本发明涉及一种用于转动部件的平衡设备，具体涉及一种双向平衡装置。
背景技术
在机械工程领域，经常涉及一些在竖直平面内可以往复运动的转动部件，例如可以调节座椅靠背角度的转动支架、可以在竖直平面内往复旋转的机械臂等。这些转动部件一般配备动力装置和传动装置，如驱动电机和传动轴，使得转动部件可以在一定角度范围内发生转动。转动部件在竖直平面内的转动过程中，其重心高低会发生变化，因此一般需要在固定底座设置一个平衡装置，从而使得转动部件在运行过程中可以保持稳定。
现有的座椅靠背角度电动调节装置，一般应用于汽车座椅或办公座椅等，一般是用小型电机作为驱动装置，用刚性锁定装置将其位置锁定，没有设置任何储能机构。座椅靠背的重心从高处向低处移动时，其重力势能完全被损耗，没能得到有效利用；座椅靠背的重心发生变化的过程中，其动能完全是依靠电机的驱动，需要消耗较多的电量。另一方面，座椅靠背转动过程中，对座椅靠背转动装置的底座形成较大的压力，容易造成部件损毁，为保证座椅靠背转动的稳定性，靠背角度调节装置的底座支架及紧固件需要用优良的刚性材质制成，导致部件成本较高。
现有技术中，为保证系统稳定性，在竖直平面内往复旋转的机械臂一般是安装在水平设置的平衡装置上，以维持力矩平衡。当机械臂的重心从高处向低处移动时，会产生较大的重力矩，可能会造成机械臂的底座不稳，因此平衡装置内需要设置弹性装置，弹性装置发生形变后，可以将机械臂的重力势能转化为弹性装置的弹性势能；当机械臂的重心从低处向高处移动时，弹性装置恢复原状，弹性装置的弹性势能转化为机械臂的重力势能，可以减少驱动电机负载所需的能量，既能保持系统稳定，又能减少能耗。
现有机械臂平衡装置的不足之处在于，由于机械臂可能发生顺时针转动或逆时针转动，因此需要设置至少两个(或两组)异向的弹簧来实现往复双向运动的力矩平衡。现有平衡装置大多与驱动装置分别设置，需要额外空间安装，占用空间较大，且连接结构复杂，可靠性及稳定性比较差，严重影响设备使用寿命和工作效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种双向平衡装置，以解决现有技术中用于转动部件的平衡装置所存在的能耗较大、连接结构复杂、占用空间大、系统稳定性差等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双向平衡装置，包括第一旋转装置；第二旋转装置，设于所述第一旋转装置外部；至少一涡卷状弹性件，其内端连接至所述第一旋转装置，其外端连接至所述第二旋转装置；以及传动装置，其一端连接至所述第一旋转装置和/或所述第二旋转装置；其另一端连接至转动部件。
进一步地，在不同实施例中，当所述第一旋转装置被所述传动装置带动发生旋转时，所述第二旋转装置静止，所述涡卷状弹性件发生形变且产生第一回复扭矩；当所述第二旋转装置被所述传动装置带动发生旋转时，所述第一旋转装置静止，所述涡卷状弹性件发生形变且产生第二回复扭矩；所述第一回复扭矩与所述第二回复扭矩的方向相反。
进一步地，在不同实施例中，在所述转动部件的重心由高处向低处移动过程中，当所述转动部件顺时针旋转时，所述传动装置带动所述第一旋转装置顺时针旋转；或者，当所述转动部件逆时针旋转时，所述传动装置带动所述第二旋转装置逆时针旋转。
进一步地，在不同实施例中，在所述转动部件的重心由低处向高处移动过程中，当所述转动部件顺时针旋转时，所述第二旋转装置带动所述传动装置顺时针旋转；或者，当所述转动部件逆时针旋转时，所述第一旋转装置带动所述传动装置逆时针旋转。
进一步地，在不同实施例中，在所述转动部件的重心由高处向低处移动过程中，当所述转动部件顺时针旋转时，所述传动装置带动所述第二旋转装置顺时针旋转；或者，当所述转动部件逆时针旋转时，所述传动装置带动所述第一旋转装置逆时针旋转。
进一步地，在不同实施例中，在所述转动部件的重心由低处向高处移动过程中，当所述转动部件顺时针旋转时，所述第一旋转装置带动所述传动装置顺时针旋转；或者，当所述转动部件逆时针旋转时，所述第二旋转装置带动所述传动装置逆时针旋转。
进一步地，在不同实施例中，所述涡卷状弹性件包括但不限于平面涡卷弹簧或扭簧；所述涡卷状弹性件的横截面形状包括但不限于矩形、圆形及椭圆形。
进一步地，在不同实施例中，当所述涡卷状弹性件的数量为两个以上时，所有涡卷状弹性件的绕向相同；当两个以上涡卷状弹性件同时发生形变时，所有涡卷状弹性件产生的回复扭矩的方向相同。
进一步地，在不同实施例中，所述双向平衡装置还包括驱动装置，连接至所述转动部件，用以带动所述转动部件旋转。
进一步地，在不同实施例中，所述双向平衡装置还包括稳定装置，用于安装所述第一旋转装置及所述第二旋转装置。
进一步地，在不同实施例中，所述稳定装置包括水平底座；以及第一支撑板、第二支撑板，垂直式固定于所述水平底座的左右两端；其中，所述第一支撑板与所述第二支撑板相对设置且彼此平行。
进一步地，在不同实施例中，所述第一旋转装置包括第一传动轴，所述涡卷状弹性件套设于所述第一传动轴外部；以及第一内端卡槽，设于所述第一传动轴外侧壁，所述涡卷状弹性件的内端卡合至所述第一内端卡槽。
进一步地，在不同实施例中，所述第一旋转装置还包括第一卡块，突出于所述第一传动轴一端的表面；以及第二卡块，突出于所述第一传动轴另一端的表面。
