CN219119695U - 一种平衡缸及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能机器技术领域，公开了一种平衡缸及机器人。该平衡缸包括：缸体、缸轴、挡板、活塞、弹性件以及调节组件。缸体一端用于与基座固定连接。缸轴活动连接于缸体内并用于与轴杆连接；挡板固定于缸轴的另一端；活塞设置于缸体内并与挡板相对设置，弹性件一端与挡板连接，另一端与活塞连接；调节组件设置于缸体内并与活塞相连接；调节组件可根据预设的程序实时控制活塞在缸体内活动，影响弹性件的压缩量。以此该平衡缸通过利用弹性件的有效压缩量与缸轴拉伸量的不同而改变平衡缸的刚度，使得该平衡缸在使用时能够快速实时调节平衡缸的刚度和提供的作用力，从而其能够满足不同型号的机器人的不同需求，有效提高了该平衡缸的应用范围。

Description

一种平衡缸及机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器技术领域，尤其涉及一种平衡缸及机器人。

背景技术

平衡缸是一种设置在机器人的基座和轴杆之间的平衡结构，其内部一般设置弹性结构比如弹簧等，在轴杆动作时，弹性件产生形变以抵消由于重力作用产生的对轴杆的额外作用力。

现有技术中，平衡缸包括缸体、缸轴、挡板以及弹簧。缸体的一端与基座固定，缸轴与缸体滑动连接，且缸轴的一端伸出缸体并与轴杆相连接。弹簧的一端与挡板固定，另一端与缸体固定。当轴杆相对于基座发生移动时，缸轴就会相对于缸体滑动，缸轴带动挡板移动，进而压缩弹簧产生弹性形变，以实现对两根轴之间作用力的抵消。

但是，上述弹性形变所产生的反作用力主要取决于该弹簧的刚度系数和弹簧的形变幅度，而弹簧的刚度系数不能调整，也就是说平衡缸提供的反作用力与缸轴的活动距离是线性关系，使得平衡缸的刚度恒定不可调节，导致其适用范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种平衡缸及机器人，解决了现有技术中平衡缸的刚度系数不变而弹性件的形变幅度有限，导致其能够抵消的作用力的范围较小，致使其适用范围有限的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种平衡缸，其包括：缸体、缸轴、挡板、活塞、弹性件以及调节组件。缸体一端用于与基座固定连接；缸轴活动连接于所述缸体内且一端伸出所述缸体的另一端并与轴杆连接；挡板固定于所述缸轴的另一端；活塞设置于所述缸体内并与所述挡板相对设置，弹性件一端与所述挡板连接，另一端与所述活塞连接；调节组件设置于所述缸体内并与所述活塞相连接，所述调节组件用于根据所述缸轴的移动距离驱动所述活塞移动，以改变所述弹性件的有效压缩量。

可选地，所述调节组件包括：调节柱，滑动连接于所述缸体内并与所述活塞相连接；传动件，与所述调节柱相连接；以及驱动件，与所述传动件相连接并根据所述缸轴的移动距离选择性地启动或停止以通过所述传动件驱动所述调节柱移动。

可选地，所述调节柱套设于所述缸轴并与所述缸轴滑动连接。

可选地，所述调节柱上开设有与所述缸轴连通并沿所述缸轴滑动方向延伸的检测缺口，所述调节组件还包括：第一检测件，与所述检测缺口内的所述缸轴相对应以检测所述缸轴的移动距离并与所述驱动件通讯连接。

可选地，所述调节组件还包括：第二检测件，与所述调节柱相对应以检测所述调节柱的移动距离。

可选地，所述传动件包括：齿条，固定于所述调节柱并沿所述缸轴的轴线方向延伸；以及齿轮，与所述驱动件相连接并与所述齿条相啮合。

可选地，所述驱动件包括：电机；以及减速机，与所述电机及所述传动件分别连接。

可选地，所述平衡缸还包括：限位条，设置于所述缸体内并与所述活塞远离所述弹性件的一侧选择性地抵接。

可选地，所述缸体的端壁设有用于与基座固定连接的第一连接头，所述缸轴伸出所述缸体的一端设有与轴杆固定连接的第二连接头。

第二方面，本实用新型提供一种机器人，其包括：基座；轴杆；以及如上述第一方面中任一项所述的平衡缸，分别与所述基座及所述轴杆连接。

本实用新型的有益效果：

第一方面，通过调节组件的设置，在机器人的基座与基座相对运动时，调节组件能够驱动活塞以使得活塞根据缸轴的移动而发生移动。而缸轴与挡板固定连接，挡板随着缸轴移动时会压缩弹性件，而活塞也能够同步对弹性件进行压缩，使得弹性件的有效压缩量发生改变，则弹性件的刚度也就对应发生改变，进而平衡缸整体产生的作用力对应发生变化，使得该平衡缸能够抵消更大范围内的作用力，从而其能够应用于不同型号的机器人上，有效提高了该平衡缸的应用范围。

