一种平衡装置及具有该装置的运动关节和随停运动关节的制作方法

1.本发明涉及一种机械设备，具体是关于一种高精度的平衡装置及具有该装置的运动关节和随停运动关节。


背景技术：

2.众所周知，运动关节是机械设备尤其是运动机构中最常用的机械部分，因为应用场合的不同对运动关节性能具有不同的要求。目前市场上有很多种类的运动关节，但大都用在要求不高的场合，如对精度要求不高，而且助力方向大都是单向的，即负载只能朝一个方向运动。
3.然而在一些对精度要求较高，同时要求双向助力的一些重要场合，就需要提供一种结构更为巧妙，同时原理简单可靠的机械式运动关节。
4.此外，在很多场合都会用到随停运动关节，这样的随停运动关节需要具备两方面的性能要求：一是当松开运动关节时，运动关节立刻停止运动，即随放随停；二是当使得运动关节运动时不应用过大的力，即具备助力功能。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种高精度的平衡装置，该平衡装置无任何电气元件，完全由机械结构来实现，具有很高的运动稳定性及寿命；本发明的另一个目的是提供一种具有该平衡装置的运动关节，本发明的第三个目的是提供一种具有该平衡装置的随停运动关节。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种平衡装置，用于连接可相对转动的两活动件，该平衡装置包括：转动连接部，用于枢接所述两活动件且可随第二活动件转动；限位部，设置在第一活动件内；弹性部，通过所述限位部限制在所述第一活动件内；阻挡部，设置在所述转动连接件上；当外力驱动所述第二活动件相对于所述第一活动件转动时，所述阻挡部随着所述转动连接件的转动压缩所述弹性部，所述弹性部由此产生与外力相当的反作用力，以达到力平衡。
7.所述的平衡装置，优选地，所述转动连接部的旋转轴线垂直于所述第一活动件的长度方向且平行于所述第二活动件的长度方向。
8.所述的平衡装置，优选地，所述弹性部为扭簧，所述扭簧套设在所述转动连接件外部且所述扭簧的至少一个末端能够与所述阻挡部接触，所述阻挡部用于定位及压缩所述扭簧。
9.所述的平衡装置，优选地，所述第一活动件内形成有用于安装所述转动连接部的容置空间，所述转动连接部包括：轴承，至少一个所述轴承安装于所述第一活动件内，且所述轴承的外圈与所述第一活动件配合接触；旋转轴，与所述轴承的内圈配合接触，且所述旋转轴的末端与所述第二活动件连接。
10.所述的平衡装置，优选地，所述限位部包括设置在所述第一活动件内的一限位挡
板，所述限位挡板上形成有限制所述扭簧在给定的角度范围内运动的限位槽，所述扭簧的一末端可移动限制在所述限位挡板的限位槽内，所述扭簧的另一末端固定在所述第一活动件上。
11.所述的平衡装置，优选地，所述阻挡部为形成在靠近所述限位挡板的所述旋转轴上的挡钉。
12.所述的平衡装置，优选地，所述限位部包括间隔设置在所述第一活动件内的两限位挡板，所述两限位挡板上形成有限制所述扭簧在给定的角度范围内运动的限位槽，所述扭簧的两末端分别可移动限制在所述两限位挡板的限位槽内。
13.所述的平衡装置，优选地，所述阻挡部为分别形成在靠近所述两限位挡板的所述旋转轴上的两挡钉。
14.所述的平衡装置，优选地，所述限位挡板为环形板，所述限位挡板套设在所述旋转轴外部，所述限位挡板与所述第一活动件一体成形或者与所述第一活动件固定连接。
15.所述的平衡装置，优选地，所述限位挡板上的限位槽为弧形，所述限位槽的两端部分别形成有用于限制所述扭簧的末端移动的止挡端。
16.一种运动关节，包括可相对转动的两活动件，以及上述的平衡装置。
17.一种随停运动关节，包括上述的平衡装置和运动关节，以及阻尼增加机构；所述阻尼增加机构包括：导向件，设置在所述第一活动件上且可沿所述第一活动件的径向旋进或旋出；摩擦件，径向可移动、周向不可转动地设置在所述旋转轴外部，且所述摩擦件与所述旋转轴之间存在接触界面，所述摩擦件与所述导向件之间留有间隙；弹性件，设置在所述导向件与所述摩擦件之间。
18.所述的平衡装置，优选地，所述导向件为导向螺钉，所述导向螺钉包括导向杆和一体形成于所述导向杆一端的螺头；所述弹性件为压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在所述导向杆上，且所述压缩弹簧的一端抵顶在所述螺头上，所述压缩弹簧的另一端抵顶在所述摩擦件上。
