的内部空间32内的空气量发生变化，因此能够使活塞9的驱动力自由地变更。作为压力源103，能够使用压缩机或者储存有压缩空气的罐等。从能够提供必要的压缩空气这点来说，作为压力源103而使用压缩机的情况是理想的。这样，根据配置空气量调节阀101的结构，使空气促动器30内的气体量即使在动作中也能够自由调节，因此能够更容易地应对负载重量变化。

作为气体量推定部的一个例子的空气质量显示器105对工作缸10的上侧的内部空间32推定气体量。具体来说，空气质量显示器105根据测量第一滑块4a的位移的非接触位移仪106的输出与活塞9的截面积(准确来说，从活塞板9b的面积减去活塞杆9a的截面积而成的面积)来计算工作缸10的上侧的内部空间32的容积V。然后，利用压力计107对工作缸10的内部空间32的绝对压力P进行测量，利用温度计108对工作缸10的内部空间32的空气的绝对温度T进行测量。基于计算出的容积V、利用压力计107测量出的绝对压力P以及利用温度计108测量出的空气的绝对温度T，将空气的气体常量作为R，在质量显示器105通过PV/(RT)来计算空气质量，并将其显示于空气质量显示器105。根据这样的结构，能够利用空气质量显示器105正确地进行气体量的调节，因此能够进一步容易应对负载重量变化。

接下来，说明该重力补偿装置1的作用。

图2是表示力的转换的样子的示意图。图2中的点D以及点E分别与对应于杆6的两端的第一销5a以及第二销5b的位置对应。点C与图1中动作范围的下限处的第一销5a的位置对应。点A以及点B分别与图1中的点A以及点B对应。点B表示空气促动器30的内部空间32的容积为零、即在图1中活塞9与工作缸10的上侧内表面接触时的第一销5a的位置。但是，当由于配管102的容积大到不能忽略等原因，即使活塞9与工作缸10的上侧内表面接触也不能使内部空间32的容积变为零时，空气促动器30中的点B的位置也可以是通过外推动作范围内的工作缸10的内部空间32的容积变化来求得的假想的位置。在图2中，长度L表示点A-点C之间的距离。长度m表示点B-点C之间的距离。伴随活塞9的动作而变化的点B-点D之间的距离通过长度mx进行表示。在此，系数x取值0～1，x＝0时点B与点D的位置一致。x＝1时点D与点C的位置一致，活塞9位于动作范围的下限。

对于活塞9进行动作时的系数x的下限值，如后所述，为了使重力补偿力的变化变小，利用上端止动销16a等例如限制为x＝0.13。在这种情况下，0.13≤x≤1成为动作范围。在图1中，活塞9位于上端位置UP的情况与x＝0.13对应，活塞9位于下端位置LP的情况与x＝1对应。即，即使与x＝0相当的点B的位置是假想的位置，在活塞9与工作缸10的上侧内表面接触的位置相当于系数x的下限值(例如0.13)以下的情况下，不会产生结构上的问题。

需要说明的是，对于图2中的长度L、长度m，以杆6的两端间距离由L+1进行表示的方式设为被正规化的值，在以下的说明中也进行相同处理。在图1的情况下，作为一个例子，使L＝1，m＝1.1。

使用图2的示意图，对重力转换装置1中的重力补偿力进行说明。

当活塞9的驱动力作为朝向点A的力F₁而作用于点D时，在点E处沿第二导轨3b的轴向作用力F₂。对于力F₂与力F₁的大小之比，使用点C、点D、点E所形成的角度θ与点E、点A、点C所形成的角度φ(图1的情况下，作为一个例子为90°(度))，表示为F₂/F₁＝tanθsinφ-cosφ。此外，系数x的值表示为1-[(L+1)(cosθ+sinθ/tanφ)-L]/m。x＝1时，角度θ为最大值θ_max，满足cosθ_max+sinθ_max/tanφ＝L/(L+1)。在φ≥90°时，角度θ的最小值θ_min为0，φ＜90°时θ_min＝90°-φ。当确定角度φ与长度L时，能够求得θ_min与θ_max。通过在θ_min～θ_max的范围内使角度θ变化并且求得各个值下的F₂/F₁与系数x，能够求得系数x与F₂/F₁的关系。

