CN107965549B - 扭矩助力装置、方法及乳腺机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种扭矩助力装置、方法及乳腺机，其中，该扭矩助力装置包括包括旋转机构、固定筒及可轴向伸缩的施力机构，所述旋转机构上设有负载；所述固定筒一端面设有具有倾斜角的运动轨迹，并且固定筒与施力机构相连；所述旋转机构一端抵接在所述运动轨迹上，并沿着所述运动轨迹绕旋转轴旋转；所述运动轨迹的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置。本申请通过设置预设角度的运动轨迹和固定筒，被动输出与负载重心旋转角度相关的扭矩，抵消旋转机构绕轴旋转时，负载重力产生的扭矩，保持负载旋转的平衡。
Description
技术领域
本申请涉及扭矩平衡领域，尤其涉及一种医疗器械中的扭矩助力装置、方法及乳腺机。
背景技术
刚性负载绕轴旋转时，存在由于负载的重心与旋转轴不重合，负载的重力会产生一个扭矩的情况。该扭矩的大小和方向均随着负载的旋转角度和旋转相位而变化。参见图1，负载的质量为m，其重心至旋转轴的半径为L，负载重心旋转的实时半径与竖直方向的夹角为α，则负载的重力产生的扭矩MG：
MG＝m×g×L×sinα (1)
其中g为重力加速度。
由公式(1)可得出，负载的重力产生的扭矩大小在0至m*g*L的范围变化。
而对于负载的重力产生的扭矩的方向，当负载位于第一象限和第四象限时为顺时针，当负载位于第二象限和第三象限时为逆时针。
目前，抵消由负载绕轴旋转时其重力产生的扭矩一般采用控制电机的输出方式、配重方式和气弹簧助力方式。
采用控制电机的输出方式时，负载由电机驱动旋转，通过控制电机的输出扭矩和速度来抵消负载的重力产生的扭矩，然而这就对电机的驱动功率和控制精度提出的很高的要求，实现较为困难。
采用配重方式时，增加配重使得配重重心与负载重心以旋转旋转轴为中心对称，但这样做的弊端是增加的配重质量一般会比较大，且占用大量的空间，会对设备其他功能产生不利影响，例如增加上升时的重力。
采用气弹簧等作为助力机构时，助力机构产生的扭矩与负载的重力产生的扭矩可能存在不同步的现象，只能在各个角度抵消一部分重力产生的扭矩，无法完全消除。
由此可见，设计一种可以较好地抵消由负载绕轴旋转时其重力产生的扭矩的机构尤为必要。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种扭矩助力装置、方法及乳腺机，以解决现有技术中刚性件绕轴旋转时其重力产生的扭矩，而导致转动不平衡的问题。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
根据本申请的第一方面，提供一种扭矩助力装置，包括旋转机构、固定筒及可轴向伸缩的施力机构，所述旋转机构上设有负载；
所述固定筒一端面设有具有倾斜角的运动轨迹，并且固定筒与施力机构相连；
所述旋转机构一端抵接在所述运动轨迹上，并沿着所述运动轨迹绕旋转轴旋转；
所述运动轨迹的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置。
根据本申请的第二方面，提供一种适用于上述扭矩助力装置的扭矩助力方法，包括：
通过所述施力机构施加给所述固定筒一轴向的推力，所述固定筒将推力传递至旋转机构；
驱动所述旋转机构在所述固定筒上沿着所述运动轨迹绕旋转轴旋转。
根据本申请的第三方面，提供一种乳腺机，包括上述扭矩助力装置，所述负载是所述乳腺机的旋转件。
根据本申请的第四方面，提供一种扭矩助力装置，包括旋转机构、固定筒及可轴向伸缩的施力机构，所述旋转机构上设有负载；
