一种设有平衡装置的重载机械臂垂直轴结构的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及机械臂。

背景技术：

随着机械臂在先进领域的大范围应用，与常规工业机械臂比较，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：

本实用新型所解决的技术问题：如何使重载机械臂垂直轴的平衡装置简单化、轻量化。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种设有平衡装置的重载机械臂垂直轴结构，包括与重载机械臂连接的升降部件、与所述升降部件配合的固定部件、用于驱动所述升降部件相对所述固定部件运动的动力组件；所述动力组件包括与所述固定部件固定连接的驱动件、与所述升降部件连接的动作件，动作件与驱动件配合，驱动件驱使动作件升降；所述平衡装置包括支撑所述动作件的弹性组件，该弹性组件设置在所述固定部件上。

按上述技术方案，所述平衡装置的平衡原理如下：设动力组件(通过驱动件)受至向上的轴向支撑力为F1，动力组件通过动作件受到弹性组件的支撑，固定部件通过弹性组件对动作件产生一个向上的轴向支反力为F2，重载机械臂和升降部件的重力为G。上述三力形成平衡，符合公式G＝F1+F2。其中G可认为不变，从而可知，设计弹性组件的弹力，产生适当的支反力F2，可有效的减小动力组件所受的轴向支撑力F1，从而减小动力组件驱动源的功率，缩减结构尺寸重量，增加负载/自重比；同时，因驱动件与固定部件的受力减小，机构的安全系数也得到提高。

所述升降部件包括外升降立柱，所述固定部件包括底座和设置在所述底座上的固定定位立柱，所述固定定位立柱活动插设在所述升降立柱内，所述动力组件位于外升降立柱和固定定位立柱的腔体内，所述平衡装置位于固定定位立柱的腔体内，弹性组件的底端设置在所述底座上。按上述设计，动力组件和平衡装置设置在外升降立柱和固定定位立柱的内部，有效缩减重载机械臂垂直轴结构的尺寸。

所述驱动件为滚珠丝杠副的丝母，所述动作件为滚珠丝杠副的丝杠，丝杠的顶部支撑端与驱动电机及减速机连接，驱动电机及减速机安装在升降立柱的顶部，所述丝杠向下伸入固定定位立柱的腔体，与设置在固定定位立柱腔体内的丝母配合。丝杠的中心线竖直设置，丝杠的中心线与外升降立柱的中心线、固定定位立柱的中心线重合。

所述弹性组件包括与丝杠底部浮动端连接的丝杠支撑导向座、支撑所述丝杠支撑导向座的平衡弹簧、支撑所述平衡弹簧的弹簧下部支撑座，弹簧下部支撑座设置在所述底座上。

按上述对驱动件、动作件、弹性组件的说明，未设计平衡装置之前，重载机械臂和升降部件的重力由丝母承担，设计了平衡装置后，所述平衡装置分担了丝母所受的压力。具体原理如下：设丝杠(通过丝母)所受向上轴向力为F1；通过丝杠支撑导向座与丝杠的浮动端的连接，底座对丝杠产生一个向上的轴向支反力为F2；重载机械臂和升降部件的重力为G。上述三力形成平衡，符合公式G＝F1+F2。其中G可认为不变，从而可知，设计平衡弹簧，产生适当的支反力F2，可有效的减小丝杠所受轴向力F1，从而减小驱动电机的功率，缩减结构的尺寸重量，增加负载/自重比；同时，因丝母与固定定位立柱之间的受力减小，整个机构的安全系数也得到提高。

所述丝杠支撑导向座包括与固定定位立柱腔体内侧壁滑动配合的滑动部、与丝杠枢接的枢接孔。所述丝杠通过轴承插设在所述枢接孔中，由于所述滑动部与所述固定定位立柱腔体内侧壁滑动配合，因此，所述丝杠支撑导向座不会随动于旋转的丝杠，所述丝杠支撑导向座可沿所述固定定位立柱腔体内侧壁上下滑动。

本实用新型将平衡装置设计在固定定位立柱的内部，且平衡力与丝杠负载在同一竖直中心线上，对垂直轴外观无影响，平衡装置所需反作用力小。

本实用新型所述平衡装置不同于气(液)压平衡方式，本实用新型的平衡装置无气(液)压缸、控制阀等，结构简单，便于维护。

本实用新型所述平衡装置也不同于配重平衡的方式，本实用新型所述平衡装置不需要增加较大配重质量，或者滑轮钢丝绳等复杂结构。

本实用新型较其他方式最大的优点在于：将平衡装置设计在垂直轴结构的内部，且平衡力与负载在同一竖直中心线上；相比于会使垂直轴的结构更加复杂、占用更多空间、质量也更大的气(液)压平衡或配重平衡的方式，本实用新型使整个垂直轴结构精简且轻量化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型一种设有平衡装置的重载机械臂垂直轴结构的外观图；

图2为图1中一种设有平衡装置的重载机械臂垂直轴结构的内部结构示意图。

图中符号说明：

1、重载机械臂；2、外升降立柱；3、驱动电机及减速机；4、滚珠丝杠副；5、丝杆支撑导向座；6、平衡弹簧；7、固定定位立柱；8、弹簧下部支撑座。

具体实施方式

参考图2，一种设有平衡装置的重载机械臂垂直轴结构，包括与重载机械臂1连接的升降部件、与所述升降部件配合的固定部件、用于驱动所述升降部件相对所述固定部件运动的动力组件；所述动力组件包括与所述固定部件固定连接的驱动件、与所述升降部件连接的动作件，动作件与驱动件配合，驱动件驱使动作件升降；所述平衡装置包括支撑所述动作件的弹性组件，该弹性组件设置在所述固定部件上。

如图1，所述重载机械臂1包括与所述升降部件顶部连接的大臂、与大臂铰接的小臂，大臂和小臂水平设置。

参考图1、图2，所述升降部件包括外升降立柱2，所述固定部件包括底座和设置在所述底座上的固定定位立柱7，所述固定定位立柱活动插设在所述外升降立柱内。固定定位立柱外侧壁上设有竖直走向的第一导向槽(第一导向条)，相应的，外升降立柱的内侧壁上设有与所述第一导向槽(第一导向条)配合的第二导向条(第二导向槽)。

所述动力组件位于外升降立柱和固定定位立柱的腔体内，所述平衡装置位于固定定位立柱的腔体内，弹性组件的底端设置在所述底座上。

如图2，所述动力组件为滚珠丝杠副4，所述驱动件为滚珠丝杠副4的丝母，所述动作件为滚珠丝杠副的丝杠，丝杠的顶部支撑端与驱动电机及减速机3连接，驱动电机及减速机安装在外升降立柱2的顶部，所述丝杠向下伸入固定定位立柱7的腔体，与设置在固定定位立柱腔体内的丝母配合。丝杠的中心线竖直设置，丝杠的中心线与外升降立柱2的中心线、固定定位立柱7的中心线重合。

如图2，平衡装置中的弹性组件包括与丝杠底部浮动端连接的丝杠支撑导向座5、支撑所述丝杠支撑导向座的平衡弹簧6、支撑所述平衡弹簧的弹簧下部支撑座8，弹簧下部支撑座设置在所述底座上。作为对上述丝杠支撑导向座结构的一种优选，所述丝杠支撑导向座5包括与固定定位立柱7腔体内侧壁滑动配合的滑动部、与丝杠枢接的枢接孔。按上述设计，丝杠的旋转不能带动所述丝杠支撑导向座旋转，丝杠的旋转能够带动所述丝杠支撑导向座升降，升降时，所述滑动部沿固定定位立柱7腔体内侧壁上下滑动。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。