接下来，对作用于点D的活塞9的驱动力F₁进行描述。图3中示出工作缸10的上侧的内部空间32内的空气量为恒定时的、活塞9的位移率x与活塞9的驱动力F₁之间的关系。其中，对于活塞9的位移mx，作为相对于m的位移的比率，利用使用系数x的位移率进行表示。上述情况在以下的图中也是相同的。此外，活塞9的位移方向(活塞杆9a的轴向)与连结点A以及点B的轴(第一导轨3a的轴向)是平行的，驱动力F₁以x＝1时的值为1的方式正规化而表示在图3中。在本实施方式中，由于去除了大气压的影响，因此将驱动力F₁表示为1/x。对于上述情况，在工作缸10的上侧的内部空间32内的内部压力较高(例如为100气压)而能够忽略大气压的影响的情况下也可以进行同样地考虑。如图3所示，在空气量恒定的情况下，相对于活塞9的位移，活塞9的驱动力F₁较大变化，因此可知难以直接使用活塞9的驱动力F₁进行重力补偿。

对根据以上的关系求得的本实施方式的重力补偿装置1中的系数x与力F₂之间的关系进行说明。该情况下，表示将活塞9的驱动力F₁通过图1所示的结构向第二滑块4b传递时的、由杆6进行转换后的力。

在本实施方式中，作用于升降板15的力由于位移放大为两倍而变为一半的值。在以下的说明中也是相同的。相对于系数x，力F₂的值越接近恒定值，越能够向升降板15作用恒定的力，因此，作为重力补偿装置1是有效的。

图4示出使作为设计值的长度L发生变化时的效果差异。此时，设为m＝1、φ＝90°。利用图4可知，图3所示的特性通过杆6的转换而较大地变化。

在图5中，表示将图4的结果以x＝1的值分别标准化后的图。由图5可知，通过与系数x的动作范围相应地选择适当的长度L而将力的变化抑制得较小。例如在L＝1，并使x＝0.5～1之间成为动作范围的情况下，能够将在图3的特性下变化至两倍的力控制为0.96倍左右的变化。同样地，在L＝0.5，并使x＝0.2～1之间成为动作范围的情况下，能够将在图3的特性下变化至5倍的力控制为0.78倍左右的变化。由此可知，使用的系数x的下限值越大，选择越大的长度L即可。总之，与直接使用活塞9的驱动力相比，使重力补偿力接近恒定。由此，在作用于升降板15的重力负载恒定的情况下，即使完全不存在气体消耗，也能够减小与位置变化相伴的重力补偿力的变化。

在图6中，表示使作为设计值的长度m发生变化时的效果差异。此时，设为L＝1、φ＝90°。由图6可知，m＝1时的特性通过使长度m变化而较大变化。其中，长度L为恒定，因此x＝1时的值不发生变化。

在图7中，表示将图6的结果通过x＝1时的值分别标准化而成的图。由图7可知，通过适当地选择长度m的值，能够放大力的变化较小的系数x的范围。例如在m＝1.1，并使x＝0.13～1之间作为动作范围的情况下，能够将在图3的特性下变化至7.7倍的力控制为0.92～1.05倍左右的变化。由此，在作用于升降板15的重力负载恒定的情况下，即使完全不存在气体消耗，也能够进一步减小与位置变化相伴的重力补偿力的变化。特别是，大致设为L＝1、m＝1.1、φ＝90°情况下，能够兼备较大的动作范围和较小的重力补偿力的变化，因此是理想的。

在图8中，表示使作为设计值的角度φ发生变化时的效果差异。此时，设为L＝1、m＝1。由图8可知，φ＝90°时的特性通过使角度φ发生变化而较大变化。

同样地，在图9中，表示将图8的结果通过x＝1时的值分别标准化的图。由图8以及图9的结果可知，即使在使角度φ变化的情况下，也可以获得与使长度L变化的情况相近的结果。由此，角度φ的值并不限于90°的情况，在作用于升降板15的重力负载恒定的情况下，即使完全不存在气体消耗，也能够减小与位置变化相伴的重力补偿力的变化。