进一步地，在不同实施例中，所述第二旋转装置包括第一第一外壳，其为环形套管，套设于所述涡卷状弹性件外部；以及第一第一外端卡口，贯穿所述第一第一外壳的管壁，所述涡卷状弹性件的外端卡合至所述第一第一外端卡口。
进一步地，在不同实施例中，所述第二旋转装置还包括第一转盘，固定连接至所述第一第一外壳的一侧，所述第一转盘中心处设有第一转盘通孔；以及第二转盘，固定连接至所述第一第一外壳的另一侧，所述第二转盘中心处设有第二转盘通孔；其中，第一传动轴依次穿过所述第一转盘通孔、所述涡卷状弹性件及所述第二转盘通孔。
进一步地，在不同实施例中，所述第二旋转装置还包括第一转盘挡块，突出于所述第一转盘远离所述第一第一外壳一侧的表面；以及第二转盘挡块，突出于所述第二转盘远离所述第一第一外壳一侧的表面。
进一步地，在不同实施例中，所述传动装置包括传动板，与第一转盘外表面相切；限位套管，突出于所述传动板的表面，固定连接至所述转动部件；以及第一限位孔，贯穿所述限位套管及所述传动板中部，第一卡块卡入至所述第一限位孔内；其中，所述第一限位孔内设有两个向内突出的第一限位挡块，用于限制所述第一卡块的转动范围。
进一步地，在不同实施例中，所述传动板边缘处设有第一弧形卡口，第一转盘挡块卡入至所述第一弧形卡口内。
进一步地，在不同实施例中，所述第一限位挡块的横截面为直角扇形；两个第一限位挡块横截面的扇形圆心突出至所述第一限位孔中部；两个第一限位挡块横截面的扇形圆心相对设置；所述第一限位孔横截面的圆心位于两个第一限位挡块横截面扇形圆心的连线上。
进一步地，在不同实施例中，所述第一支撑板中心处设有限位套管安装孔，套设于限位套管外部。
进一步地，在不同实施例中，所述第二支撑板中心处设有第二限位孔，第二卡块卡入至所述第二限位孔内；所述第二限位孔内设有两个向内突出的第二限位挡块，用于限制所述第二卡块的转动范围。
进一步地，在不同实施例中，所述第二支撑板边缘处设有第二弧形卡口，第二转盘挡块卡入至所述第二弧形卡口内。
进一步地，在不同实施例中，所述第二限位挡块的横截面为直角扇形；两个第二限位挡块横截面的扇形圆心突出至所述第二限位孔中部；两个第二限位挡块横截面的扇形圆心相对设置；所述第二限位孔横截面的圆心位于两个第二限位挡块横截面扇形圆心的连线上。
进一步地，在不同实施例中，所述第一旋转装置包括第三转盘；第二限位套管，突出于所述第三转盘靠近所述涡卷状弹性件一侧的表面中部；以及第二内端卡槽，设于所述第二限位套管外侧壁，所述涡卷状弹性件的内端卡合至所述第二内端卡槽。
进一步地，在不同实施例中，所述第一旋转装置还包括第三转盘挡块，突出于所述第三转盘远离所述涡卷状弹性件一侧的表面；以及第三限位孔，贯穿所述第二限位套管及所述第三转盘的中央处，所述第三限位孔内设有两个向内突出的第三限位挡块。
进一步地，在不同实施例中，所述第二旋转装置包括第二外壳，包括第四转盘及第二环形套管；所述第二环形套管套设于所述涡卷状弹性件外部，所述第二环形套管一侧的管口固定连接至所述第四转盘边缘处；以及第二外端卡口，贯穿所述第二环形套管外侧壁，所述涡卷状弹性件的外端卡合至所述第二外端卡口。
进一步地，在不同实施例中，所述第二旋转装置还包括第四转盘挡块，突出于所述第四转盘远离所述第二环形套管一侧的表面；第四转盘通孔，贯穿所述第四转盘中心处；以及第一弧形滑孔，贯穿所述第四转盘，其弧形的圆心与所述第四转盘通孔的圆心一致。
进一步地，在不同实施例中，所述传动装置包括第五转盘，与第四转盘内表面相切；第二传动轴，突出于所述第五转盘中心处，穿过第四转盘通孔且固定连接至所述转动部件；第五转盘挡块，突出于所述第五转盘表面，卡入至第一弧形滑孔；所述第五转盘挡块与所述第二传动轴位于靠近所述第四转盘的同一侧；第三卡块，突出于所述第五转盘中心处，位于远离所述第四转盘的一侧；所述第三卡块卡入至第三限位孔；以及第三传动轴，突出于所述第三卡块表面，其轴心与所述第二传动轴的轴心位于同一直线上。
进一步地，在不同实施例中，所述第一支撑板中心处设有第二传动轴安装孔，套设于第二传动轴外部；所述第一支撑板下部设有第二弧形滑孔，贯穿所述第一支撑板，其弧形的圆心与所述第二传动轴安装孔的圆心一致。
进一步地，在不同实施例中，所述第二支撑板中心处设有第三传动轴安装孔，套设于第三传动轴外部；所述第二支撑板上部边缘处设有第三弧形卡口，第三转盘挡块卡入至所述第三弧形卡口。
本发明提供一种用于转动部件的双向平衡装置，当转动部件在竖直平面内两个旋转方向上做往复运动时，只需用一个或一组同方向弹性件即保证系统的力矩平衡，可以有效减轻驱动电机负载，减少能耗，同时降低了设备的生产和维护成本。此外，本发明的双向平衡装置可以有效简化连接结构、节省空间，同时提高了系统可靠性和稳定性，延长使用寿命、提升工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例1使用状态下剖面结构示意图；
图2为本发明实施例1整体结构示意图；
图3为本发明实施例1分解结构示意图；
图4为本发明实施例1中第一旋转装置的结构示意图；
图5为本发明实施例1中第二旋转装置的结构示意图；
图6为本发明实施例1中涡卷状弹性件的结构示意图；
图7为本发明实施例1中传动装置的正面结构示意图；
图8为本发明实施例1中稳定装置的结构示意图；
图9为本发明实施例1中第二支撑板的结构示意图；
图10为本发明实施例1中转动部件的位置示意图；-
图11为本发明实施例2使用状态下结构示意图；
