CN106695758B - 机械臂扭矩平衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了机械臂扭矩平衡装置，包括扭力板，扭力板上开设有绕中心轴孔呈螺旋状分布的涡卷扭簧槽，涡卷扭簧槽使扭力板形成涡卷扭簧的结构，扭力板的中心轴孔套设在减速机的输出轴或者机械臂的旋转轴上，并将扭力板固定在减速机或者机械臂上。该机械臂扭矩平衡装置不仅结构简单、安装方便、实用性强，而且可以在机械臂设计负荷量不变的前提下，大幅降低驱动机械臂运转的电机、减速机的功率和扭矩，从而降低功耗、体积和成本。

Description

机械臂扭矩平衡装置
技术领域
本发明涉及机械制造相关领域，特别是机械臂扭矩平衡装置。
背景技术
在现代化的工业生产以及机械人技术领域，机械臂都得到了广泛的应用。尽管现在机械臂的结构、尺寸以及功能都各有不同，但机械臂在工作时，都是通过接受指令后，精确地定位到二维或三维空间上的某一位置来完成操作。
现有的机械臂通常都采用电机配合减速机的方式进行驱动控制，电机、减速机的输出功率或扭矩是根据机械臂的自重、负载重量产生的扭矩及需要的加速度来设计选型的。从成本、功耗和体积上考虑都希望能以较小的功率负载更大的负荷。在这些影响电机负荷同时又没有正面作用的就是由机械臂的自重带来的扭矩。因此，需要设计一种装置，在不降低设计机械臂负载能力的前提下降低电机、减速机功率和扭矩，从而降低机械臂、电机及减速机的功耗、体积和成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种结构简单、安装方便的机械臂扭矩平衡装置，该装置不仅可以有效提高机械臂的工作效率，而且能够降低机械臂的制造成本，减小机械臂的体积。
本发明的技术方案是：机械臂扭矩平衡装置，扭力板上开设有绕中心轴孔呈螺旋状分布的涡卷扭簧槽，涡卷扭簧槽使扭力板形成涡卷扭簧的结构，扭力板的中心轴孔套设在减速机的输出轴或者机械臂的旋转轴上，并将扭力板固定在减速机或者机械臂上。
本发明具有以下优点：
1、在机械臂自重、负荷作用下，扭力板上的涡卷扭簧结构会随之扭曲蓄力，而减速机在机械臂悬停或运动时，涡卷扭簧结构的扭曲蓄力可以消除机械臂自重部分负荷，从而达到降低电机、减速机扭矩的目的。随着机械臂角度的转动，涡卷扭簧可跟随转的角度改变扭矩，自动平衡掉机械臂自重产生的扭矩。保障机械臂的静扭矩全部是由于负荷产生的；
2、本发明结构简单、占用空间小，可以直接加装在减速机输出端或者机械臂的旋转座上，不会妨碍机械臂的动作。
进一步，扭力板的中心轴孔套设在减速机的输出轴上，扭力板固定在减速机的输出轴端面和/或机械臂的输入孔端面上。
进一步，扭力板的中心轴孔套设在机械臂的旋转轴上，扭力板固定在机械臂的旋转轴端面和/或旋转底座端面上。
进一步，将两块扭力板以对称的方式拼接后，安装在减速机的输出端面上。
进一步，将两块扭力板对称的方式安装在机械臂旋转轴的一端或者两端上。
由于机械臂可以从垂直状态向两侧运动，因此机械臂自重以及负荷可能对减速机产生方向相反的扭矩，而同时将两块扭力板以对称的方式配合安装后，两块对称的扭力板内的涡卷扭簧结构的旋向不同，因此可以消除掉减速机受到的不同方向的扭矩。
进一步，扭力板通过螺接、铆接、焊接或者粘接的方式与减速机的输出端面或者机械臂的旋转座端面相连。
进一步，扭力板的中心轴孔与减速机的输出轴或者机械臂的旋转轴通过键连接、型轴连接、过盈连接或者粘接的方式相连并传递扭矩。
进一步，相邻的两条涡卷扭簧槽上还设有相对应的限位槽和限位块。限位槽和限位块的设置可以避免因机械臂过载或者误操作而产生的事故。
进一步，扭力板的外周形状为与减速机输出端面或者旋转座端面的形状相同。当减速机输出端面或者旋转座端面的形状为圆形、方形后者椭圆形等形状时，扭力板的外周形状设计成与之相应的形状，可以减少扭力板占用空间，以避免妨碍机械臂动作。