19.所述的平衡装置，优选地，所述导向件为多个，且多个所述导向件沿周向均匀设置在所述第一活动件上；同时，所述摩擦件亦为多个，多个所述摩擦件沿周向均匀布置在所述旋转轴外部，所述摩擦件与所述导向件一一对应。
20.所述的平衡装置，优选地，所述摩擦件包括导向柱和一体形成于所述导向柱一端的摩擦片，所述摩擦片上具有与所述旋转轴接触的摩擦面，且所述摩擦面为与所述旋转轴外部轮廓相配合的弧面；所述摩擦件上开设有沿所述旋转轴径向设置的阶梯孔，所述阶梯孔的粗段形成所述压缩弹簧的定位孔，所述阶梯孔的细段形成所述导向螺钉的导向孔。
21.所述的平衡装置，优选地，所述第一活动件上开设有用于安装所述导向螺钉和摩擦件的安装通孔，所述安装通孔的一部分形成螺纹孔，所述螺头的外周具有与所述螺纹孔相配合的外螺纹，所述螺头螺纹配合在所述螺纹孔内；所述安装通孔的另一部分形成导向孔，所述摩擦件的导向柱滑动配合在所述导向孔内，以限制所述摩擦件的周向运动但不限制所述摩擦件沿所述旋转轴的径向移动。
22.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的平衡装置采用纯机械的结构而没有任何电气元件，从而保证了包含该平衡装置的运动关节和随停运动关节具有非常高的稳定性与可靠性，同时能够使运动关节和随停运动关节的结构紧凑，具有很强
的实用与商业价值。2、本发明的运动关节和随停运动关节由于通过轴承进行回转运动，因此该运动关节和随停运动关节具有较高的运动精度与顺滑性。3、本发明通过将运动轴系、弹簧助力机构和阻尼增加机构通过巧妙的结构封装在一起，既可以实现向一个方向运动的随停运动关节，也可以实现向两个方向运动的随停运动关节。
附图说明
23.图1为本发明一实施例的整体构示意图；
24.图2是本发明该实施例去除第一连杆后的结构示意图；
25.图3是本发明该实施例第一连杆的结构示意图；
26.图4是本发明该实施例其中一限位挡板的结构示意图；
27.图5(a)是第二连杆处于中间位置时的状态示意图；
28.图5(b)是第二连杆处于中间位置时扭簧的状态示意图；
29.图6(a)是第二连杆顺时针转动时的状态示意图；
30.图6(b)是第二连杆顺时针转动时扭簧的状态示意图；
31.图6(c)是第二连杆处于左极限位置时扭簧的状态示意图；
32.图7(a)是第二连杆逆时针转动时的状态示意图；
33.图7(b)是第二连杆逆时针转动时扭簧的状态示意图；
34.图7(c)是第二连杆处于右极限位置时扭簧的状态示意图；
35.图8是本发明该实施例阻尼增加机构的结构示意图；
36.图9是本发明该实施例阻尼增加机构的剖视图。
具体实施方式
37.以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
38.如图1、图2所示，本实施例提供的平衡装置，用于连接通过旋转轴31转动连接的第一连杆1和第二连杆2，旋转轴31的旋转轴线垂直于第一连杆1的长度方向且平行于第二连杆2的长度方向。图2中，第二连杆2末端设有负载g(仅为一种等效的示意)。
39.如图2、图3所示，该平衡装置包括扭簧41、挡钉42、挡钉43和限位挡板44，挡钉42和挡钉43分别形成于旋转轴31的两端部，扭簧41套设在旋转轴31外部且扭簧41两侧的外伸腿41-a和外伸腿41-b分别与挡钉43和挡钉42接触。两限位挡板44分别设置在位于旋转轴31两端部的第一连杆1内，两限位挡板44上分别形成有限制扭簧41在给定的角度范围内运动的限位槽44-a和限位槽44-b，扭簧41两侧的外伸腿41-a和外伸腿41-b分别可移动限制在限位槽44-a和限位槽44-b内。弹簧助力机构的工作原理如下：
40.当第二连杆2处于中间状态时(该状态如图5(a)所示)，此时负重g对旋转中心的扭矩为0，扭簧41不需要提供平衡力，此时扭簧41的状态如图5(b)所示，扭簧41的外伸腿41-a同时与挡钉43和限位槽44-a的止挡端a1相接触，扭簧41的外伸腿41-b同时与挡钉42和限位槽44-b的止挡端b2相接触，此时扭簧41除了少许预紧力之外，基本处于原长状态。
41.当第二连杆2向右侧转动时(该状态如图6(a)所示，这里的“右”指的是从图6(a)的