图12为本发明实施例2整体结构示意图；
图13为本发明实施例2分解结构示意图；
图14为本发明实施例2中第一旋转装置的结构示意图；
图15为本发明实施例2中第二旋转装置的结构示意图；
图16为本发明实施例2中传动装置的结构示意图；
图17为本发明实施例2中稳定装置的结构示意图；
图18为本发明实施例2中转动部件的位置示意图。
图中部件标号如下：
100第一旋转装置，200第二旋转装置；300涡卷状弹性件，400传动装置；
500稳定装置，600转动部件，700驱动装置；
101第一传动轴，102第一内端卡槽，103第一卡块，104第二卡块，105第三转盘，106第二限位套管，107第二内端卡槽；
201第一外壳，202第一外端卡口，203第一转盘，204第二转盘，205第二外壳，206第四转盘，207第二环形套管，208第二外端卡口；
301弹簧片，302弹簧内端，303弹簧外端；
401传动板，402限位套管，403第一限位孔，404第五转盘，405第二传动轴，406第三卡块，407第三传动轴；
501第一支撑板，502第二支撑板，503水平底座；
601实施例1中转动部件的基准位置，602实施例1中转动部件的第一目标位置，603实施例1中转动部件的第二目标位置；
701实施例2中转动部件的基准位置，702实施例2中转动部件的第一目标位置，703实施例2中转动部件的第二目标位置；
1051第三转盘挡块，1061第三限位孔，1062第三限位挡块，1063第三限位挡块；
2031第一转盘通孔，2032第一转盘挡块；2041第二转盘通孔，2042第二转盘挡块；2061第四转盘挡块，2062第四转盘通孔，2063第一弧形滑孔；
4011第一弧形卡口，4031第一限位挡块，4032第一限位挡块，4041第五转盘挡块；
5011限位套管安装孔，5012第二传动轴安装孔，5013第二弧形滑孔；
5021第二限位孔，5022第二弧形卡口，5023第二限位挡块，5024第二限位挡块；
5025第三传动轴安装孔，5026第三弧形卡口。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，证明本发明可以实施，该实施例可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的部件以相似数字标号表示。附图所示的每一部件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个部件的尺寸和厚度。
本发明所提到的方向用语，例如，上、下、前、后、内部、外部、内、外、侧面、顶部、底部、顶端、底端、末端、顺时针、逆时针等，仅是附图中的方向，只是用来解释和说明本发明，而不是用来限定本发明的保护范围。
当某些部件被描述为“在”另一部件“上”时，所述部件可以直接置于所述另一部件上；也可以存在一中间部件，所述部件置于所述中间部件上，且所述中间部件置于另一部件上。当一个部件被描述为“安装至”或“连接至”另一部件时，二者可以理解为直接“安装”或“连接”，或者一个部件通过一中间部件间接“安装至”或“连接至”另一个部件。
如图1-2所示，本发明所述的双向平衡装置，包括第一旋转装置100、第二旋转装置200、至少一涡卷状弹性件300、传动装置400、稳定装置500、转动部件600以及驱动装置700。
传动装置400的一端连接至第一旋转装置100和/或第二旋转装置200，其另一端连接至一外设的转动部件600，转动部件600是指在一定角度范围内可进行往复旋转的部件，包括但不限于机械臂及座椅靠背。本发明中，转动部件600可以是直接与传动装置400连接的部件，也可以是通过其他机构间接与传动装置400连接的部件。
对于直接与传动装置连接的转动部件来说，其旋转路径所处平面与涡卷状弹性件300中心轴所处直线相垂直。本发明下文阐述的两个实施例，其涡卷状弹性件(涡卷弹簧)的中心轴皆为水平设置，其转动部件(机械臂、座椅靠背)的旋转路径所处平面皆为竖直平面。当转动部件在竖直面内旋转时，本发明所述双向平衡装置用于实现转动部件的自重平衡；当转动部件在水平面内旋转时，转动部件的重心始终没有变化，所述双向平衡装置用于实现转动部件的负载平衡；当转动部件在其他平面内旋转时，双向平衡装置既可以用于实现转动部件的自重平衡；又可以实现负载平衡。
转动部件600在驱动装置700(如驱动电机)作用下，可以在竖直面内沿顺时针方向或逆时针方向旋转。本文中，判断时针方向的视线方向皆为正对转动部件600的方向，可见本实施例外部转动部件600(机械臂)全部旋转过程。由于转动部件600固定连接至传动装置400，当转动部件600旋转时，传动装置400被带动发生同向旋转，进而带动第一旋转装置100或第二旋转装置200发生旋转。
第一旋转装置100及第二旋转装置200皆安装至稳定装置500；第二旋转装置200设于第一旋转装置100外部，二者可以独立旋转，互不干涉。涡卷状弹性件300为螺旋形，其内端连接至第一旋转装置100，其外端连接至第二旋转装置200，当任一旋转装置发生旋转、且另一旋转装置保持静止时，涡卷状弹性件300的两端会受到一定压力，使其会发生形变。