进一步，扭力板的材质为金属、工程塑料或者碳纤维。
当扭力板的材质为高锰钢、不锈钢、铝合金以及钛钢等金属时，具有使用寿命长，耐高温，结构强度高的特点。而工程塑料和碳纤维材质具有易加工成型、质量轻以及结构强度高的特点。
本发明结构简单、容易加工成型，并且实用性强、安装简单，只需直接加装在减速机输出端或者机械臂的旋转座上，即可有效提高机械臂的工作精度、并显著降低机械臂在启动时对减速机的冲击。
附图说明
图1是本发明实施例1一种机械臂扭矩配合装置的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖面结构示意图；
图3是本发明实施例2一种机械臂扭矩配合装置的结构示意图；
图4是本发明实施例3一种机械臂扭矩配合装置的结构示意图；
图5是本发明实施例3一种机械臂扭矩配合装置的结构示意图；
图6是本发明实施例3两块对称扭力板的结构示意图；
图7是本发明实施例3两块对称扭力板的结构示意图；
图8是本发明实施例3两块对称的扭力板与减速机的安装结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1~2所示，机械臂扭矩平衡装置，包括扭力板1，扭力板1上开设有绕中心轴孔4呈螺旋状分布的涡卷扭簧槽2，涡卷扭簧槽2使扭力板形成涡卷扭簧的结构，扭力板1的中心轴孔4套设在减速机9的输出轴11或者机械臂的旋转轴上。
扭力板1为与减速机9端面形状相应的正方形，在扭力板1的四个角上开设有用于穿过螺栓的通孔3，扭力板1通过螺栓与减速机9端面相连。
扭力板1的中心轴孔4与减速机9的输出轴11采用平键连接的方式连接并传递扭矩。具体而言，减速机9输出轴11上开有键槽并装配有平键，扭力板1的中心轴孔4形状与装配有平键的输出轴11的横截面相应。
扭力板1的材质为高锰钢。具有使用价格低、使用寿命长、耐高温、结构强度高的特点。
本实施例结构简单、安装方便、实用性强，可以有效提高机械臂的工作精度，并且能够降低机械臂在启动时对减速机9的冲击。
实施例2:
如图3所示：机械臂扭矩平衡装置，与实施例1不同之处在于，相邻的两条涡卷扭簧槽2上还设有相对应的限位槽5和限位块6。
扭力板1的中心轴孔4与减速机9的输出轴11采用花键连接的方式连接并传递扭矩。具体而言，输出轴11为花键轴，扭力板的中心轴孔4形状与输出轴11的截面形状相同。
扭力板1的材质为不锈钢。具有使用寿命长、耐高温、结构强度高的特点。
其他结构同实施例1。
实施例3：
如图4或图5所示，机械臂扭矩平衡装置，与实施例1或实施例2不同之处在于，扭力板1的中心轴孔4与减速机9的输出轴11采用型轴连接的方式连接并传递扭矩。具体而言，输出轴11为异形轴，扭力板1的中心轴孔4形状与输出轴11的截面形状相同。
如图6或图7所示：将扭力板7翻转后得到对称的扭力板8，并将扭力板7和扭力板8式拼接。
如图8所示：将拼接后的扭力板7和扭力板8的中心轴孔4套设在输出轴11上，并固定在减速机9的输出端面上。
扭力板1的材质为工程塑料。工程塑料具有易加工成型、质量轻以及结构强度高的特点。
本实施例的其他结构同实施例1或实施例2。
本实施例结构简单、安装方便、实用性强，可以有效提高机械臂的工作精度，并且能够降低机械臂在启动时对减速机9的冲击。而且由于机械臂可以从垂直状态向两侧运动，因此机械臂自重以及负荷可能对减速机9产生方向相反的扭矩，而同时将两块扭力板以对称的方式配合安装后，两块对称的扭力板内的涡卷扭簧结构的旋向不同，因此可以消除掉减速机9受到的不同方向的扭矩。
实施例4：
机械臂扭矩平衡装置，与实施例3不同之处在于，将两块扭力板分别以对称的方式安装在机械臂旋转轴的两端上。
扭力板为与机械臂的旋转座端面的形状相同的圆形结构，在扭力板的上靠外侧呈圆周均布的方式开设有用于穿过螺栓的通孔，扭力板通过螺栓与旋转座端面相连。