纸面方向看向右)，此时旋转轴31沿顺时针方向旋转(这里“顺时针”指的是从图3、图5(a)、图6(a)的纸面方向看为顺时针)，带动与旋转轴31固连的挡钉43转动，挡钉43将压着扭簧41的外伸腿41-a使得扭簧41压缩，此时扭簧41另一侧的外伸腿41-b被限位槽44-b的止挡端b2限制而不动，由此扭簧41将同样产生平衡力来平衡负载g的重力引起的力矩，达到力平衡的目的，减少人为作用力，此时扭簧41的状态如图6(b)所示。当继续顺时针转动第二连杆2时，挡钉43将继续使扭簧41压缩，直至扭簧41的外伸腿41-a达到限位槽44-a的止挡端a2，此时因机械限位第二连杆2达到右极限状态，对应的扭簧41的状态如图6(c)所示。
42.对应的，当第二连杆2向左侧转动时(该状态如图7(a)所示，这里的“左”指的是从图7(a)的纸面方向看向左)，此时旋转轴31沿逆时针方向旋转(这里“逆时针”指的是从图3、图5(a)、图6(a)和图7(a)的纸面方向看为逆时针)，带动与旋转轴31固连的挡钉42转动，挡钉42将压着弹簧41一侧的外伸腿41-b使得扭簧41旋转压缩，此时扭簧41另一侧的外伸腿41-a被限位槽44-a的止挡端a1限制而不动，由此扭簧41将同样产生平衡力来平衡负载g的重力引起的力矩，此时扭簧41的状态如图7(b)所示。当继续逆时针转动第二连杆2时，挡钉43将继续使扭簧41压缩，直至扭簧41的外伸腿41-b达到限位槽44-b的止挡端b1，此时因机械限位第二连杆2达到左极限位置，对应的扭簧41的状态如图7(c)所示。
43.在上述实施例中，优选地，如图4所示，限位挡板44为环形板，限位挡板44套设在旋转轴31外部，限位挡板44与第一连杆1一体成形或者与第一连杆1固定连接，两限位挡板44上的限位槽44-a和限位槽44-b均为弧形。
44.当然，本领域技术人员可以理解的是，在上述实施例中也可以仅设置一块限位挡板44和一个限位挡钉42，此时仅扭簧41的外伸腿41-b可移动限制在该限位挡板44的限位槽44-b内，而扭簧41的外伸腿41-a可以与第一连杆1固定连接，由此则形成可单向助力的平衡装置。
45.基于上述实施例提供的平衡装置，本发明还提供了一种运动关节。如图1、图2所示，该运动关节包括通过运动轴系转动连接的第一连杆1和第二连杆2，以及上述实施例中的平衡装置。其中，运动轴系主要由旋转轴31和至少一个(在本实施例中为两个)轴承32组成，轴承32的内圈与旋转轴31配合接触，轴承32的外圈与第一连杆1配合接触(由此轴承32通过内外圈的配合接触而被径向定位)，同时第二连杆2与旋转轴31的末端固定连接在一起。由此，第二连杆2可相对于第一连杆1自由转动。
46.由于仅仅依靠扭簧的平衡力不足以完美的平衡负载g的重力带来的扭矩，因此基于上述实施例提供的运动关节，本发明还提供了一种随停运动关节，该随停运动关节额外设计了阻尼增加机构。如图8、图9所示，该阻尼增加机构包括：导向螺钉51，设置在第一连杆1上且可沿第一连杆1的径向旋进或旋出；摩擦块53，径向可移动、周向不可转动地设置在旋转轴31外部，且摩擦块53与旋转轴31之间存在接触界面，摩擦块53与导向螺钉51之间留有间隙；压缩弹簧52，设置在导向螺钉51与摩擦块53之间。由此，当旋进或旋出导向螺钉51时，可改变导向螺钉51与摩擦块53之间的距离，从而改变压缩弹簧52的压缩量来改变摩擦块53对旋转轴31的压力，从而控制旋转轴31转动时受到的摩擦阻尼的大小。
47.在上述实施例中，优选地，导向螺钉51包括导向杆和一体形成于导向杆一端的螺头，压缩弹簧52套设在导向杆上，且压缩弹簧52的一端抵顶在螺头上，压缩弹簧52的另一端抵顶在摩擦块53上。
48.在上述实施例中，优选地，摩擦块53包括导向柱和一体形成于导向柱一端的摩擦片，摩擦片上具有与旋转轴31接触的摩擦面，且摩擦面为与旋转轴31外部轮廓相配合的弧面；摩擦块53上开设有沿旋转轴31径向设置的阶梯孔，阶梯孔的粗段形成压缩弹簧52的定位孔，阶梯孔的细段形成导向螺钉51的导向孔。
49.在上述实施例中，优选地，第一连杆1上开设有用于安装导向螺钉51和摩擦块53的安装通孔，安装通孔的一部分形成螺纹孔，螺头的外周具有与螺纹孔相配合的外螺纹，螺头螺纹配合在螺纹孔内；安装通孔的另一部分形成导向孔，摩擦块53的导向柱滑动配合在导向孔内，以限制摩擦块53的周向运动但不限制摩擦块53沿旋转轴31的径向移动。
50.在上述实施例中，优选地，导向螺钉51为多个，且多个导向螺钉51沿周向均匀设置在第一连杆1上；同时，摩擦块53亦为多个，多个摩擦块53沿周向均匀布置在旋转轴31外部，摩擦块53与导向螺钉51一一对应。
51.上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。