当第一旋转装置100被传动装置400带动发生旋转时，第二旋转装置200保持静止，涡卷状弹性件300发生形变，并且产生第一回复扭矩；当第二旋转装置200被传动装置400带动发生旋转时，第一旋转装置100保持静止，涡卷状弹性件300发生形变，并且产生第二回复扭矩；所述第一回复扭矩与所述第二回复扭矩的方向相反。
当涡卷状弹性件受力张开时或受力紧缩时，都会产生一定的回复力矩，促使其回复原形。涡卷状弹性件被张开时，会产生向内收缩的力矩；当涡卷状弹性件受力被紧缩时，会产生向外张开的力矩；在这两种情况下，涡卷状弹性件产生的回复力矩方向是相反的。
实施例1
如图1～10所示，实施例1为一种用于往复式机械臂的双向平衡装置，转动部件600为可在竖直平面内往复旋转的机械臂，驱动装置700为驱动电机。
如图3～4所示，第一旋转装置100包括第一传动轴101，涡卷状弹性件300套设于第一传动轴101外部。第一传动轴101外侧壁设有第一内端卡槽102，第一内端卡槽102为直线型凹槽，用于卡合涡卷状弹性件300的内端。第一传动轴101一端的表面设有一突出的第一卡块103，其另一端的表面设有一突出的第二卡块104。本实施例中，第一卡块103、第二卡块104为长方体，优选长条形卡块。
如图3、图5所示，第二旋转装置200包括第一外壳201，其为环形套管，套设于涡卷状弹性件300外部。第一外壳201设有第一外端卡口202，贯穿所述环形套管的管壁，用于卡合涡卷状弹性件300的外端。
第二旋转装置200还包括第一转盘203及第二转盘204，第一转盘203固定连接至第一外壳201的一侧，第二转盘204固定连接至第一外壳201的另一侧，具体地说，第一转盘203、第二转盘204分别固定连接至环形套管两端的管口处。第一转盘203、第二转盘204靠近第一外壳201的一侧的表面为其内表面，远离第一外壳201的一侧的表面为其外表面。第一转盘203中心处设有第一转盘通孔2031；第二转盘204中心处设有第二转盘通孔2041。第一传动轴101依次穿过第一转盘通孔2031、涡卷状弹性件300及第二转盘通孔2041，第一转盘通孔2031、第二转盘通孔2041的中心轴线与第一传动轴101的轴心线在同一直线上，第一转盘通孔2031、第二转盘通孔2041的直径略大于第一传动轴101的直径。
第二旋转装置200还包括第一转盘挡块2032与第二转盘挡块2042，第一转盘挡块2032突出于第一转盘203远离第一外壳201一侧的表面；第二转盘挡块2042突出于第二转盘204远离第一外壳一侧的表面。
如图3、图6所示，涡卷状弹性件300优选平面涡卷弹簧或扭簧。平面涡卷弹簧包括涡卷状的弹簧片301，弹簧片301整体位于两个平行平面之间。弹簧片301两端分别成为弹簧内端302和弹簧外端303，弹簧内端302卡合至第一旋转装置100的第一内端卡槽102，弹簧外端303卡合至第二旋转装置200的第一外端卡口202。
本实施例中，当涡卷状弹性件300的数量为两个以上时，所有涡卷状弹性件300的绕向相同，具体地说，所有涡卷状弹性件300的弹簧片301绕向相同。当两个以上涡卷状弹性件300同时发生形变时，所有涡卷状弹性件300产生的回复扭矩的方向相同。由于每一个涡卷状弹性件300都可以在受力方向不同的情况下产生两种方向相反的回复力矩，因此，在本发明中只用一个或者一组涡卷弹簧既可以实现双向缓冲和储能的效果。相对于现有技术中同时设置两组绕向相反涡卷弹簧的技术方案，本发明可以简化结构、减少体积，有效降低生产成本及节省空间。
所有涡卷状弹性件300的弹簧内端302位置相对应，可以设于同一直线上；所有涡卷状弹性件300的弹簧外端303位置相对应，可以设于同一直线上。涡卷状弹性件300的横截面形状，具体地说，弹簧片的横截面形状，包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。常见涡卷弹簧的弹簧片301一般是薄片状，其横截面形状为矩形，其长度与宽度的比值大于10。常见扭簧一般为较细的金属丝扭曲成螺旋状结构形成的，为了加工方便，其横截面多为圆形或椭圆形。
当涡卷状弹性件300的数量为两个以上时，相邻两涡卷状弹性件300之间设置一个隔离圈，所述隔离圈为弹性耐磨材质(如橡胶)制成，防止涡卷状弹性件300在发生或恢复形变过程中与其他涡卷状弹性件300或其他部件发生碰撞，影响形变储能效果。
如图3、图7所示，传动装置400包括传动板401与限位套管402，传动板401整体为圆形，传动板401一侧表面与第一转盘203外表面相切；限位套管402突出于传动板401的表面，限位套管402固定连接至转动部件600。
传动板401边缘处设有第一弧形卡口4011，第一转盘挡块2032卡入至第一弧形卡口4011内。第一弧形卡口4011，其底部为一弧线，该弧线所处圆形的圆心与传动板401的圆心重合，该弧线对应的圆心角为90度。
限位套管402设有第一限位孔403，贯穿限位套管402及传动板401的中部。第一旋转装置100的第一卡块103卡入至第一限位孔403内，第一限位孔403内设有两个向内突出的第一限位挡块4031、4032，用于限制第一卡块103的转动范围。本实施例中，第一限位孔403的横截面主体为圆形，其直径略大于第一卡块103的长度。
第一限位挡块4031、4032的横截面为直角扇形，两个第一限位挡块4031、4032的扇形圆心相对设置，第一限位孔403横截面的圆心位于两个第一限位挡块4031、4032的扇形圆心连线上，两个第一限位挡块4031、4032横截面的扇形圆心突出至所述第一限位孔403中部，第一卡块103在第一限位孔403内的旋转角度为90度。