扭力板的材质为碳纤维。具有易加工成型、质量轻以及结构强度高的特点。
其他结构同实施例3。
本实施例不仅具有实施例3的优点，而且将扭力板安装在机械臂的旋转座上，可以解决因电机减速机9安装空间不足导致扭力板无法安装的问题。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、当机械臂从垂直状态向两侧运动时，在机械臂自重以及负荷作用下，扭力板上的涡卷扭簧结构会随之扭曲蓄力，而减速机在机械臂悬停或运动时，涡卷扭簧结构的扭曲蓄力可以消除机械臂自重部分负荷，从而达到降低电机和减速机扭矩的目的；而随着机械臂角度的转动，涡卷扭簧可跟随转的角度改变扭矩，自动平衡掉机械臂自重产生的扭矩，保障机械臂的静扭矩全部是由于负荷产生的；
2、由于机械臂可以从垂直状态向两侧运动，因此机械臂自重以及负荷可能对减速机产生方向相反的扭矩，而同时将两块扭力板以对称的方式配合安装后，两块对称的扭力板内的涡卷扭簧结构的旋向不同，因此可以消除掉减速机受到的不同方向的扭矩；
3、本发明结构简单、占用空间小，可以直接加装在减速机输出端或者机械臂的旋转座上，不会妨碍机械臂的动作。

Claims (10)

1.机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，包括扭力板，扭力板上开设有绕中心轴孔呈螺旋状分布的涡卷扭簧槽，涡卷扭簧槽使扭力板形成涡卷扭簧的结构，扭力板的中心轴孔套设在减速机的输出轴或者机械臂的旋转轴上，并将扭力板固定在减速机或者机械臂上。
2.根据权利要求1所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板的中心轴孔套设在减速机的输出轴上，扭力板固定在减速机的输出轴端面和/或机械臂的输入孔端面上。
3.根据权利要求1所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板的中心轴孔套设在机械臂的旋转轴上，扭力板固定在机械臂的旋转轴端面和/或旋转底座端面上。
4.根据权利要求2所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，将两块扭力板对称拼接后，安装在减速机的输出轴上。
5.根据权利要求3所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，将两块扭力板以对称的方式安装在机械臂旋转轴的一端或者两端上。
6.根据权利要求1~5任意一项所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板通过螺接、铆接、焊接或者粘接的方式与减速机的输出端面或者机械臂的旋转座端面相连。
7.根据权利要求1~5任意一项所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板的中心轴孔与减速机的输出轴或者机械臂的旋转轴通过键连接、型轴连接、过盈连接或者粘接的方式相连并传递扭矩。
8.根据权利要求1~5任意一项所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，相邻的两条涡卷扭簧槽上还设有相对应的限位槽和限位块。
9.根据权利要求1~5任意一项所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板的外周形状为与减速机输出端面或者旋转座端面的形状相同。
10.根据权利要求1~5任意一项所述机械臂扭矩平衡装置，其特征在于，扭力板的材质为金属、工程塑料或者碳纤维。
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