CN215701838U - 一种上下料机械臂重力补偿机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种上下料机械臂重力补偿机构，包括底板、一对支撑板、臂杆、凸轮、钢丝拉索和拉伸弹簧，所述支撑板固定在底板的两端，所述臂杆包括方形杆，以及方形杆两侧端部固定的一对连接板，所述凸轮夹设在一对连接板之间，其包括盘形凸轮，以及所述盘形凸轮两侧固定的转轴，所述转轴将连接板和凸轮支撑在两侧支撑板之间。所述盘形凸轮外圆面上开设有环形槽，所述钢丝拉索的上端固定且部分缠绕在盘形凸轮上，下端连接有拉伸弹簧，拉伸弹簧的另一端固定在底板上，所述拉伸弹簧通过钢丝拉索作用在盘形凸轮上，产生让臂杆向上抬起的力矩。该机构通过弹性势能与重力势能之间的转化实现机械臂的重力补偿，且结构简单。

Description

一种上下料机械臂重力补偿机构

技术领域

本实用新型属于运输搬运机械技术领域，具体涉及一种上下料机械臂重力补偿机构。

背景技术

上下料机械臂是机械制造过程中一种常用的自动化装置，上下料机械臂可以与各种数控加工机床组合，完成加工过程工件的抓取、夹持、移动、定位、翻转等操作，实现整个机械零件加工过程的自动化，不但可以减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力，也是柔性制造系统中一个重要组成部分。

上下料机械臂一般由臂杆、关节、驱动电机及控制系统等部分组成，能模仿人的手臂进行空间运动，按固定程序完成加工过程中零件的空间搬运操作。上下料机械臂在运动过程中，由于臂杆和关节部件自重的作用，在机械臂的运动关节处会产生额外的转矩，增加驱动电机功率，并影响机械臂的控制难度和动态性能。为了减小驱动电机的负荷，提高机械臂的运动高精度和工作平稳性，上下料一般需要设计重力补偿装置，通过产生一个相反的转矩从而抵消重力产生的转矩带来的不利影响。

现有技术的上下料机械臂重力补偿装置，一般是采用通过添加配重的方法实现重力平衡，其工作原理是在臂杆上添加配重块，使机械臂的重心转移到转动关节轴线附近，从而减小关节转动过程中重力的势能变化，实现机械臂的重力补偿效果。这种方案的缺点是机构自重增大，机械臂的动态性能会受到影响，同时重力补偿的精度比较低。现有技术的另外一种方案是在上下料机械臂运动关节上安装特殊的补偿电动机，通过程序调节电机输出转矩抵消掉机械臂零部件自重对关节产生的转矩，这种方法补偿效果好，缺点是机械臂重力补偿装置的结构和控制系统比较复杂，制造成本高。

实用新型内容

针对现有技术的缺点，本实用新型提出了一种上下料机械臂重力补偿机构，利用凸轮和弹簧、钢丝拉索组合机构，通过弹性势能与重力势能之间的转化实现机械臂的重力补偿，该机构结构简单，体积紧凑，同时具有较高的补偿精度。

本实用新型采用以下技术方案：

一种上下料机械臂重力补偿机构，包括底板、一对支撑板、臂杆、凸轮、钢丝拉索和拉伸弹簧，其中：

所述支撑板对称固定在所述底板的两端；所述臂杆包括方形杆，以及所述方形杆一端的两侧沿长度方向延伸固定的一对连接板；所述凸轮夹设固定在所述的一对连接板之间，所述凸轮包括盘形凸轮，以及所述盘形凸轮两侧垂直连接的转轴，所述支撑板的顶部和所述连接板上分别开有供所述转轴穿过的第一通孔和第二通孔，所述盘形凸轮两侧的所述转轴分别依次穿过第二通孔和第一通孔，将所述连接板和凸轮支撑在两侧所述支撑板之间，所述转轴的一端用于和外侧的动力装置连接，从而带动臂杆和凸轮的转动；

所述盘形凸轮的中部外圆面上开设有环形槽，所述钢丝拉索的上端固定在所述盘形凸轮上，且一部分缠绕在所述环形槽内，所述钢丝拉索的下端连接有所述拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的另一端固定在所述支撑板之间的底板上，所述盘形凸轮和拉伸弹簧之间的所述钢丝拉索始终处于拉直状态，且所述拉伸弹簧通过所述钢丝拉索作用在所述盘形凸轮上，产生让所述臂杆向上抬起的力矩。

优选的，所述支撑板之间的所述底板上固定有吊环螺钉，所述拉伸弹簧的一端和所述吊环螺钉连接。

优选的，所述盘形凸轮的两侧固定设有固定块，所述转轴垂直固定在所述固定块上，所述连接板和所述盘形凸轮两侧的所述固定块固定连接。

优选的，所述连接板上还开有至少两个固定通孔，所述固定块的对应位置开有匹配的固定孔，使用螺栓穿过所述固定通孔至所述固定孔将所述连接杆和所述盘形凸轮的固定块固定连接。