第二方面，应用该平衡缸的机器人，能够根据机器人的应用场景，更加灵活地对平衡缸刚度进行调整，以快速产生能够有效抵消负载的作用力，有利于提高该机器人的应用范围以满足相应的应用条件。。

附图说明

图1为本实用新型一些实施例中平衡缸的结构示意图。

图2为本实用新型一些实施例中平衡缸的内部结构示意图。

图3为图2所示的实现方式中的A部放大图。

图中：

100、缸体；110、缸筒；120、上缸盖；130、下缸盖；200、缸轴；300、挡板；400、活塞；500、弹性件；600、调节组件；610、调节柱；611、检测缺口；620、传动件；621、齿条；622、齿轮；630、驱动件；631、电机；632、减速机；640、控制器；650、第一检测件；660、第二检测件；700、限位条；800、第一连接头；900、第二连接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实用新型提供一种平衡缸及机器人，其能够通过改变平衡缸的刚度系数，以使得该平衡缸能够在更大范围内抵消对应的作用力，从而提高该平衡缸的适应能力。同时该平衡缸的刚度系数可以实时进行检测和调整，以在应用于任一类型的机器人时，能够根据机器人承受的负载实时地进行刚度调整，使得该机器人能够承受较大范围内的负载，以有效提高对应机器人的适用范围。

一种平衡缸

图1为本实用新型一些实施例中平衡缸的结构示意图。图2为本实用新型一些实施例中平衡缸的内部结构示意图。参照图1和图2所示，该平衡缸包括缸体100、缸轴200、挡板300、活塞400、弹性件500以及调节组件600。缸体100一端用于与基座固定连接；缸轴200活动连接于缸体100内且一端伸出缸体100的另一端并与轴杆连接；挡板300固定于缸轴200的另一端；活塞400设置于缸体100内并与挡板300相对设置。弹性件500一端与挡板300连接，另一端与活塞400连接；调节组件600设置于缸体100内并与活塞400相连接，调节组件600用于根据缸轴200的移动距离驱动活塞400移动，使得调节组件600能够根据预设的程序实施控制活塞400在缸体内活动，以改变弹性件500的有效压缩量。

具体地，基座属于机器人中固定在地面上的结构，轴杆则可以为设置在基座上的大臂，在基座上设有对应的输出部分，其与大臂连接以驱动大臂移动。缸体100就设置在基座和轴杆之间，其包括缸筒110、上缸盖120以及下缸盖130。缸筒110呈圆筒状，其两端开口，上缸盖120与下缸盖130分别通过螺栓等紧固件固定在缸筒110的两个开口处。应当理解的是，缸体100还可以设置在大臂与小臂之间，其具体的应用场景可以根据实际的安装要求来设计，本申请不做具体限定。

上缸盖120用于与基座相连接，其连接方式可以为卡接、螺接或者焊接等。缸轴200沿缸筒110的轴线方向滑动连接在缸筒110内，其下端穿过下缸盖130而伸出缸体100并与轴杆相连接。缸轴200的上端则与挡板300的下侧固定连接，缸轴200与挡板300可以焊接固定，也可以一体成型。挡板300呈圆板状，其周壁与缸筒110的内壁滑动贴合。

活塞400活动连接在缸筒110内并与缸轴200滑动连接，活塞400与挡板300的形状相同，也呈圆板状。弹性件500可以采用弹簧，其下端固定在活塞400的上侧，其上端则固定在挡板300的下侧。应当理解的是，弹性件500还可以采用弹性杆等其他具有弹性的结构，本实用新型不做具体限定。

调节组件600设置在下缸盖130与活塞400之间，其能够根据缸轴200的移动来驱动活塞400移动，以使得挡板300和活塞400同时压缩弹性件500，使得弹性件500的有效压缩量发生改变，进而就可以改变其刚度。