所述旋转机构上设有具有倾斜角的运动轨迹，所述固定筒一端抵接在所述运动轨迹上，并且固定筒与施力机构相连；
所述运动轨迹的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置。
本申请的有益效果：通过设置具有倾斜角的运动轨迹以及能够传递力的固定筒，被动输出与旋转角度相关的扭矩，能够抵消旋转机构绕轴旋转时，负载重力产生的扭矩，保持负载旋转的平衡性，同时能够降低对旋转机构的驱动的要求，提高控制旋转机构绕轴旋转的精度以及设备的安全性，特别适用于中低速，物体重力绕轴产生扭矩的场合。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是刚性件绕轴旋转的重心位置示意图；
图2是本申请实施例一提供的一种扭矩助力装置的剖面图；
图3是本申请实施例一提供的旋转机构的立体图；
图4是本申请实施例一提供的固定筒的立体图；
图5是本申请实施例一提供的另一固定筒的立体图；
图6是本申请实施例一提供的另一固定筒在另一角度方向上的立体图；
图7是本申请实施例一提供的氮气弹簧的立体图；
图8是本申请实施例一提供的旋转机构的旋转角度与气弹簧的压缩行程之间的曲线关系示意图，同时曲线的倾斜率也反映了与旋转角度对应的运动轨迹上每个点的倾角示意图；
图9是本申请实施例一提供的旋转机构的旋转角度与气弹簧的压缩行程之间的曲线关系示意图，其揭示了钢球受力情况；
图10是本申请实施例一提供的扭矩助力装置的扭矩助力方法流程图；
图11是本申请实施例一提供的扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的低点时，各部件之间的位置关系；
图12是本申请实施例一提供的扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的低点至高点之间，各部件之间的位置关系；
图13是本申请实施例一提供的扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的高点时，各部件之间的位置关系；
图14是本申请实施例一提供的扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的高点至低点之间，各部件之间的位置关系；
图15是本申请实施例二提供的一种扭矩助力装置的剖面图；
图16是本申请实施例二提供的旋转机构的立体图；
图17是本申请实施例二提供的固定筒的立体图；
图18是本申请实施例二提供的一种扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的低点时，各部件之间的位置关系；
图19是本申请实施例二提供的一种扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的低点至高点之间，各部件之间的位置关系；
图20是本申请实施例二提供的一种扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的高点时，各部件之间的位置关系；
图21是本申请实施例二提供的一种扭矩助力装置的运动状态图，其揭示了钢球位于运动轨迹的高点至低点之间，各部件之间的位置关系。
附图标记：
实施例一中，A-A：旋转轴；1：旋转机构；11：旋转部；12：支撑架；13：刚性件；14：夹设槽；21，缸体；22：缸盖；3：固定筒；31：运动轨迹；32：导向槽；4：施力机构；5：导向柱；6：轴承；