转换后的力的大小与图3所示的活塞9的驱动力呈比例。即，工作缸10的上侧的内部空间32内的空气质量变为两倍的话，能够使压力变为两倍，使转换后的力的大小也变为两倍。因此，若使用空气量调节阀101来调节空气质量，则在负载重量发生变化时也能够容易地变更重力补偿的力。此时，通过参考由空气质量显示器105显示的空气质量，能够容易地进行调节。上述空气量的调节可以通过手动进行，也可以构建使空气量调节阀101动作的控制系统而自动地进行，以使空气质量显示器105的值达到目标值。另外，重力补偿的力的调节也能够用于使重力补偿力完全恒定。在该情况下，与以往的空气缸的压力控制相比，与位置变化相伴的重力补偿力的变化较小，因此能够通过更少的空气消耗来进行。系数x的动作范围越大，其效果越显著。

为了表示重物8的效果，图10示出在不存在重物8的情况下，重力补偿力在x＝1时的绝对压力P下如何变化的情况。其中，L＝1，m＝1，φ＝90°。在P＝∞的情况下，与存在重物8的情况相当。由图10可知，在x＝1时的绝对压力P处于10气压以下这样的情况下，若不存在重物8，则重力补偿力较大变化。另一方面，在x＝1时的绝对压力处于100气压以上这样的情况下，即使不存在重物8也几乎没有影响。因此，在高压力下进行动作而不设置重物8这样的大气压补偿部的结构、以及为了在低压力下也不存在误差地进行重力补偿而设置重物8这样的大气压补偿部的结构都能够实施。

根据上述实施方式的结构，由于由内部压力引起的空气促动器30的产生力经由连杆6而传递到升降部15，因此能够降低与空气促动器30的位移相伴的产生力的变化对作用于升降部15的力造成的影响，所述连杆6的各端分别沿轴向移动自如地限制于作为两根轴的一个例子的第一导轨3a以及第二导轨3b。即，根据上述实施方式，在空气促动器内的气体量保持恒定的状态下，即使升降部的位置发生变化也能够补偿重力。因此，能够实现通过调节空气促动器30内的气体量而能够容易应对负载重量的变化、且无须伴随升降部15的位置变化而消耗气体的重力补偿装置。此外，若空气促动器30由活塞以及工作缸机构来构成，则能够容易求得空气促动器30的位移与内部压力之间的关系，因此获得误差较小的重力补偿装置。

需要说明的是，在本实施方式中，作为将滑块限制为沿轴向移动自如的方法，使用导轨与滑块的组合，但并不限于此，只要是能够像滚珠花键等那样实现相同作用的技术，则可以利用所有的公知技术的组合。

需要说明的是，在本实施方式中，作为空气促动器30而使用活塞以及工作缸机构，但并不限于此，只要是将叶片式液压马达的旋转输出通过齿轮齿条副机构转换为直动等使内部空间32的容积与第一滑块4a的位移的关系成为比例关系的技术，则皆能够实施。

此外，在本实施方式中，作为空气促动器30的动作气体而使用空气，但并不限于此，能够利用被看作理想气体的各种气体。从容易得到这点来说，空气是理想的。从特性稳定这点来说，氮气等非活性气体是理想的。此外，基于气体的种类，也可以使用作为压力源103通过化学反应来产生气体的方式，或者使液化气体气化而产生压缩气体的方法。此外，对于大气开放口104，也可以不向大气开放而排气到回收罐中。

需要说明的是，在本实施方式中，在气体量推定部中求得空气质量，但并不限于此，也可以使用空气的分子数等处于比例关系的值。此外，也可以使用根据图2的示意图换算为重力补偿力的值。此外，对于用于计算工作缸内的容积V的位移测量，并不限于第一滑块4a，只要是连动地动作的构件，可以测量任一位移。位移的测量并不限于非接触位移仪，能够包含接触式进行利用。此外，绝对温度T的测量并不限于直接测量工作缸10的上侧的内部空间32内的空气温度，也可以通过大气温度的测量或者作为空气温度而给予恒定值来替代使用。

需要说明的是，在本实施方式中，作为大气压补偿部而使用重物8，但并不限于此，也可以将活塞9与框架2之间通过恒负荷弹簧连结。采用这样的结构，可以在简单的结构下进行大气压的补偿。

另外，也可以不使用重物或者恒负荷弹簧这样的被动部件，而使用促动器来主动地去除大气压的影响。此外，也可以封闭工作缸10的下表面，使活塞9与工作缸10所围成的新的空间成为大致真空，从而去除大气压的影响。即，若使与空气促动器30的内部空间32的压力之间的压差与空气促动器30的产生力成比例的压力、即空间(活塞板9b的下侧的空间)的压力为大致真空，则能够消除大气压的影响，因此即使在低压下进行动作的情况下也可以无误差地进行重力补偿。

