本技術(shù)涉及機(jī)器人設(shè)備，更具體地涉及一種重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)及具有該重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，軸線平行于地面的機(jī)械臂關(guān)節(jié)由于受臂桿重力的作用，關(guān)節(jié)處會(huì)產(chǎn)生額外的扭矩，降低了機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)特性，因此大多數(shù)機(jī)械臂都需要設(shè)計(jì)重力補(bǔ)償裝置。

2、目前，機(jī)械臂的重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)通常分為主動(dòng)式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和被動(dòng)式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，主動(dòng)式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)一般使用電機(jī)閉環(huán)控制抵消重力的力矩?cái)_動(dòng)，即在機(jī)械臂上增加傳感器，再由控制系統(tǒng)輸出補(bǔ)償力矩，以此來(lái)抵消重力對(duì)機(jī)械臂控制電機(jī)的影響，然而此方法無(wú)法運(yùn)用于大負(fù)載的場(chǎng)景，因?yàn)樨?fù)載越大，對(duì)電機(jī)要求越高，所需電機(jī)的扭力越大，電機(jī)體積和成本都將大大增加；被動(dòng)式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)一般是采用重物配平的方法實(shí)現(xiàn)重力平衡，其工作原理是在臂桿上添加配重塊，使機(jī)械臂的重心轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)軸線附近，從而減小關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中重力的勢(shì)能變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的重力補(bǔ)償效果；或者是，采用如申請(qǐng)?zhí)枮?01711049846.4，專利名稱為一種機(jī)械臂重力補(bǔ)償?shù)耐馆喞蓹C(jī)構(gòu)的中國(guó)發(fā)明專利所述的結(jié)構(gòu)，借助于凸輪與張緊鋼絲繩以及拉簧相配合輸出與重力相反的扭矩，達(dá)到重力補(bǔ)償?shù)男Ч?，然而，重物配平的方法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體體積過(guò)大，重心偏高等問(wèn)題，凸輪拉簧機(jī)構(gòu)雖然沒(méi)有增加太多體積，但是需要設(shè)計(jì)加工凸輪，增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度，且凸輪設(shè)計(jì)的半徑是隨角度變化的變量，當(dāng)機(jī)械臂快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩不會(huì)一直保持在同一個(gè)平面，容易導(dǎo)致彈簧和鋼絲繩產(chǎn)生拉伸間隙，引入延時(shí)量，機(jī)械臂穩(wěn)定性降低。

3、鑒于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用時(shí)可使得機(jī)械臂在任意位置達(dá)到平衡狀態(tài)的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)及具有該重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂以解決上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且使用時(shí)可使得機(jī)械臂在任意位置達(dá)到平衡狀態(tài)的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)及具有該重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于具有負(fù)載臂桿的機(jī)械臂，所述負(fù)載臂桿通過(guò)一底座支架安裝于云臺(tái)上，所述重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿的彈簧導(dǎo)桿、套設(shè)于所述彈簧導(dǎo)桿上的直線軸承和彈簧，所述直線軸承還連接有一軸承套，所述軸承套的外側(cè)壁形成有至少一可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架上的凸起軸，所述彈簧導(dǎo)桿的另一端連接有一彈簧端蓋，所述彈簧位于所述軸承套和所述彈簧端蓋之間，并可在軸承套旋轉(zhuǎn)時(shí)伸縮。

3、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述軸承套包括一圓柱體，所述圓柱體的兩側(cè)分別向外凸起形成有兩所述凸起軸，且所述圓柱體頂部和底部分別向內(nèi)凹入形成有第一安裝槽和第二安裝槽，所述直線軸承和所述彈簧的一端分別位于所述第一安裝槽和第二安裝槽內(nèi)。

4、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述直線軸承為法蘭型直線軸承，所述法蘭型直線軸承位于所述第一安裝槽內(nèi)，且該法蘭型直線軸承的安裝法蘭固定于所述圓柱體頂部。

5、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述彈簧導(dǎo)桿一端形成有環(huán)狀體，所述環(huán)狀體上插裝有一轉(zhuǎn)軸，以通過(guò)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿上。

6、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有兩止推軸承，兩所述止推軸承分設(shè)于所述環(huán)狀體兩側(cè)，且均位于所述負(fù)載臂桿和所述環(huán)狀體之間。