实施例二中，A-A'：旋转轴；1'：旋转机构；11'：旋转部；12'：运动轨迹；21'，缸体；22'：缸盖；3'：固定筒；31'：刚性件；32'：导向槽；33'，支撑架，34'，夹设槽；4'：施力机构；5'：导向柱；6'：轴承。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
乳腺机的旋转件绕轴旋转时，旋转件的重心与旋转轴会存在不重合的状态，旋转件的重力会产生一个扭矩MG，导致负载旋转不平衡，故需要消除旋转件绕轴旋转时，该旋转件重力产生的扭矩MG。
实施例一
图2为本实施例提供的一种扭矩助力装置的剖视图。该扭矩助力装置可用于乳腺机，以抵消乳腺机的旋转件绕轴旋转时，所述旋转件重力产生的扭矩MG，从而辅助所述旋转件始终绕着一固定的轴旋转。
如图2和图4至图6所示，该扭矩助力装置包括旋转机构1、固定筒3和施力机构4。其中，所述旋转机构1上设有负载(图中未显示)。所述固定筒3一端面设有具有倾斜角的运动轨迹31，所述运动轨迹31的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置。并且所述固定筒3与施力机构4相连。可选地，所述固定筒3一端设有运动轨迹31，另一端与施力机构4相连。其中施力机构4在外力的作用下，可进行伸缩，即施力机构4可以轴向移动。所述旋转机构1一端抵接在所述运动轨迹31上，并沿着所述运动轨迹31绕旋转轴A-A旋转，即旋转机构1旋转的过程中始终与固定筒3接触。
需要说明的是，当所述扭矩助力装置用于乳腺机时，所述负载是所述乳腺机的旋转件。
由于旋转机构1自身是对称的，故旋转机构1的重心大约位于旋转轴A-A附近，这样就可以忽略旋转机构1的重力的影响，即旋转机构1的重力产生的扭矩可以忽略不计。但由于旋转机构1上的负载的重心不是位于旋转轴A-A上的，负载的重力(即mg，其中m为负载质量，g为重力加速度大小)会产生扭矩MG，使得负载旋转不平衡。
参见图3，旋转机构1包括旋转部11、设于所述旋转部11上的支撑架12以及固定在支撑架12上的刚性件13，该刚性件13抵接在固定筒3的运动轨迹31上，实现力的传递，从而推动固定筒3沿轴向方向运动，对施力机构进行压缩。
可选地，刚性件13与运动轨迹31是点接触或线接触的。
本实施例中，所述支撑架12凸出于所述旋转部11，以避免旋转部11在旋转的过程中，碰撞固定筒3。
可选地，所述旋转部11和所述支撑架12一体成型，使得旋转机构1的结构更加简单。
刚性件13可为钢球、滚柱或非滚柱体，本实施例以钢球作为刚性件13作进一步说明。
为更好地对钢球进行固定，防止钢球在绕旋转轴A-A旋转的过程中掉落，支撑架12上设有夹设钢球的夹设槽14。
请结合图2和图3，旋转部11连接有轴承6，通过轴承6与旋转部11的配合，实现旋转机构1的固定和可转动。
参见图4至图6，所述固定筒3为圆柱体，旋转轴A-A即为圆柱体的中心轴。所述运动轨迹31设于圆柱体的一端面上，且运动轨迹31各点至圆柱体的旋转轴A-A的垂直距离均为r，即运动轨迹31的中心位置位于圆柱体的旋转轴上，所述旋转机构1沿着所述运动轨迹31饶所述固定筒3的旋转轴A-A旋转。
所述运动轨迹31是封闭的且其在所述固定筒3的周向投影是一圆形轨迹。所述圆形轨迹的中心即为所述运动轨迹31的中心位置，圆形轨迹的半径为r。
本实施例中，负载由旋转机构1带动绕着旋转轴A-A旋转的，其中所述负载重心至旋转轴A-A的垂直距离均为L。
钢球抵接在所述运动轨迹31上并沿着所述运动轨迹31绕旋转轴A-A旋转，即钢球在旋转运动的过程中，始终与固定筒3存在接触点，以使得固定筒3能够通过该接触点，将施力机构4施加的推力传递给钢球。
可选地，运动轨迹31设有与钢球配合的轨迹槽(图中未标出)，使得钢球更加容易地沿着设定的运动轨迹31旋转而不易掉出，且轨迹槽的设置能够使得钢球的受力良好。