限位套管402的长度大于第一卡块103的厚度，当第一卡块103插入至第一限位孔403后，第一限位孔403内远离第一转盘203处还有一部分空间，可用于安装转动部件600输出动力的第一传动轴，该第一传动轴前端卡接部的形状与第一限位孔403的形状相对应。
如图3、图8～9所示，稳定装置500包括第一支撑板501、第二支撑板502及水平底座503，第一支撑板501、第二支撑板502垂直式固定于水平底座503的左右两端，第一支撑板501、第二支撑板502相对设置且彼此平行。
水平底座503优选矩形底座，水平底座503设有多个安装螺孔，用紧固件可以将水平底座503固定安装在地面或其他基座上，从而保证机械臂及平衡装置形成的系统足够稳定，不会发生偏移或晃动。
第一支撑板501中心处设有限位套管安装孔5011，套设于限位套管402外部，限位套管402通过限位套管安装孔5011与一个外设的转动部件600相连接，当转动部件600在竖直平面内发生转动时，限位套管402也可以被带动发生转动。
第二支撑板502中心处设有第二限位孔5021，第二卡块104卡入至第二限位孔5021内；第二限位孔5021内设有两个向内突出的第二限位挡块5023、5024，用于限制第二卡块104的转动范围。本实施例中，第二限位孔5021的横截面主体为圆形，其直径略大于第二卡块104的长度。第二限位挡块5023、5024的横截面为直角扇形，两个第二限位挡块5023、5024横截面的扇形圆心相对设置，第二限位孔5021横截面的圆心位于两个第二限位挡块5023、5024的扇形圆心连线上，两个第二限位挡块5023、5024横截面的扇形圆心突出至第二限位孔5021中部，第二卡块104在第二限位孔5021内的旋转角度为90度。
第二支撑板502边缘处设有第二弧形卡口5022，第二转盘挡块2042卡入至第二弧形卡口5022内。第二弧形卡口5022，其弧形中心线为一弧线，该弧线所处圆形的圆心与第二支撑板502中心重合，该弧线对应的圆心角为90度。
稳定装置500还可以包括防护罩(图未示)，所述防护罩的底部安装至水平底座503，所述防护罩包覆在第一旋转装置100及第二旋转装置200外部，用以保护第一旋转装置100及第二旋转装置200，使其在旋转过程中不会被外部因素干扰。
本实施例中，第一弧形卡口4011与第一限位挡块4031或4032位置相对应，第二弧形卡口5022与第二限位挡块5031或5032位置相对应，从而使得第一旋转装置100与第二旋转装置200中只有一个可以发生转动，彼此互不干扰。
如图10所示，本实施例中，转动部件600(机械臂)在竖直平面上旋转过程中，将其运行轨迹上转动部件600重心最高处设为基准位置601，将其运行轨迹上的两个转动部件600重心最低处设为第一目标位置602和第二目标位置603。本实施例中，将转动部件600的基准位置的旋转角度设定为0度，其旋转角度范围为顺时针旋转0～90度及逆时针旋转0～90度。判断时针方向的视线方向为正对第一支撑板501的方向，可见本实施例外部转动部件600(机械臂)全部旋转过程。
如图10所示，当转动部件600位于基准位置601时，第一旋转装置100和第二旋转装置200皆保持静止，涡卷状弹性件300维持原状。第一卡块103、第二卡块104竖直设置，第一转盘挡块2032、第二转盘挡块2042皆位于第一传动轴101上方。
当转动部件600需要从基准位置601逆时针旋转至第一目标位置602时，转动部件600的重心由高处向低处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)逆时针旋转，传动装置400也被带动发生逆时针旋转。此时，第一转盘203的第一转盘挡块2032卡在传动板401的第一弧形卡口4011内，因此会带动第二旋转装置200逆时针转动，当转动部件600到达第一目标位置602时，转动角度为90度。在这一过程中，第二转盘挡块2042在第二弧形卡口5022内滑动，确保第二转盘204可以与第一转盘203同步发生旋转。在这一过程中，第一卡块103在第一限位孔403内没有受到任何阻力，第一旋转装置100完全静止不动。由于涡卷状弹性件300的内端固定连接至第一旋转装置100，其外端固定连接至第二旋转装置200，因此涡卷状弹性件300会发生形变，产生卷曲，转动部件600的重力势能转化为涡卷状弹性件300的弹性势能。
当转动部件600需要从第一目标位置602顺时针旋转回到基准位置601时，转动部件600的重心由低处向高处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)顺时针旋转，传动装置400也被带动发生顺时针旋转。转动部件600回到基准位置601时，第二旋转装置200发生顺时针转动，涡卷状弹性件300逐步恢复本来形状，涡卷状弹性件300的弹性势能转化为转动部件600的重力势能，从而减少驱动装置700对转动部件600的做功，减少对驱动力矩的需求，减少电机能耗。