优选的，所述第一通孔内嵌设有用于支撑所述转轴的轴承，所述轴承套设在所述转轴的外侧壁。

优选的，所述转轴和外侧动力装置连接的一端开有键槽，所述转轴和外部的动力装置键连接。

优选的，所述支撑板为L形，所述支撑板的水平段通过固定件固定在所述底板上。

优选的，所述支撑板上固定连接有第二支撑板，所述第二支撑板相邻的底面和一个侧面分别固定在所述支撑板的水平段和竖直段的中部。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：利用凸轮、拉伸弹簧和钢丝拉索组合机构，通过弹性势能与重力势能之间的转化实现机械臂的重力补偿；该机构结构简单，体积紧凑，同时对于重力产生的力矩随臂杆的角度产生变化，可以通过凸轮半径大小的改变相应调整补偿力矩，具有较高的补偿精度。

附图说明

图1是本实用新型本中上下料机械臂重力补偿机构的结构图；

图2为本实用新型中上下料机械臂重力补偿机构的凸轮结构图；

其中：1、底板，2、支撑板，3、臂杆，4、凸轮，5、钢丝拉索，6、拉伸弹簧，7、方形杆，8、连接板，9、盘形凸轮，10、转轴，11、第一通孔，12、第二通孔，13、环形槽，14、吊环螺钉，15、固定块，16、固定孔，17、第一螺栓，18、轴承，19、键槽，20、第二支撑板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例种的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种上下料机械臂重力补偿机构，包括底板1、一对支撑板2、臂杆3、凸轮4、钢丝拉索5和拉伸弹簧6，其中：

所述支撑板2对称安装在所述底板1的两端，且所述支撑板2的底部通过螺栓螺母锁紧固定在所述底板1上；

所述臂杆3包括方形杆7，以及所述方形杆7一端的两侧沿长度方向延伸固定的一对连接板8，所述凸轮4固定在所述的一对连接板8之间；所述凸轮4包括盘形凸轮9，以及所述盘形凸轮9两侧垂直连接的转轴10，需要说明的是，所述盘形凸轮9的径向廓线尺寸是变化的；

所述支撑板2的顶部和所述连接板8上分别开设有供所述转轴10穿过的第一通孔11和第二通孔12，所述转轴10分别依次穿过两侧的第二通孔12和第一通孔11，从而将所述方形杆7的连接板8和凸轮4支撑在一对支撑板2之间，所述转轴10的一端用于和外侧的动力装置(图中未示出)进行连接，从而带动臂杆3和凸轮4一起转动；

所述盘形凸轮9中部的外圆面上开设有环形槽13，所述钢丝拉索5的上端固定在所述盘形凸轮9上，且一部分缠绕于所述环形槽13内，所述钢丝拉索5的下端连接有拉伸弹簧6，所述拉伸弹簧6的另一端固定在两侧所述支撑板2之间的底板1上，所述盘形凸轮9和拉伸弹簧6之间的钢丝拉索5始终处于拉直状态，且在所述臂杆3上下摆动时，所述拉伸弹簧6通过钢丝拉索5作用在盘形凸轮9上，产生一个让臂杆3向上抬起的力矩，以补偿所述臂杆3重力产生的力矩。本实施例中，将所述钢丝拉索5的上端系在一颗螺钉上，再将螺钉固定在所述盘形凸轮9上；所述拉伸弹簧6为两端带有拉钩的钢制螺旋弹簧，使用时，可以将所述钢丝拉索5的下端系成一个钢丝圈，和所述拉伸弹簧6一端的挂钩连接；且随着所述臂杆3向下摆动，所述拉伸弹簧6的拉伸长度逐渐增大。

该补偿机构在组装时，先是将所述转轴10穿过所述连接板8的第二通孔12，并将所述连接板8和凸轮4固定连接，再将方形杆7和连接板8固定连接组装成臂杆3，然后通过将转轴10的两端穿过所述第一通孔11，将臂杆3和凸轮4支撑在所述支撑板2之间，并将支撑板2的底部固定在所述底板1上。

优选的，所述底板1的中部固定有一吊环螺钉14，所述拉伸弹簧6的底端和所述吊环螺钉14连接。使用时，将拉伸弹簧6一端的挂钩和所述吊环螺钉14上的吊环连接，该连接方式方便拉伸弹簧6的拆卸和更换。

