本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种具有平衡装置的重载机械臂。
背景技术：
随着重载机械臂在先进领域的大范围应用，与常规工业机械臂比较，对该类机械臂的垂直轴负载承受力能及安全性要求更高，体现在：更轻质量、更高负载/自重比、更高安全系数等。在此要求下，负载平衡装置，对重载机械臂的垂直轴结构性能非常重要。
在常规工业器人中，垂直轴向负载的平衡方式可大致分为：弹簧式、配重式、气压式、以及液压式。
技术实现要素：
本发明针对上述技术问题，提供一种具有平衡装置的重载机械臂。
为达到上述目的，本发明提供了一种具有平衡装置的重载机械臂，包括机械臂、伸缩机械臂、竖直轴、底座和副支撑装置；竖直轴包括外升降立柱、内固定定位立柱、驱动电机及减速机、丝杠、丝杠螺母和平衡装置；内固定定位立柱固定在底座上；机械臂、外升降立柱和驱动电机及减速机成一体；丝杠固定在驱动电机及减速机的输出轴上；外升降立柱套设在内固定定位立柱上并且上下滑动设置；丝杠螺母固定在内固定定位立柱内并且螺接在丝杠上；平衡装置位于内固定定位立柱内并且设置在底座和丝杠之间；副支撑装置用于驱动伸缩机械臂靠近竖直轴。
作为上述技术方案的优选，机械臂水平设置并且右端的下端面成型有固定轴；机械臂通过固定轴插置并固定在外升降立柱内；驱动电机及减速机固定在机械臂的固定轴上并且向下设置在外升降立柱内。
作为上述技术方案的优选，平衡装置包括丝杠支撑导向座、平衡弹簧和弹簧下部支撑座；丝杠下端枢接在丝杠支撑导向座；弹簧下部支撑座包括上部的圆环柱体和固定在圆环柱体下端面上的固定圆盘；弹簧下部支撑座通过固定圆盘固定在底座上；丝杠支撑导向座上下滑行在弹簧下部支撑座的上部的圆环柱体内；平衡弹簧套设在弹簧下部支撑座的圆环柱体上并且上端固定在丝杠支撑导向座上、下端固定在弹簧下部支撑座的固定圆盘上。
作为上述技术方案的优选，内固定定位立柱的外圆柱面上均匀开设有竖直方向的导向槽；外升降立柱的内侧壁上均匀成型有与内固定定位立柱的导向槽相对的导轨。
作为上述技术方案的优选，丝杠支撑导向座包括上顶板和固定在上顶板的下端面上的下圆环柱体；丝杠支撑导向座的下圆环柱体的外圆柱面上成型有支撑座导向槽；弹簧下部支撑座的圆环柱体的内侧壁上成型有与丝杠支撑导向座的支撑座导向槽相对的支撑座导轨；平衡弹簧套设在弹簧下部支撑座的圆环柱体上并且上端固定在丝杠支撑导向座的上顶板上、下端固定在弹簧下部支撑座的固定圆盘上。
作为上述技术方案的优选，机械臂的左端面开设有伸缩槽；机械臂的左端的下端面开设有伸缩滑行槽；底座的左端的上端面开设有驱动导向槽；伸缩滑行槽与伸缩槽连通；伸缩滑行槽的前后方向的槽宽小于伸缩槽的前后方向的槽宽；副支撑装置还包括上伸缩杆、下伸缩杆、压簧、螺纹杆和伸缩驱动电机；伸缩机械臂滑行设置在伸缩槽上；伸缩机械臂的右端的下端面上垂直固定有上伸缩杆；上伸缩杆插设在下伸缩杆内；下伸缩杆的下端滑行设置在驱动导向槽内；伸缩驱动电机固定在底座的左端面上；伸缩驱动电机的输出轴与螺纹杆固连；螺纹杆的两端通过轴承枢接在驱动导向槽的左右两侧壁之间；下伸缩杆下端成型有螺纹孔；螺纹杆与下伸缩杆下端螺接；压簧设置在下伸缩杆内并且上端抵靠在上伸缩杆的下端面、下端抵靠在下伸缩杆的下侧内壁面上。
作为上述技术方案的优选，下伸缩杆为上端面开设有圆孔的方柱；下伸缩杆的前后宽度与驱动导向槽的前后方向的槽宽相同。
本发明的有益效果在于：将平衡装置设计在垂直轴内部，且平衡力与负载在同一竖直中心线上；整体质量较轻并且负载较大。
附图说明
图1为本发明的剖面的结构示意图。
图中，10、机械臂；101、伸缩槽；102、伸缩滑行槽；11、伸缩机械臂；12、上伸缩杆；13、下伸缩杆；14、压簧；15、螺纹杆；16、伸缩驱动电机；20、外升降立柱；30、驱动电机及减速机；40、丝杠；41、丝杠螺母；50、内固定定位立柱；60、丝杠支撑导向座；70、弹簧下部支撑座；80、平衡弹簧；90、底座；901、驱动导向槽。
具体实施方式