当转动部件600需要从基准位置601顺时针旋转至第二目标位置603时，转动部件600的重心由高处向低处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)顺时针旋转，传动装置400也被带动发生顺时针旋转，当转动部件600到达第二目标位置603时，转动角度为90度。此时，第一卡块103卡合至第一限位孔403，两个第一限位挡块4031、4032推动第一卡块103顺时针旋转，从而带动第一旋转装置100顺时针旋转。在这一过程中，第二卡块104在第二限位孔5021内滑动，确保第一传动轴101可以自由转动。在这一过程中，第一转盘挡块2032在第一弧形卡口4011内滑动，第二转盘挡块2042在第二弧形卡口5022内滑动，第一转盘203完全没有受到推力，第二旋转装置200静止不动。由于涡卷状弹性件300的内端固定连接至第一旋转装置100，其外端固定连接至第二旋转装置200，因此涡卷状弹性件300会发生形变，产生卷曲，转动部件600的重力势能转化为涡卷状弹性件300的弹性势能。
当转动部件600需要从第二目标位置603逆时针旋转回到基准位置601时，转动部件600的重心由低处向高处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)逆时针旋转，传动装置400也被带动发生逆时针旋转。转动部件600回到基准位置601时，第一旋转装置100逆时针转动，涡卷状弹性件300逐步恢复本来形状，涡卷状弹性件300的弹性势能转化为转动部件600的重力势能，从而减少驱动装置700对转动部件600的做功，减少电机能耗。
在转动部件600的重心由高处向低处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，传动装置400带动第一旋转装置100沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，传动装置400带动第二旋转装置200沿逆时针方向旋转。
在转动部件600的重心由低处向高处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，第二旋转装置200带动传动装置400沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，第一旋转装置100带动传动装置400沿逆时针方向旋转。
本实施例在工作中，外设的转动部件600在驱动装置700的驱动下，在竖直面内旋转，可以通过传动装置400带动第一旋转装置100或第二旋转装置200在一定范围内发生旋转，由于涡卷状弹性件300的两端分别连接至第一旋转装置100或第二旋转装置200，当任一旋转装置发生旋转时，涡卷状弹性件300都会受力发生形变，从而起到缓冲和暂存能量的作用。
在本实施例中，第一限位孔403、第二限位孔5021、第一弧形卡口4011、第二弧形卡口5022在图中的位置可以左右对调，其工作模式和原理与前述方案类似，在此不做赘述。按照这样的技术方案，在转动部件600的重心由高处向低处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，传动装置400带动第二旋转装置200沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，传动装置400带动第一旋转装置100沿逆时针方向旋转。在转动部件600的重心由低处向高处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，第一旋转装置100带动传动装置400沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，第二旋转装置200带动传动装置400沿逆时针方向旋转。
本实施例提供一种用于机械臂的双向平衡装置，当机械臂在竖直平面内两个旋转方向上做往复运动时，只需用一个或一组同方向弹性件即保证系统的力矩平衡，可以有效减轻驱动电机负载，减少能耗，同时降低了设备的生产和维护成本。此外，本实施例可以有效简化连接结构、节省空间，同时提高了系统可靠性和稳定性，延长使用寿命、提升工作效率。
实施例2
如图11～18所示，实施例2为一种用于座椅靠背调节器的双向平衡装置，座椅靠背调节器为可以调节座椅靠背倾斜角度的一种电动调节装置，转动部件600为可在竖直方向上往复旋转的座椅靠背，具体地说，是可调节座椅靠背前后移动的靠背支架，驱动装置700为小型驱动电机。
如图13～14所示，第一旋转装置100包括第三转盘105和第二限位套管106，第二限位套管106突出于第三转盘105靠近涡卷状弹性件300一侧的表面中部；第二限位套管106外侧壁设有第二内端卡槽107，涡卷状弹性件300的弹簧内端302卡合至第二内端卡槽107。
第一旋转装置100还包括第三转盘挡块1051及第三限位孔1061，第三转盘挡块1051突出于第三转盘105远离涡卷状弹性件300一侧的表面；第三限位孔1061贯穿第二限位套管106及第三转盘105的中央处，第三限位孔1061内设有两个向内突出的第三限位挡块1062、1063。
本实施例中，第三限位孔1061的横截面主体为圆形，其直径略大于第三卡块406的长度。第三限位挡块1062、1063的横截面为直角扇形，两个第三限位挡块1062、1063的扇形圆心相对设置，第三限位孔1061横截面的圆心位于两个第三限位挡块1062、1063的扇形圆心连线上，两个第三限位挡块1062、1063横截面的扇形圆心突出至第三限位孔1061中部，第三卡块406在第三限位孔1061内的旋转角度为90度。