该平衡缸在应用时，通过调节组件600的设置，在臂摆动而相对于基座移动时，基座和大臂分别连接平衡缸的两点会产生一定幅度的相对移动，而缸轴200也会随之发生移动。调节组件600能够驱动活塞400以使得活塞400根据缸轴200的移动而发生移动。而缸轴200与挡板300固定连接，挡板300随着缸轴200移动时会压缩弹性件500，而活塞400也能够同步对弹性件500进行压缩，使得弹性件500的有效压缩量发生改变，其压缩量与缸轴200的拉伸量不同，则弹性件500的刚度也就对应发生改变，也就对应调整了平衡缸的刚度，进而平衡缸整体产生的作用力对应发生变化，使得该平衡缸能够抵消更大范围内的作用力，从而其能够应用于不同型号的机器人上，有效提高了该平衡缸的应用范围。

在平衡缸中，活塞400的移动距离取决于挡板300或缸轴200的移动距离，设定挡板300或缸轴200的移动距离为S₁，活塞400的移动距离为S₂。在常规不可调节刚度的平衡缸中，S₂始终为0，则平衡缸的刚度为K₁＝K＝1，其中K为弹性件500的刚度。该平衡缸能产生的作用力为F＝K₁*S₁+F₀，其中F₀为初始拉力值。因此可知，平衡缸能够产生的作用力大小完全取决于S₁的变化范围。但是平衡缸仅是设置与机器人中的一个结构，其整体尺寸有限，因此S₁的变化范围较小，导致平衡缸能够产生的作用力范围较小。

而在本实用新型中，由于活塞400可以通过调节组件600驱动实现位移，则S₂能够进行调节，可以设定S₂与S₁满足特定的关系式，例如S₂＝S₁^²或S₂＝0.5*[sin(4*π*S₁)+1]。每当S₁发生变化时，S₂也随之变化，此时平衡缸的刚度K₁＝K*(1+S₂/S₁)，则平衡缸能够提供的作用力为F＝K₁*S₁+F₀。由此可知，随之K₁的变化，F的变化范围更大，从而就能够使得平衡缸适应能力得到有效提高。应当理解的是，S₂与S₁的关系可以根据实际的应用场景设定，本实用新型不对其做具体限定。

参照图2所示，在本实用新型一些实施例中，调节组件600包括调节柱610、传动件620以及驱动件630。调节柱610滑动连接于缸体100内并与活塞400相连接。传动件620与调节柱610相连接。驱动件630与传动件620相连接并根据缸轴200的移动距离选择性地启动或停止以通过传动件620驱动调节柱610移动。

具体地，调节柱610可以呈圆柱状，其固定连接于活塞400的下侧。传动件620则可以为连杆机构，还可以为丝杠或者齿轮622等机构。驱动件630则可以采用电机631或者气缸。调节组件600内还可以设置控制器640，控制器640与驱动件630通讯连接，控制器640内可以将S₁与S₂的关系输入，使得控制器640能够根据缸轴200的移动距离自动控制驱动件630启动。

当需要驱动活塞400移动时，启动驱动件630，驱动件630通过传动件620带动调节柱610移动，调节柱610就能够带动活塞400朝向靠近挡板300的一侧移动，以顺利对弹性件500的下端进行压缩，使得弹性件500的上下两端同时压缩，顺利改变弹性件500的有效压缩量。

参照图2所示，在本实用新型一些实施例中，调节柱610套设于缸轴200并与缸轴200滑动连接。具体地，调节柱610呈套筒状，其套设于缸轴200靠近下缸盖130的一端。通过将调节柱610与缸轴200同轴套设，使得调节柱610在移动时，缸轴200能够起到限位的效果，减少调节柱610在移动过程中发生偏移的可能性。

图3为图2所示的实现方式中的A部放大图。参照图3所示，在本实用新型一些实施例中，调节柱610上开设有与缸轴200连通并沿缸轴200滑动方向延伸的检测缺口611，调节组件600还包括第一检测件650和第二检测件660。第一检测件650与检测缺口611内的缸轴200相对应以检测缸轴200的移动距离并与驱动件630通讯连接。第二检测件660与调节柱610相对应以检测调节柱610的移动距离。

具体地，第一检测件650和第二检测件660均与上述控制器640通讯连接，且二者均可以采用测距传感器。第一检测件650用于检测S₁，控制器640就能够根据S₁以及S₂与S₁的关系计算出S₂的大小，第二检测件660则用于检测出实际调节柱610移动的距离，当符合S₂的大小时，控制器640就控制驱动件630停止，以此实现平衡缸刚度的自动实时调节，提高刚度调节的灵活性。

