端相固连，因此，连杆III组件与连杆II组件构成转动副，两者可绕其轴线相对转动，构成第四关节；杆IV构成的末端执行组件105与杆III组件104前端的U型叉架铰接，构成第五关节；所述弹簧平衡系统2包括:弹簧调节支座组件303、弹簧1301、弹簧II305三部分，其中，弹簧调节支座组件303由安装支撑座303h、丝杠滑块调节系统1302、丝杠滑块调节系统II304组成，丝杠滑块调节系统1302中，丝杠座A303a通过螺钉竖直固定在安装支撑座303h上，丝杠A303b、滑杆A303e分别通过丝杠座A303a上的安装定位孔，进行连接，滑块A303d上开有两孔，丝杠A303b通过螺纹孔，以便驱动滑块A303d移动，滑杆A303e通过光孔，起支撑作用，滑块A303d上装有弹簧I挂点11303c，用于连接弹簧1301 ;丝杠滑块系统II304中，丝杠座B303f通过螺钉竖直固定在安装支撑座303h上，丝杠B303q、滑杆B303g分别通过丝杠座B303p上的安装定位孔，进行连接，滑块B303p上开有三孔，丝杠B303q通过中间的螺纹孔，以便驱动滑块B303p移动，两滑杆B303g通过光孔，起支撑作用，滑块B303p上装有弹簧II挂点11303η，用于连接弹簧11305，挂点两侧对称，既能使机构承受较大的负载，又能使弹簧空间布置位置更加合理；弹簧I 一端与连杆I102d上的弹簧I挂点1102c连接，另一端与丝杠滑块系统1302中滑块A303d上弹簧I挂点11303c连接；弹簧II 一端与连杆11103a末端的弹簧II挂点1103d连接，另一端与丝杠滑块系统II中滑块B303p上弹簧II挂点11303η连接。
[0019]上述弹簧自平衡助力机械手，具有移动小车3、五自由度串联机械臂I和弹簧平衡系统2三部分；述五自由度串联机械臂I通过底座固定于移动小车3上，可实现整体机构的移动；五自由度串联机械臂I具有五个自由度，工作空间大，运动灵活；弹簧平衡系统2位于五自由度串联机械臂I的后方，其调节支座固定于五自由度串联机械臂I的腰关节101的转盘上，为物料搬运提供助力；弹簧平衡系统2利用利用势能守恒原理，通过储能元件弹簧，将结构的重力势能转换为弹性势能，实现机构的静力平衡。
[0020]所述五自由度串联机械臂I具有五个自由度，末端运动可实现3个移动、2个转动；五自由度串联机械臂I主要包括腰关节101、杆I组件102、杆II组件103、杆III组件104及杆IV构成的末端执行组件105五部分，其中腰关节101与杆I组件102、杆I组件102与杆II组件103、杆III组件103与杆IV组件104为铰接关系，杆II组件103与杆III组件104构成轴承转动副，可绕其轴线相对转动。
[0021]所述杆I组件102由轴承座102a、连杆I102d组成，连杆I102d下端通过销轴和轴承销轴A102b与轴承座轴承座102a构成铰接关系，连杆I102d上端与杆II组件103构成铰接关系，其中连杆两端均为U型连接架，整体结构对称，受力性能良好。
[0022]所述弹簧平衡系统2由弹簧调节支座组件303、弹簧1301、弹簧II305组成，具体方式为:弹簧调节支座组件303位于五自由度串联机械臂I的后方，固定安装在腰关节I转盘上，弹簧1301两端分别与调节机构和连杆I102d上的挂点连接，弹簧II305两端分别与调节机构和连杆11103a、末端的挂点连接；当移动重物时，弹簧力平衡掉一部分重力，起到助力作用，此外，选择合适的挂点，使重物在移动过程中，重力势能与弹性势能相互转换，总体势能始终守恒，机构能够在任意位置实现自平衡。
[0023]通过调节，可改变系统的负载能力，以适应不同的负载；通过调节丝杠滑块系统中的丝杠转动，可以改变滑块位置，滑块上有挂点，进而改变两组弹簧挂点的位置，达到调节其负载能力的目的。