7、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種機(jī)械臂，所述機(jī)械臂包括底座支架、負(fù)載臂桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及上述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其中，所述負(fù)載臂桿通過(guò)一連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架上，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于所述底座支架一側(cè)，且所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接所述連接轉(zhuǎn)軸，所述彈簧導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿一端，該負(fù)載臂桿的另一端連接負(fù)載，所述凸起軸位于所述連接轉(zhuǎn)軸的下方，且轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架側(cè)壁，以在所述負(fù)載臂桿在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)，使得套設(shè)于彈簧導(dǎo)桿上的彈簧伸縮，從而抵消負(fù)載臂桿的重力。

8、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述底座支架包括相對(duì)設(shè)置的第一支撐板和第二支撐板，所述負(fù)載臂桿包括第一連接桿和連接臂桿，所述第一連接桿橫截面呈⌒型，所述彈簧導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一連接桿的一端，所述連接臂桿一端穿設(shè)所述第一連接桿的另一端，所述連接轉(zhuǎn)軸依次穿設(shè)所述第一支撐板、該連接臂桿的一端以及第二支撐板而與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接，該連接臂桿的另一端連接負(fù)載，所述凸起軸位于所述連接轉(zhuǎn)軸的正下方，且轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一支撐板/第二支撐板上。

9、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述第一支撐板和第二支撐板相對(duì)的一側(cè)分別安裝有一第一軸承轉(zhuǎn)接件和一第二軸承轉(zhuǎn)接件，所述第一軸承轉(zhuǎn)接件和第二軸承轉(zhuǎn)接件上分別安裝有一第一軸承和一第二軸承，所述凸起軸穿設(shè)所述第一軸承/第二軸承以與所述第一支撐板/第二支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

10、其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述底座支架還包括有一底板和一電機(jī)支架，所述第一支撐板和第二支撐板分別固定于所述底板上表面，所述電機(jī)支架位于所述第二支撐板外側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于所述電機(jī)支架上，且該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸穿出所述電機(jī)支架且通過(guò)一第三軸承轉(zhuǎn)接件而與所述連接轉(zhuǎn)軸連接，所述連接轉(zhuǎn)軸上還依次套設(shè)有一法蘭軸承和一止推軸承，所述法蘭軸承和止推軸承位于所述第一支撐板和所述連接臂桿之間。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)械臂時(shí)，彈簧導(dǎo)桿一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)械臂的負(fù)載臂桿上，另一端連接有彈簧端蓋，且該彈簧導(dǎo)桿上套設(shè)有直線軸承和彈簧，直線軸承連接有軸承套，軸承套通過(guò)凸起軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于機(jī)械臂的底座支架上，彈簧位于軸承套和彈簧端蓋之間，則在機(jī)械臂做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)直線軸承和軸承套以及彈簧導(dǎo)桿的配合，軸承套轉(zhuǎn)動(dòng)且與底座支架的位置不變，而彈簧導(dǎo)桿可向上或向下移動(dòng)，彈簧在彈簧導(dǎo)桿上發(fā)生形變，以轉(zhuǎn)換機(jī)械臂與負(fù)載的重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能，使得機(jī)械臂在任意位置均可達(dá)到平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的重力補(bǔ)償，可知，本實(shí)用新型不需凸輪等結(jié)構(gòu)，同樣可通過(guò)重力補(bǔ)償?shù)姆绞綄C(jī)械臂上重力對(duì)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的力矩補(bǔ)償?shù)?，即消除了機(jī)械臂上重力對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可降低驅(qū)動(dòng)負(fù)載對(duì)電機(jī)的要求，使得電機(jī)尺寸不再因機(jī)械臂上負(fù)載的增大而增大。

技術(shù)特征：

1.一種重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于具有負(fù)載臂桿的機(jī)械臂，所述負(fù)載臂桿通過(guò)一底座支架安裝于云臺(tái)上，其特征在于，所述重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿的彈簧導(dǎo)桿、套設(shè)于所述彈簧導(dǎo)桿上的直線軸承和彈簧，所述直線軸承還連接有一軸承套，所述軸承套的外側(cè)壁形成有至少一可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架上的凸起軸，所述彈簧導(dǎo)桿的另一端連接有一彈簧端蓋，所述彈簧位于所述軸承套和所述彈簧端蓋之間，并可在軸承套旋轉(zhuǎn)時(shí)伸縮。

2.如權(quán)利要求1所述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述軸承套包括一圓柱體，所述圓柱體的兩側(cè)分別向外凸起形成有兩所述凸起軸，且所述圓柱體頂部和底部分別向內(nèi)凹入形成有第一安裝槽和第二安裝槽，所述直線軸承和所述彈簧的一端分別位于所述第一安裝槽和第二安裝槽內(nèi)。