参照图3所示，在本实用新型一些实施例中，传动件620包括齿条621和齿轮622。齿条621固定于调节柱610并沿缸轴200的轴线方向延伸。齿轮622与驱动件630相连接并与齿条621相啮合。驱动件630包括电机631和减速机632。减速机632与电机631及齿轮622分别连接。具体地，齿条621固定在调节柱610的外侧壁上，齿轮622则固定在减速机632的输出轴上。电机631与控制器640通讯连接，控制器640根据内置程序和获取的数据实时调整电机631的启动和停止，当电机631启动时，就可以通过减速机632带动齿轮622转动，齿轮622带动齿条621移动，齿条621是固定在调节柱610上，从而就可以驱动调节柱610移动。

参照图2和图3所示，在本实用新型一些实施例中，平衡缸还包括限位条700。限位条700设置于缸体100内并与活塞400远离弹性件500的一侧选择性地抵接。具体地，限位条700设于缸筒110内部，且靠近下缸盖130一侧设置。限位条700位于活塞400的下方，其可以呈环形，也可以呈间隔分布的多个块状结构，其可以与缸筒110一体成型，以限制活塞400的位置，可以设定当S2为0时，活塞400的下侧与限位条700的上侧抵接。

在本实用新型一些实施例中，缸体100的端壁设有用于与基座固定连接的第一连接头800。缸轴200伸出缸体100的一端设有与轴杆固定连接的第二连接头900。具体地，第一连接头800和第二连接头900均呈吊环状，其分别与基座和轴杆勾连。第一连接头800可以通过法兰固定在上缸盖120的外端面上，第二连接头900则可以通过螺接的方式固定于缸轴200的一端。

一种机器人

该机器人包括基座、轴杆以及如上述任一项实施例中的平衡缸。平衡缸分别与基座及轴杆连接。

具体地，在该机器人使用过程中，根据机器人所承受的负载，能够对该平衡缸刚度灵活地调整，以快速产生能够有效抵消负载的作用力，有利于提高该机器人的应用范围。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平衡缸，其特征在于，包括：

缸体(100)，一端用于与基座固定连接；

缸轴(200)，活动连接于所述缸体(100)内且一端伸出所述缸体(100)的另一端并与轴杆连接；

挡板(300)，固定于所述缸轴(200)的另一端；

活塞(400)，设置于所述缸体(100)内并与所述挡板(300)相对设置

弹性件(500)，一端与所述挡板(300)连接，另一端与所述活塞(400)连接；以及

调节组件(600)，设置于所述缸体(100)内并与所述活塞(400)相连接，所述调节组件(600)用于根据所述缸轴(200)的移动距离驱动所述活塞(400)移动，以改变所述弹性件(500)的有效压缩量。

2.根据权利要求1所述的平衡缸，其特征在于，所述调节组件(600)包括：

调节柱(610)，滑动连接于所述缸体(100)内并与所述活塞(400)相连接；

传动件(620)，与所述调节柱(610)相连接；以及

驱动件(630)，与所述传动件(620)相连接并根据所述缸轴(200)的移动距离选择性地启动或停止以通过所述传动件(620)驱动所述调节柱(610)移动。

3.根据权利要求2所述的平衡缸，其特征在于，所述调节柱(610)套设于所述缸轴(200)并与所述缸轴(200)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的平衡缸，其特征在于，所述调节柱(610)上开设有与所述缸轴(200)连通并沿所述缸轴(200)滑动方向延伸的检测缺口(611)，所述调节组件(600)还包括：

第一检测件(650)，与所述检测缺口(611)内的所述缸轴(200)相对应以检测所述缸轴(200)的移动距离并与所述驱动件(630)通讯连接。

5.根据权利要求2所述的平衡缸，其特征在于，所述调节组件(600)还包括：

第二检测件(660)，与所述调节柱(610)相对应以检测所述调节柱(610)的移动距离。

6.根据权利要求2所述的平衡缸，其特征在于，所述传动件(620)包括：

齿条(621)，固定于所述调节柱(610)并沿所述缸轴(200)的轴线方向延伸；以及

齿轮(622)，与所述驱动件(630)相连接并与所述齿条(621)相啮合。

7.根据权利要求2所述的平衡缸，其特征在于，所述驱动件(630)包括：

电机(631)；以及

减速机(632)，与所述电机(631)及所述传动件(620)分别连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的平衡缸，其特征在于，所述平衡缸还包括：

限位条(700)，设置于所述缸体(100)内并与所述活塞(400)远离所述弹性件(500)的一侧选择性地抵接。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的平衡缸，其特征在于，所述缸体(100)的端壁设有用于与基座固定连接的第一连接头(800)，所述缸轴(200)伸出所述缸体(100)的一端设有与轴杆固定连接的第二连接头(900)。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：

基座；

轴杆；以及

如权利要求1至9中任一项所述的平衡缸，分别与所述基座及所述轴杆连接。

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