进一步地，所述盘形凸轮9的两侧固定设有固定块15，所述转轴10垂直固定在所述固定块15上，所述连接板8和固定块15固定连接。

进一步地，所述连接板8上开有至少两个固定通孔(图中未标注)，所述固定块15上开设有对应的固定孔16，使用第一螺栓17穿过所述固定通孔至固定孔16并用螺母锁紧，将所述盘形凸轮9固定夹设在所述连接板8之间，从而使所述臂杆3和凸轮4固定连接。本实施例中，所述固定块15焊接在所述盘形凸轮9的两侧，且所述固定通孔和对应的固定孔16的数量为四。

进一步地，所述支撑板2的第一通孔11内嵌设有用于支撑所述转轴10的轴承18，所述轴承18套设在所述转轴10的外侧壁，且所述轴承18为滚动轴承。

更进一步地，所述转轴10的一端开有键槽19，所述转轴10通过和外部动力装置键连接实现转动，所述外部动力装置为驱动电机。

该补偿机构的工作原理为：当上下料机械臂工作时，臂杆3在驱动电机的带动下上下摆动，同时通过凸轮4的转动，钢丝拉索5不断拉紧和放松拉伸弹簧6，弹簧拉力对臂杆3产生的力矩方向与臂杆3重力产生力矩的方向相反，从而起到重力补偿作用。同时，因为拉伸弹簧6张力的作用半径等于钢丝拉索5直线部分与盘形凸轮9接触点处盘形凸轮9的半径，因此当重力产生的力矩会随臂杆3摆动角度的变化而变化时，可以通过盘形凸轮9的轮廓半径变化，使得补偿机构的补偿力矩大小跟随臂杆3重力产生力矩的大小进行相应调整，从而得到比较高的补偿精度。

进一步地，所述支撑板2为L形，所述支撑板2的水平段通过螺栓螺母固定件固定在所述底板1上；为了保证工作时支撑板2的结构稳定，所述支撑板2上还固定连接有第二支撑板20，所述第二支撑板20的底面和相邻的一个侧面分别固定在所述支撑板2的水平段和竖直段的中部，所述第二支撑板20和支撑板2可以通过焊接或者粘接等固定方式连接。本实施例中，所述第二支撑板20为垂直三角板，所述三角板的两侧垂直边分别和支撑板2的竖直段和水平段紧贴，从而可以给支撑板2更好的支撑作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，包括底板、一对支撑板、臂杆、凸轮、钢丝拉索和拉伸弹簧，其中：

所述支撑板对称固定在所述底板的两端；所述臂杆包括方形杆，以及所述方形杆一端的两侧沿长度方向延伸固定的一对连接板；所述凸轮夹设固定在所述的一对连接板之间，所述凸轮包括盘形凸轮，以及所述盘形凸轮两侧垂直连接的转轴，所述支撑板的顶部和所述连接板上分别开有供所述转轴穿过的第一通孔和第二通孔，所述盘形凸轮两侧的所述转轴分别依次穿过第二通孔和第一通孔，将所述连接板和凸轮支撑在两侧所述支撑板之间，所述转轴的一端用于和外侧的动力装置连接，从而带动臂杆和凸轮的转动；

所述盘形凸轮的中部外圆面上开设有环形槽，所述钢丝拉索的上端固定在所述盘形凸轮上，且一部分缠绕于所述环形槽内，所述钢丝拉索的下端连接有所述拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的另一端固定在所述支撑板之间的底板上，所述盘形凸轮和拉伸弹簧之间的所述钢丝拉索始终处于拉直状态，且所述拉伸弹簧通过所述钢丝拉索作用在所述盘形凸轮上，产生让所述臂杆向上抬起的力矩。

2.根据权利要求1所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述支撑板之间的所述底板上固定有吊环螺钉，所述拉伸弹簧的一端和所述吊环螺钉连接。

3.根据权利要求1所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述盘形凸轮的两侧固定设有固定块，所述转轴垂直固定在所述固定块上，所述连接板和所述盘形凸轮两侧的所述固定块固定连接。

4.根据权利要求3所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述连接板上还开有至少两个固定通孔，所述固定块的对应位置开有匹配的固定孔，使用螺栓穿过所述固定通孔至所述固定孔将所述连接板和所述盘形凸轮的固定块固定连接。

5.根据权利要求1所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述第一通孔内嵌设有用于支撑所述转轴的轴承，所述轴承套设在所述转轴的外侧壁。

6.根据权利要求1所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述转轴和外侧动力装置连接的一端开有键槽，所述转轴和外部的动力装置键连接。

7.根据权利要求1所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述支撑板为L形，所述支撑板的水平段通过固定件固定在所述底板上。

8.根据权利要求7所述的上下料机械臂重力补偿机构，其特征在于，所述支撑板上固定连接有第二支撑板，所述第二支撑板相邻的底面和一个侧面分别固定在所述支撑板的水平段和竖直段的中部。

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