参见图4，为一可行的实施方式提供的固定筒3的立体图。定义运动轨迹31上的最高点M(相对于图4所示的方向)为运动轨迹31的低点，最低点N(相对于图4所示的方向)为运动轨迹31的高点，钢球沿着所述运动轨迹31旋转时，负载重心的旋转角为α，运动轨迹31的倾斜角(即每个旋转角α爬升的角度，也即运动轨迹31的切线与固定筒3轴向的夹角的余角)为β。
倾斜角本实施例中，负载重心的旋转角α等于钢球的旋转角，以更好地抵消负载重力产生的扭矩。具体地，设定低点M时，负载重心的旋转角α＝0°(或360°)；高点N时，负载重心的旋转角α＝180°；钢球从低点M绕着运动轨迹31旋转一圈再回到低点M时，α＝360°，即钢球从低点M开始沿着封闭的运动轨迹31旋转一圈，重新回到低点M，则负载重心旋转角度α为360°。
从低点M到高点N，即负载重心的旋转角α从0°(或360°)至180°时，β的计算公式为：
公式(2)中，m为负载的质量；
g为重力加速度；
L为负载重心至旋转轴的垂直距离；；
α为负载重心的旋转角度；
r为运动轨迹31至旋转轴A-A的垂直距离；
F为施力机构4施加给固定筒3的轴向推力，其中，推力的方向朝向旋转机构1，推力F的是规则变化的，例如，推力F为线性变化的力，推力F的作用点至旋转轴A-A的垂直距离与运动轨迹31至旋转轴A-A的垂直距离相等(即推力F的作用点距离旋转轴A-A的垂直距离也为r)。
另外，如果旋转角α只需要使用部分角度，例如+90°到-90°之间，则钢珠的运动轨迹31在一周(即360°)内也可相应地分成对称的两个部分。参见图5和图6，为另一种可行的实施方式提供的固定筒3的立体图。
参见图5，对应的是旋转角α位于±90°之间，运动轨迹31设有两个最高点N两个最低点M。可使用完整的运动轨迹31，以保持所述扭矩助力装置整体结构的平衡性。当然，也可以只用其中的一个区域(高点N至低点M或低点M至高点N)，例如图5中左侧(相对于图5所示的方向)最高点N到最低点M之间的区域。
如果需要旋转角α小于60°时，运动轨迹31设有三个最高点和三个最低点，可只用其中的一个或两个区域，当然，为保持所述扭矩助力装置整体结构的平衡性，可使用完整的运动轨迹31。
以此类推，只要旋转角α在±180°的任意角度，将运动轨迹31的高点和低点设计成相应的个数即可。
旋转角α使用部分角度时，运动轨迹31的倾斜角β的计算方式与α从0°至180°时的相似，具体可参见公式(2)。
本实施例的扭矩助力装置还包括缸体21，缸体21为一端开口、另一端密封的圆柱体，缸体21的开口处设有缸盖22，所述施力机构4固定连接所述缸体21内壁，所述轴承6卡接在旋转部11和缸盖22之间，轴承6能够使得旋转机构1承受轴向力和径向力。
从缸体21的开口位置起，依次放置旋转机构1、固定筒3和施力机构4于缸体21内，以减少外界干扰。
缸体21的内壁设有导向柱5，固定筒3上设有与导向柱5滑动配合的导向槽32。其中，导向柱5与导向槽32沿着轴向方向滑动配合。具体地，导向柱5轴向放置，导向槽32轴向设置在固定筒3上，从而使得旋转机构11旋转时，固定筒3沿着导向柱5做轴向运动，并防止固定筒旋转。
可选地，导向槽32设于固定筒3的外壁，使得固定筒3平稳地沿着轴向进行移动。
当然，导向槽32也可以设于固定筒的内壁或端面上，只需要导向槽32轴向设置即可。
导向柱5的数量可根据实际需求进行设定，可选择一根或多根导向柱5。
可选地，导向柱5至少为两根且沿着固定筒3的周向均匀分布，能够使得固定筒3的受力较为平衡，进一步平稳固定筒3沿着轴向移动，并防止固定筒3旋转。相应地，固定筒3的外侧壁上设有至少两个导向槽32，导向槽32与导向柱5对应。即固定筒3夹设在至少两根导向柱5之间，且可在外力的作用下，较为平稳地沿着导向柱5轴向平移，并防止固定筒旋转，以使得固定筒3能够更好地将推力F传递给钢球。