如图13、图15所示，第二旋转装置200包括第二外壳205，第二外壳205包括一体设置的第四转盘206及第二环形套管207；第二环形套管207套设于涡卷状弹性件300外部，第二环形套管207一侧的管口固定连接至第四转盘206边缘处；第二环形套管207外侧壁设有一第二外端卡口208，涡卷状弹性件300的弹簧外端303卡合至第二外端卡口208。
第二旋转装置200还包括第四转盘挡块2061，突出于第四转盘206远离第二环形套管207一侧的表面；第四转盘206中心处设有第四转盘通孔2062；第四转盘206设有第一弧形滑孔2063，第一弧形滑孔2063上下两条对应边皆为弧线，两条弧线的圆心皆与第四转盘通孔2062的圆心重合，两条弧线对应的圆心角为90度。
如图6、图13所示，实施例2的涡卷状弹性件300与实施例1的涡卷状弹性件300的相同。涡卷状弹性件300套在第二限位套管106外部，优选平面涡卷弹簧，包括涡卷状的弹簧片301，弹簧片301整体位于两个平行平面之间。弹簧片301两端分别成为弹簧内端302和弹簧外端303，弹簧内端302卡合至第一旋转装置100的第二内端卡槽107，弹簧外端303卡合至第二旋转装置200的第二外端卡口208。
本实施中，当涡卷状弹性件300的数量为两个以上时，所有涡卷状弹性件300的绕向相同，具体地说，所有涡卷状弹性件300的弹簧片301绕向相同。所有涡卷状弹性件300的弹簧内端302位置相对应，可以设于同一直线上；所有涡卷状弹性件300的弹簧外端303位置相对应，可以设于同一直线上。当涡卷状弹性件300的数量为两个以上时，相邻两涡卷状弹性件300之间设置一个隔离圈，所述隔离圈为弹性耐磨材质(如橡胶)制成，防止涡卷状弹性件300在发生或恢复形变过程中与其他涡卷状弹性件300或其他部件发生碰撞，影响形变储能效果。
如图13、图16所示，传动装置400包括第五转盘404与第二传动轴405，第五转盘404与第四转盘206内表面相切；第二传动轴405突出于第五转盘404中心处，穿过第四转盘通孔2062且固定连接至转动部件600(座椅靠背)。
第五转盘404一侧表面设有一突出的第五转盘挡块4041，第五转盘挡块4041卡入至第一弧形滑孔2063；第五转盘挡块4041与第二传动轴405位于靠近第四转盘206的同一侧。第三卡块406突出于第五转盘404中心处，位于远离第四转盘206的一侧；第三卡块406卡入至第三限位孔1061，第三卡块406在第三限位孔1061内的旋转角度为90度。第三传动轴407突出于第三卡块406表面，其轴心与第二传动轴405的轴心位于同一直线上。本实施例中，第三卡块406为长方体，优选长条形卡块。
如图13、图17所示，稳定装置500包括第一支撑板501、第二支撑板502及水平底座503，第一支撑板501、第二支撑板502垂直式固定于水平底座503的左右两端，第一支撑板501、第二支撑板502相对设置且彼此平行。
水平底座503优选矩形底座，水平底座503设有多个安装螺孔，用紧固件可以将水平底座503固定安装在地面或其他基座上，从而保证机械臂及平衡装置形成的系统足够稳定，不会发生偏移或晃动。
第一支撑板501中心处设有第二传动轴安装孔5012，套设于第二传动轴405外部；第一支撑板501下部设有第二弧形滑孔5013，贯穿第一支撑板501，其弧形的圆心与第二传动轴安装孔5012的圆心一致。
第二支撑板502中心处设有第三传动轴安装孔5025，套设于第三传动轴407外部；第二支撑板502上部边缘处设有第三弧形卡口5026，第三转盘挡块1051卡入至第三弧形卡口5026。
本实施例中，涡卷状弹性件300套在第二限位套管106外部，第三卡块406卡入至第三限位孔1061，第三传动轴407插入至第三传动轴安装孔5025。第二传动轴405穿过第四转盘通孔2062、第二传动轴安装孔5012且固定连接至转动部件600(座椅靠背)。第三限位孔1061、第四转盘通孔2062、第二传动轴安装孔5012，第三传动轴安装孔5025的中心轴位于同一直线上，即为第三传动轴407与第二传动轴405的轴心所在直线上。
如图18所示，本实施例中，转动部件600(座椅靠背)在竖直平面上旋转过程中，将其运行轨迹上转动部件600重心最高处设为基准位置701，将其运行轨迹上的两个转动部件600重心最低处设为第一目标位置702和第二目标位置703。本实施例中，将转动部件600的基准位置的旋转角度设定为0度，其旋转角度范围为顺时针旋转0～90度及逆时针旋转0～90度。判断时针方向的视线方向为正对第一支撑板501的方向，可见本实施例外部转动部件600(座椅靠背)全部旋转过程。
如图18所示，当转动部件600位于基准位置701时，第一旋转装置100和第二旋转装置200皆保持静止，涡卷状弹性件300维持原状，第三卡块406竖直设置，第五转盘挡块4041卡合至第一弧形滑孔2063的一端。