此外，在本实施方式中，为了限定活塞9的动作范围，使用止动销16a、16b，但并不限于此，也可以使工作缸10的上侧的内部空间32内的活塞9能够移动的范围与动作范围一致，也可以通过限定滑块4b的动作范围来限定活塞9的动作范围。

此外，在本实施方式中，将升降部作为板状的升降板15，但并不限于此，能够通过叉状的构件、或者沿着第三导轨3c的上下方向的轴线的棒状的构件等任意形状的构件来实施升降部。

此外，在本实施方式中，作为连结部31而使用线以及滑轮传递系统，但并不限于此，能够将连杆或者液压等所有的公知技术的组合用作连结部31。此外，对于此时的变速比，也并非如本实施方式那样限于将位移放大成两倍，能够以任意的变速比进行实施。

另外，在图11中示出使用了第一实施方式的重力补偿装置1的升降装置35的结构例。

在图11的升降装置35中，在重力补偿装置1中添加了作为垂直驱动部的一个例子的马达21，利用马达21使滑轮12b旋转，从而能够使升降板15上下移动。其中，对于第二滑轮12b与第二线11b，为了不产生滑动，分别设为链轮齿状以及链条状。在此，将第三导轨3c配置为一对，利用一对第三导轨3c支承升降板15并使其能够上下移动。

通过采用这样的结构，在作用于升降板15的重力负载由重力补偿装置1支承的状态下，利用马达21来进行升降板15的上下移动，因此马达21能够利用较少的能量来实现升降板21的垂直移动。

因此，通过采用这样的结构，获得如下升降装置：其保持通过调节重力补偿装置1所具有的空气促动器30内的气体量而容易应对负载重量的变化，并能够无须伴随升降部的位置变化而消耗气体这样的特征，并且利用较少能量来使物体升降。

此外，作为升降装置的构成方法，并不限于在垂直驱动部使用马达，只要是其他促动器、手动操作系统等实现相同的作用的结构，则能够利用所有的公知技术的组合。

需要说明的是，通过对上述各种实施方式、变形例中的任意实施方式或者变形例进行适当地组合，能够实现各自具有的效果。

工业实用性

本发明的技术方案的重力补偿装置以及使用该重力补偿装置的升降装置能够通过调节空气促动器内的气体量来容易应对负载重量的变化，并且无须伴随升降部的位置变化而消耗气体，因而是有用的。此外，在升降装置以外，也能够作为工业用机器人的垂直轴等的垂直轴动作促动器用的重力补偿装置来进行应用。

本发明参照附图并且与优选的实施方式相关地进行了充分记载，但对于该技术的熟练人员来说，各种变形或者修正是显而易见的。这样的变形或者修正只要不超出所附的权利要求书所限定的本发明的范围，应理解为包含在该权利要求书中。

Claims

1.一种重力补偿装置，包括：

基座；

升降部，其能够相对于所述基座沿铅垂方向进行移动；以及

所述重力补偿装置对与所述升降部相关的重力进行补偿。

2.根据权利要求1所述的重力补偿装置，

该重力补偿装置还设有调节所述空气促动器内的气体量的气体量调节部。

3.根据权利要求2所述的重力补偿装置，

该重力补偿装置还设有推定所述空气促动器内的所述气体量的气体量推定部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的重力补偿装置，

该重力补偿装置还设有对作用于所述空气促动器的周边大气压给按压力造成的影响进行补偿的大气压补偿部。

5.根据权利要求4所述的重力补偿装置，

所述大气压补偿部是与所述空气促动器的所述可动部连接的重物。

6.根据权利要求4所述的重力补偿装置，

所述大气压补偿部是对所述基座与所述空气促动器的所述可动部进行连接的恒负荷弹簧。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的重力补偿装置，

与所述空气促动器的所述内部空间的压力之间的差压和所述空气促动器的产生力成比例的压力、即空间的压力为大致真空。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的重力补偿装置，

所述空气促动器是活塞以及工作缸机构。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的重力补偿装置，

所述空气促动器是叶片式液压马达与齿轮齿条副机构的组合。

10.一种升降装置，包括：

权利要求1～3中任一项所述的重力补偿装置；

设于所述重力补偿装置并使所述升降部升降的垂直驱动部。