在另一可行的实现方式中，缸体21内壁设有导向槽，固定筒3上设有导向柱，导向柱和导向槽在轴向方向上滑动配合，使得旋转机构11旋转时，固定筒3沿着导向柱5做轴向运动。可选地，导向柱设于固定筒3的外壁或端面或内壁上。
本实施例中，可根据实际需求选择施力机构4，为减少外部的输入，本实施例选择储能机构作为施力机构，储能机构对固定筒3施加一规则且较为平稳的轴向推力F。
可选地，施力机构选择为可压缩的气弹簧。其中，气弹簧输出的力变化不超过20％，相对平稳。
在旋转机构1旋转时，通过固定筒3的传递作用，使得推力F与运动轨迹31接触，参见图9，推力F和倾斜角为β的运动轨迹31的面的支撑力(即图9中倾斜向上的力，该支撑力垂直于钢球的支撑面)产生一个合力F×tanβ(即图9中朝向右侧的力)，这个合力和r(即推力F的作用点至旋转轴A-A的垂直距离)会产生一个力矩MF，MF＝F×tanβ×r。本实施例在确定了负载重力产生的扭矩大小后，即可选择推力F的大小，即推力F的大小由负载的大小(重力)决定。
参见图7，为抵消较大负载重力产生的力矩MG，储能机构4选择为氮气弹簧，以获得初始输出力值F初较大。并且，氮气弹簧输出的力相对平稳的推力F，以精确计算β值。
氮气弹簧的推力F的计算公式为：
F＝F初+s×K (3)
公式(3)中，F初是氮气弹簧的初始输出力值大小，s是氮气弹簧的运动行程，K是氮气弹簧的弹性系数。
本实施例中，推力F传递的过程为：假设同一时刻，氮气弹簧施加在固定筒3上的推力为F1，钢球与固定筒3接触处沿着轴向的力为F2，F1＝F2。氮气弹簧力F1沿着轴线方向传递给固定筒3，固定筒3与旋转部11通过钢球将力F2平行于轴线方向传递。
在外力作用下，旋转部11旋转，旋转部11的支撑架12推动钢球沿着运动轨迹31绕旋转轴A-A旋转，由于固定筒3的运动轨迹31是倾斜的(运动轨迹31的倾斜角是按照公式(2)设定的)，且施力机构4是可伸缩的，故在钢球旋转时，会推动固定筒3沿着导向柱5向右或向左周期性轴向移动，从而使得固定筒3与旋转部11之间形成相对运动，同时推动气弹簧伸缩运动。其中，氮气弹簧在伸缩运动过程中，其施加给固定筒3的推力F为一比较平稳的力。
以钢球位于低点M时为原点，负载重心旋转角α为横坐标，气弹簧压缩行程(即气弹簧与原点的轴向距离)为纵坐标，如图8和图9所示，为负载重心的旋转角α(单位：°)与气弹簧压缩行程(单位：mm)之间的曲线关系示意图，其中，图9还揭示了钢球受力情况，例如方向和大小。
如图8和图9所示，钢球绕着运动轨迹31旋转一周(即360°)时，该关系曲线为近似的倒V型，该近似的倒V型曲线轴对称并首尾相连后会形成一个闭环。其中，所述曲线的倾斜率反映了运动轨迹31的倾斜角β的大小。
参见图8和图9，当α＝0°(或360°)和180°时，β＝0°，即运动轨迹31的切线与固定筒3轴线方向夹角的余角β是0°。当α＝90°和270°时，运动轨迹31的切线与固定筒3轴线夹角的余角β最大。
结合公式(2)和(3)，推力F和倾斜角为β的运动轨迹31的倾斜角面的支撑力产生一个合力F×tanβ，这个合力F×tanβ产生的扭矩MF的计算公式如下：
MF＝F×tanβ×r＝m×g×L×sinα (4)
在1、4象限，负载重力mg产生的扭矩MG是顺时针的，其旋转角度α对应图8和图9中的360°到180°。参见图9，从360°到180°，推力F与支撑力的合力产生扭矩MF的与MG的方向相反，为逆时针方向，并根据公式(4)计算，可获得MF与MG的大小相等，从而抵消负载重力产生的扭矩MG。