3.如權(quán)利要求2所述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述直線軸承為法蘭型直線軸承，所述法蘭型直線軸承位于所述第一安裝槽內(nèi)，且該法蘭型直線軸承的安裝法蘭固定于所述圓柱體頂部。

4.如權(quán)利要求1所述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述彈簧導(dǎo)桿一端形成有環(huán)狀體，所述環(huán)狀體上插裝有一轉(zhuǎn)軸，以通過(guò)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿上。

5.如權(quán)利要求4所述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有兩止推軸承，兩所述止推軸承分設(shè)于所述環(huán)狀體兩側(cè)，且均位于所述負(fù)載臂桿和所述環(huán)狀體之間。

6.一種機(jī)械臂，其特征在于，包括底座支架、負(fù)載臂桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及上述權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其中，所述負(fù)載臂桿通過(guò)一連接轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架上，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于所述底座支架一側(cè)，且所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接所述連接轉(zhuǎn)軸，所述彈簧導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿一端，該負(fù)載臂桿的另一端連接負(fù)載，所述凸起軸位于所述連接轉(zhuǎn)軸的下方，且轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架側(cè)壁，以在所述負(fù)載臂桿在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)，使得套設(shè)于彈簧導(dǎo)桿上的彈簧伸縮，從而抵消負(fù)載臂桿的重力。

7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述底座支架包括相對(duì)設(shè)置的第一支撐板和第二支撐板，所述負(fù)載臂桿包括第一連接桿和連接臂桿，所述第一連接桿橫截面呈⌒型，所述彈簧導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一連接桿的一端，所述連接臂桿一端穿設(shè)所述第一連接桿的另一端，所述連接轉(zhuǎn)軸依次穿設(shè)所述第一支撐板、該連接臂桿的一端以及第二支撐板而與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸連接，該連接臂桿的另一端連接負(fù)載，所述凸起軸位于所述連接轉(zhuǎn)軸的正下方，且轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一支撐板/第二支撐板上。

8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一支撐板和第二支撐板相對(duì)的一側(cè)分別安裝有一第一軸承轉(zhuǎn)接件和一第二軸承轉(zhuǎn)接件，所述第一軸承轉(zhuǎn)接件和第二軸承轉(zhuǎn)接件上分別安裝有一第一軸承和一第二軸承，所述凸起軸穿設(shè)所述第一軸承/第二軸承以與所述第一支撐板/第二支撐板轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

9.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述底座支架還包括有一底板和一電機(jī)支架，所述第一支撐板和第二支撐板分別固定于所述底板上表面，所述電機(jī)支架位于所述第二支撐板外側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于所述電機(jī)支架上，且該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸穿出所述電機(jī)支架且通過(guò)一第三軸承轉(zhuǎn)接件而與所述連接轉(zhuǎn)軸連接，所述連接轉(zhuǎn)軸上還依次套設(shè)有一法蘭軸承和一止推軸承，所述法蘭軸承和止推軸承位于所述第一支撐板和所述連接臂桿之間。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于具有負(fù)載臂桿的機(jī)械臂，所述負(fù)載臂桿通過(guò)一底座支架安裝于云臺(tái)上，所述重力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述負(fù)載臂桿的彈簧導(dǎo)桿、套設(shè)于所述彈簧導(dǎo)桿上的直線軸承和彈簧，所述直線軸承還連接有一軸承套，所述軸承套的外側(cè)壁形成有至少一可轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述底座支架上的凸起軸，所述彈簧導(dǎo)桿的另一端連接有一彈簧端蓋，所述彈簧位于所述軸承套和所述彈簧端蓋之間，并可在軸承套旋轉(zhuǎn)時(shí)伸縮。本技術(shù)通過(guò)直線軸承和軸承套以及彈簧導(dǎo)桿的配合，在機(jī)械臂繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸起軸轉(zhuǎn)動(dòng)且與底座支架的位置不變，而彈簧導(dǎo)桿可向上或向下移動(dòng)，彈簧形變，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的重力補(bǔ)償。同時(shí)還公開(kāi)了一種機(jī)械臂。

技術(shù)研發(fā)人員：姜浩,吳正男
受保護(hù)的技術(shù)使用者：睿魔創(chuàng)新科技（成都）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240430
技術(shù)公布日：2024/12/23