当转动部件600需要从基准位置701逆时针旋转至第一目标位置702时，转动部件600的重心由高处向低处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(座椅靠背)逆时针旋转，传动装置400也被带动发生逆时针旋转。此时，第五转盘挡块4041推动第二外壳205，带动第二旋转装置200发生逆时针转动，当转动部件600到达第一目标位置702，转动角度为90度。在这一过程中，第四转盘挡块2061在第二弧形滑孔5013内滑动，确保第二外壳205可以在竖直面发生旋转。在这一过程中，第三卡块406在第三限位孔1061内自由转动，第一旋转装置100没有受到任何推力，完全静止不动。由于涡卷状弹性件300的内端固定连接至第一旋转装置100，其外端固定连接至第二旋转装置200，因此涡卷状弹性件300会发生形变，产生卷曲，转动部件600的重力势能转化为涡卷状弹性件300的弹性势能。
当转动部件600需要从第一目标位置702顺时针旋转回到基准位置701时，转动部件600的重心由低处向高处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(座椅靠背)顺时针旋转，传动装置400也被带动发生顺时针旋转。转动部件600回到基准位置601时，第二旋转装置200顺时针转动90度，涡卷状弹性件300逐步恢复本来形状，涡卷状弹性件300的弹性势能转化为转动部件600的重力势能，从而减少驱动装置700对转动部件600的做功，减少电机能耗。
当转动部件600需要从基准位置701顺时针旋转至第二目标位置703时，转动部件600的重心由高处向低处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)顺时针旋转，传动装置400也被带动发生顺时针旋转。此时，第三卡块406推动两个第三限位挡块1062、1063，从而带动第一旋转装置100顺时针旋转。第五转盘挡块4041在第一弧形滑孔2063内滑动，第四转盘206完全没有受到推力，第二旋转装置200静止不动。由于涡卷状弹性件300的内端固定连接至第一旋转装置100，其外端固定连接至第二旋转装置200，因此涡卷状弹性件300会发生形变，产生卷曲，转动部件600的重力势能转化为涡卷状弹性件300的弹性势能。
当转动部件600需要从第二目标位置703逆时针旋转回到基准位置701时，转动部件600的重心由低处向高处移动，驱动装置700(电机)带动转动部件600(机械臂)逆时针旋转，传动装置400也被带动发生逆时针旋转。转动部件600回到基准位置701时，第一旋转装置100逆时针转动90度，涡卷状弹性件300逐步恢复本来形状，涡卷状弹性件300的弹性势能转化为转动部件600的重力势能，从而减少驱动装置700对转动部件600的做功，减少电机能耗。
在转动部件600的重心由高处向低处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，传动装置400带动第一旋转装置100沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，传动装置400带动第二旋转装置200沿逆时针方向旋转。
在转动部件600的重心由低处向高处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，第二旋转装置200带动传动装置400沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，第一旋转装置100带动传动装置400沿逆时针方向旋转。
本实施例在工作中，外设的转动部件600在驱动装置700的驱动下，在竖直面内旋转，可以通过传动装置400带动第一旋转装置100或第二旋转装置200在一定范围内发生旋转，由于涡卷状弹性件300的两端分别连接至第一旋转装置100或第二旋转装置200，当任一旋转装置发生旋转时，涡卷状弹性件300都会受力发生形变，从而起到缓冲和暂存能量的作用。本实施例中，转动部件600为座椅靠背，当旋转到合适的角度时，用户可以利用另外设置的锁定装置将座椅靠背的位置锁定。当解锁后，用户可以根据具体需求调整座椅靠背的旋转方向。
在本实施例中，第三限位孔1061、第四转盘挡块2061及第五转盘挡块4041在图12中的位置可以左右对调，其工作模式和原理与前述方案类似，在此不做赘述。按照这样的技术方案，在转动部件600的重心由高处向低处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，传动装置400带动第二旋转装置200沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，传动装置400带动第一旋转装置100沿逆时针方向旋转。在转动部件600的重心由低处向高处移动过程中，当转动部件600在竖直面内沿顺时针方向旋转时，第一旋转装置100带动传动装置400沿顺时针方向旋转；当转动部件600在竖直面内沿逆时针方向旋转时，第二旋转装置200带动传动装置400沿逆时针方向旋转。
本实施例提供一种用于座椅靠背角度调节器的双向平衡装置，当座椅靠背前后移动时，只需用一个或一组同方向弹性件即保证系统的力矩平衡，使得调整过程更加方便快捷，可以有效减轻电机负载，减少能耗，同时降低了部件的生产和维护成本。此外，本实施例可以有效简化连接结构、节省空间，同时提高了系统可靠性和稳定性，延长使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。