同理，在2、3象限，负载重力mg产生的扭矩MG是逆时针的，其旋转角度α对应图8和图9中的重180°到0°。参见图9，从180°到0°，推力F和倾斜角为β的动轨迹31的面的支撑力产生一个合力，这个合力产生扭矩MF的与MG的方向相反，为顺时针方向，并根据公式(4)计算，可获得MF与MG的大小相等，从而抵消负载重力产生的扭矩MF。
由此可见，推力F和倾斜角为β的运动轨迹31倾斜角的面的支撑力的合力，这个合力产生的扭矩MF的大小与负载重力产生的扭矩MG相同，方向与负载重力产生的扭矩MG相反，从而将负载重力产生的扭矩MG抵消，使得负载旋转时的平衡，从而实现扭矩助力的作用。
参见图10，为本实施例提供的一种适用于上述扭矩助力装置的扭矩助力方法流程图，所述扭矩助力方法包括：
S101，通过所述施力机构4施加给所述固定筒3一轴向的推力F，所述固定筒3将推力传递至所述旋转机构1。
其中，所述推力F为直线力，推力F大小是规则的且保持相对平稳。
S102，驱动所述旋转机构1在所述固定筒3上沿预设的运动轨迹31绕旋转轴A-A旋转。
初始位置时，钢球位于与运动轨迹31上的低点M相接触，此时，施力机构处于最大伸缩状态。
请按照图11、图12和图13的顺序进行参考，钢球由低点M运动到高点N，扭矩助力装置各部件之间的立体位置关系图。旋转机构1只是绕旋转轴旋转，不存在轴向的移动。但由于钢球接触的运动轨迹31存在变化的倾斜角，故钢球绕旋转轴旋转时，会推动固定筒3轴向向右运动，压缩施力机构4轴向向右运动。
又请按照图13、图14和图11的顺序进行参考，揭示了钢球由高点N运动到低点M，扭矩助力装置各部件之间的立体位置关系图。旋转机构1只是绕旋转轴旋转，不存在轴向的移动。但由于钢球接触的运动轨迹31存在变化的倾斜角，且施力机构4施加推力，故钢球绕旋转轴旋转时，会推动固定筒3轴向向左运动，拉伸施力机构4轴向向左运动。
钢球由低点M运动到高点N或由高点N运动到低点M，旋转机构1旋转，通过固定筒3的传递作用，使得推力F与运动轨迹31接触，推力F和倾斜角为β的运动轨迹31的面的支撑力产生一个合力F×tanβ，这个合力和r会产生一个力矩MF，该力矩MF的大小与负载重力产生的力矩MG的大小相等，方向相反，从而抵消负载重力产生的力矩MG，使得负载平衡旋转。
本申请是通过将施力机构的推力F，通过钢球运动轨迹31的倾斜角β以及钢球受力位置(半径r)，产生扭矩MF，通过设计β的值，使得MF的值与负载重力产生的扭矩MG的值近似相等，两个扭矩的方向相反，从而抵消负载绕轴(即旋转轴A-A)旋转时负载重力产生的扭矩MG。
综上所述，通过设置旋转机构相对于固定筒上预设的运动轨迹绕轴旋转以及能够传递力的固定筒，被动输出与旋转角度相关的扭矩，能够抵消旋转机构绕轴旋转时，其重力产生的扭矩，保持负载旋转的平衡性，从而降低对旋转机构的驱动的要求，提高控制旋转机构绕轴旋转的精度以及设备的安全性。该扭矩助力装置特别适用于中低速，刚性物体(即负载)重力绕轴产生扭矩的场合。
实施例二
由于MF是依靠相对运动所产生的，故相对运动的运动轨迹和钢球的位置可互换。例如，将运动轨迹设在旋转部上，钢球设在固定筒上，如图15所示，为本实施例提供的扭矩助力装置的剖面图。
请结合图15至图17，本申请提供的另外一种扭矩助力装置，包括旋转机构1'、固定筒3'及施力机构4'。其中，所述旋转机构1'上设有负载(图中未显示)，并且所述旋转机构1'一端设有具有倾斜角的运动轨迹12'，所述运动轨迹12'的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置。所述固定筒3'抵接在所述运动轨迹12'上，固定筒3'与施力机构4相连。可选地，所述固定筒3'一端抵接在所述运动轨迹12'上，另一端连接施力机构4'，其中施力机构4'在外力的作用下，可进行伸缩，即施力机构4'可以轴向移动。