如图1所示，一种具有平衡装置的重载机械臂，包括机械臂10、伸缩机械臂11、竖直轴、底座90和副支撑装置；竖直轴包括外升降立柱20、内固定定位立柱50、驱动电机及减速机30、丝杠40、丝杠螺母41和平衡装置；内固定定位立柱50固定在底座90上；机械臂10、外升降立柱20和驱动电机及减速机30成一体；丝杠40固定在驱动电机及减速机30的输出轴上；外升降立柱20套设在内固定定位立柱50上并且上下滑动设置；丝杠螺母80固定在内固定定位立柱50内并且螺接在丝杠40上；平衡装置位于内固定定位立柱50内并且设置在底座90和丝杠40之间；副支撑装置用于驱动伸缩机械臂11靠近竖直轴。
如图1所示，机械臂10水平设置并且右端的下端面成型有固定轴；机械臂10通过固定轴插置并固定在外升降立柱20内；驱动电机及减速机20固定在机械臂10的固定轴上并且向下设置在外升降立柱20内。
如图1所示，平衡装置包括丝杠支撑导向座60、平衡弹簧80和弹簧下部支撑座70；丝杠40下端枢接在丝杠支撑导向座60；弹簧下部支撑座70包括上部的圆环柱体和固定在圆环柱体下端面上的固定圆盘；弹簧下部支撑座70通过固定圆盘固定在底座90上；丝杠支撑导向座60上下滑行在弹簧下部支撑座90的上部的圆环柱体内；平衡弹簧80套设在弹簧下部支撑座70的圆环柱体上并且上端固定在丝杠支撑导向座60上、下端固定在弹簧下部支撑座70的固定圆盘上。
如图1所示，内固定定位立柱50的外圆柱面上均匀开设有竖直方向的导向槽；外升降立柱20的内侧壁上均匀成型有与内固定定位立柱50的导向槽相对的导轨。
如图1所示，丝杠支撑导向座60包括上顶板和固定在上顶板的下端面上的下圆环柱体；丝杠支撑导向座60的下圆环柱体的外圆柱面上成型有支撑座导向槽；弹簧下部支撑座70的圆环柱体的内侧壁上成型有与丝杠支撑导向座60的支撑座导向槽相对的支撑座导轨；平衡弹簧80套设在弹簧下部支撑座70的圆环柱体上并且上端固定在丝杠支撑导向座60的上顶板上、下端固定在弹簧下部支撑座70的固定圆盘上；
如图1所示，机械臂10的左端面开设有伸缩槽101；机械臂10的左端的下端面开设有伸缩滑行槽102；底座90的左端的上端面开设有驱动导向槽901；伸缩滑行槽102与伸缩槽101连通；伸缩滑行槽102的前后方向的槽宽小于伸缩槽101的前后方向的槽宽；副支撑装置还包括上伸缩杆12、下伸缩杆13、压簧14、螺纹杆15和伸缩驱动电机16；伸缩机械臂11滑行设置在伸缩槽101上；伸缩机械臂11的右端的下端面上垂直固定有上伸缩杆12；上伸缩杆12插设在下伸缩杆13内；下伸缩杆13的下端滑行设置在驱动导向槽901内；伸缩驱动电机16固定在底座的左端面上；伸缩驱动电机16的输出轴与螺纹杆15固连；螺纹杆15的两端通过轴承枢接在驱动导向槽901的左右两侧壁之间；下伸缩杆13下端成型有螺纹孔；螺纹杆15与下伸缩杆13下端螺接；压簧14设置在下伸缩杆13内并且上端抵靠在上伸缩杆12的下端面、下端抵靠在下伸缩杆13的下侧内壁面上。
如图1所示，下伸缩杆13为上端面开设有圆孔的方柱；下伸缩杆13的前后宽度与驱动导向槽901的前后方向的槽宽相同。
平衡原理如下：设丝杠40(通过丝杠螺母41)所受向上轴向力为F1；通过丝杠支撑导向座60与弹簧下部支撑座70之间的浮动连接，底座90通过弹簧下部支撑座70、平衡弹簧80和丝杠支撑导向座60对丝杠40产生一个向上的轴向支反力为F2；压簧14通过上伸缩杆12与伸缩机械臂11产生向上的F3；基本升降结构(即机械臂等)的重力为G。此三力形成平衡,符合公式G＝F1+F2+F3。其中G可认为不变，从而可知，平衡弹簧80产生适当的支反力F2，压簧14产生适当的支反力F3，可有效的减小丝杠40所受轴向力F1，从而减小电机功率，缩减结构尺寸重量，增加负载/自重比；同时因其减小丝杠螺母41与内固定定位立柱50等的受力，也提高了系统的安全系数；
同时启动伸缩驱动电机16，伸缩机械臂11通过螺纹杆15、下伸缩杆13和上伸缩杆12靠近竖直轴，这样承重支撑点靠近竖直轴，这样有利于整个重载机械臂的稳定。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。