【主权项】
1.弹簧自平衡助力机械手，其特征在于:由移动小车、五自由度串联机械臂和弹簧平衡系统三部分组成；所述五自由度串联机械臂通过腰关节上底座固定于移动小车上，弹簧平衡系统位于五自由度串联机械臂后方，其弹簧调节支座组件中安装支撑座固定安装在腰关节的转盘上；所述五自由度串联机械臂I包括:腰关节、杆I组件、杆II组件、杆III组件及杆IV构成的末端执行组件五部分；其中，腰关节内装有转盘轴承，可使转盘绕底座360。转动，构成第一关节；杆I组件的轴承座固定于腰关节的转盘上，销轴A —端穿过连杆I下端U型叉架的安装孔，为过盈配合，另一端与轴承座中轴承内圈连接，使杆I组件与腰关节行成铰接关系，构成第二关节；杆II组件的连杆II，其前端两侧开有安装孔，位置关于其中轴面对称，销轴B —端连杆II前端安装孔连接，为过盈配合，另一端与轴承内圈相配合，最后把轴承安装于连杆I上端的U型叉架安装孔中，并用上盖压紧，由此杆II组件与杆I组件在连杆I上端连接处形成铰接关系，构成第三关节；杆II组件中连杆II内部为空心结构，其前后端均开有安装孔，内安装有轴承，连接轴分别与穿过连杆II内部，分别与两轴承内圈相配合，故连接轴可绕连杆II的轴线转动，连杆III组件末端与连接轴前端相固连，因此，连杆III组件与连杆II组件构成转动副，两者可绕其轴线相对转动，构成第四关节；杆IV构成的末端执行组件与杆III组件前端的U型叉架铰接，构成第五关节；所述弹簧平衡系统包括:弹簧调节支座组件、弹簧1、弹簧II三部分，其中，弹簧调节支座组件由安装支撑座、丝杠滑块调节系统1、丝杠滑块调节系统II组成，丝杠滑块调节系统I中，丝杠座A通过螺钉竖直固定在安装支撑座上，丝杠A、滑杆A分别通过丝杠座A上的安装定位孔，进行连接，滑块A上开有两孔，丝杠A通过螺纹孔，以便驱动滑块移动，滑杆A通过光孔，起支撑作用，滑块A上装有弹簧I挂点II，用于连接弹簧I ;丝杠滑块系统II中，丝杠座B通过螺钉竖直固定在安装支撑座上，丝杠B、滑杆B分别通过丝杠座B上的安装定位孔，进行连接，滑块B上开有三孔，丝杠B通过中间的螺纹孔，以便驱动滑块移动，两滑杆B通过光孔，起支撑作用，滑块B上装有弹簧II挂点II，用于连接弹簧II，挂点两侧对称，既能使机构承受较大的负载，又能使弹簧空间布置位置更加合理；弹簧I 一端与连杆I上的弹簧I挂点I连接，另一端与丝杠滑块系统I中滑块A上弹簧I挂点II连接；弹簧II 一端与连杆II末端的弹簧II挂点I连接，另一端与丝杠滑块系统II中滑块B上弹簧II挂点II连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种弹簧自平衡助力机械手，由移动小车、五自由度串联机械臂和弹簧平衡系统三部分组成；所述五自由度串联机械臂通过腰关节上底座固定于移动小车上，弹簧平衡系统位于五自由度串联机械臂后方，其弹簧调节支座组件中安装支撑座固定安装在腰关节的转盘上。优点是：克服现有的助力机械手制造成本高，动力单元较为复杂，不适用于轻型简易工作场所的不足，主要用于轻便型场合的物料搬运，结构简单，易于操作，负载可调，适应性强。五自由度机械臂实现了物料在空间的移动，弹簧平衡系统用于平衡负载，起助力作用，使机构可在任意位置平衡，通过调节丝杠螺母机构，改变弹簧初始长度，以满足不同负载要求。
【IPC分类】B25J18-00, B25J19-00, B25J5-00
【公开号】CN204322065
【申请号】CN201420684054
【发明人】王巍, 刘强, 郭友春, 郭伟
【申请人】江苏苏力机械集团有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月14日