本实施例中，固定筒3'上设有支撑架33'，支撑架33'上设有刚性件31'，所述刚性件31'与所述运动轨迹12'点接触或线接触，实现力的传递，从而推动固定筒3'沿轴向方向运动，对施力机构进行压缩。
刚性件31'可为钢球、滚柱或非滚柱体，本实施例以钢球作为刚性件31'作进一步说明。
所述支撑架33'凸出于所述旋转部11'，以避免旋转部11'在旋转的过程中，碰撞固定筒3'。
可选地，所述固定筒3'和所述支撑架33'一体成型，使得固定筒3'的结构更加简单。
为更好地对钢球进行固定，防止钢球掉落，支撑架33'上设有夹设钢球的夹设槽34'。
本实施例中，旋转机构1'上的运动轨迹31的倾斜角β为：
其中，m为负载的质量；
g为重力加速度；
L为负载重心至旋转轴的垂直；
α为负载重心的旋转角；
r为运动轨迹12'至所述旋转轴A-A'的垂直距离；
F为施力机构4'施加给固定筒3'的轴向推力，所述固定筒3'将推力传递至旋转机构1'，即所述推力作用于旋转机构1'与固定筒3'的接触处。其中推力F的是规则变化的，例如，推力F为线性变化的力，所述推力的作用点至旋转轴A-A'的垂直距离与所述运动轨迹12'至旋转轴A-A'的垂直距离相等。
在本实施例中，固定筒3'为圆柱体，其中心轴即为旋转轴A-A'。钢球设置在固定筒3'上，并抵接在位于旋转机构1'一端的运动轨迹12'上。可选地，固定筒3'设有钢球支撑架33'。为更好地对钢球进行固定，防止钢球掉落，支撑架33'上设有夹设钢球的夹设槽34'。
初始位置时，钢球位于与运动轨迹12'上的低点M'相接触，此时，施力机构处于最大伸缩状态。
请按照图18、图19和图20的顺序进行参考，钢球由低点M'运动到高点N'，扭矩助力装置各部件之间的立体位置关系图。旋转机构1'只是绕旋转轴旋转，不存在轴向的移动。但由于钢球接触的运动轨迹12'存在变化的倾斜角，故运动轨迹绕旋转轴旋转时，会推动固定筒3'轴向向右运动，压缩施力机构4轴向向右运动。
又请按照图20、图21和图18的顺序进行参考，揭示了钢球由高点N'运动到低点M'，扭矩助力装置各部件之间的立体位置关系图。旋转机构1只是绕旋转轴旋转，不存在轴向的移动。但由于钢球接触的运动轨迹12'存在变化的倾斜角，且施力机构4'施加推力，故运动轨迹12'绕旋转轴旋转时，会推动固定筒3轴向向左运动，拉伸施力机构4'轴向向左运动。
钢球由低点M'运动到高点N'或由高点N'运动到低点M'，旋转机构1'旋转，旋转机构1'上的运动轨迹12'绕着旋转轴A-A'旋转，推动固定筒3'轴向运动，从而使得固定筒3'与旋转部11'之间形成相对运动，同时推动施力机构4'伸缩运动。
在旋转机构1'旋转时，通过固定筒3'的传递作用，使得推力F与运动轨迹12'接触，推力F和倾斜角为β的运动轨迹12'的面的支撑力产生一个合力F×tanβ，这个合力和r会产生一个力矩MF，该力矩MF的大小与负载重力产生的力矩MG的大小相等，方向相反，从而抵消负载重力产生的力矩MG，使得负载平衡旋转。
由此可见，相比于实施例一，实施例二是运动轨迹12'主动旋转，而实施例一是钢球主动旋转。
本实施例的扭矩助力装置还包括缸体21'、缸盖22'、导向槽32'、导向柱5'和轴承6'等，这些部件的设置与实施例一相同，不再赘述。
需要说明的是，实施例二与实施例一的区别只在与钢球的固定位置和运动轨迹的设置位置，以及主动旋转部件(钢球或运动轨迹)的改变，其它均与实施例一相同，具体请参照实施例一进行说明，不再赘述。
综上所述，通过设置旋转机构的具有倾斜角的运动轨迹绕旋转轴旋转以及能够传递力的固定筒，被动输出与旋转角度相关的扭矩，能够抵消旋转机构绕轴旋转时，其重力产生的扭矩，保持负载旋转的平衡性，从而降低对旋转机构的驱动的要求，提高控制旋转机构绕轴旋转的精度以及设备的安全性。该扭矩助力装置特别适用于中低速，刚性物体(即负载)重力绕轴产生扭矩的场合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (11)
1.一种扭矩助力装置，其特征在于，包括旋转机构(1)、固定筒(3)及可轴向伸缩的施力机构(4)，所述旋转机构(1)上设有负载；
所述固定筒(3)一端面设有具有倾斜角的运动轨迹(31)，并且固定筒(3)与施力机构(4)相连；
所述旋转机构(1)一端抵接在所述运动轨迹(31)上，并沿着所述运动轨迹(31)绕旋转轴(A-A)旋转；
所述运动轨迹(31)的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置；
所述运动轨迹(31)的倾斜角β为：
其中，m为负载的质量，g为重力加速度，L为负载重心至旋转轴的垂直距离，α为负载重心的旋转角，r为运动轨迹(31)至所述旋转轴(A-A)的垂直距离，F为施力机构(4)对旋转机构(1)与运动轨迹(31)的抵接处施加的轴向推力，所述推力的作用点至旋转轴(A-A)的垂直距离与所述运动轨迹(31)至旋转轴(A-A)的垂直距离相等。
2.如权利要求1所述的扭矩助力装置，其特征在于，所述运动轨迹(31)设有与所述旋转机构(1)配合的轨迹槽。
3.如权利要求1所述的扭矩助力装置，其特征在于，还包括导向柱(5)，所述固定筒(3)上设有与所述导向柱(5)滑动配合的导向槽(32)，以使所述固定筒(3)轴向运动。
4.如权利要求3所述的扭矩助力装置，其特征在于，所述导向柱(5)至少两根，且均匀分布于所述固定筒(3)的周向。
5.如权利要求3所 述的扭矩助力装置，其特征在于，还包括缸体(21)、缸盖(22)和轴承(6)；
所述导向柱(5)、所述施力机构(4)固定连接所述缸体(21)内壁，所述旋转机构(1)固定连接所述轴承(6)。
6.如权利要求1所述的扭矩助力装置，其特征在于，所述施力机构(4)为气弹簧。
7.如权利要求1所述的扭矩助力装置，其特征在于，所述旋转机构(1)包括旋转部(11)、设于所述旋转部(11)上的支撑架(12)以及固定在所述支撑架(12)上的刚性件(13)，所述刚性件(13)与所述运动轨迹(31)点接触或线接触。
8.如权利要求7所述的扭矩助力装置，其特征在于，所述负载的负载重心的旋转角与刚性件的旋转角相等。
9.一种适用于权利要求1至8任一项所述的扭矩助力装置的扭矩助力方法，其特征在于，包括：
通过所述施力机构(4)施加给所述固定筒(3)一轴向的推力，所述固定筒(3)将推力传递至旋转机构(1)；
驱动所述旋转机构(1)在所述固定筒(3)上沿着所述运动轨迹(31)绕旋转轴(A-A)旋转。
10.一种乳腺机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的扭矩助力装置，所述负载是所述乳腺机的旋转件。
11.一种扭矩助力装置，其特征在于，包括旋转机构、固定筒及可轴向伸缩的施力机构，所述旋转机构上设有负载；
所述旋转机构上设有具有倾斜角的运动轨迹，所述固定筒一端抵接在所述运动轨迹上，并且固定筒与施力机构相连；
所述运动轨迹的倾斜角根据所述负载的重力产生的扭矩设置；
所述运动轨迹的倾斜角β为：
其中，m为负载的质量，g为重力加速度，L为负载重心至旋转轴的垂直距离，α为负载重心的旋转角，r为所述运动轨迹至所述旋转轴的垂直距离，F为施力机构施加给所述固定筒的轴向推力，所述推力的作用点至所述旋转轴的垂直距离与所述运动轨迹至所述旋转轴的垂直距离相等。
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