一种运动支臂力矩平衡装置的制作方法

本发明涉及力矩控制技术领域，尤其涉及一种运动支臂力矩平衡装置。

背景技术：

目前，在运动支臂的控制系统中，如图1所示的运动支臂系统中，如果想将负载从位置a上升至位置b，然后再上升至位置c，在使用常见的机吊过程中，负载力矩是时刻变化的，且是一种非线性变化，此负载力矩的非线性变化会大大加剧动力输出部件的负担，需要电机有较大的输出力矩，且需要较快的力矩变化速度，增加了整个控制系统的不稳定性，也会导致负载的不稳定。

为了克服这种非线性的变力矩，一种解决方法是在负载的反方向安装相应的配重块，这种方式虽然可以解决一定的变化力矩，但其不仅增加了整个系统的重量，且增大了运动支臂的运动半径；另一种解决方式就使用大力矩的电机，依靠电机的强大输出力矩来克服这种非线性变力矩，需要电机不但力矩大而且力矩调整时间要短，对于电机要求较高，而采用这种方式解决了问题的同时，大大增加了硬件成本；最后一种方式就是安装力矩平衡机，但是现有的力矩平衡机大都是直线型的，不仅体积大，而且与负载力矩变化切合度低，容易增加控制系统负担，并不能很好的解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种运动支臂力矩平衡装置，体积小、力矩平衡性高，且能够大大减低系统的硬件成本，具有较高的适应性。

本发明采用的技术方案为：

一种运动支臂力矩平衡装置，包括外壳和设置在外壳上的输出法兰、输入法兰；所述的外壳由侧面盖板和具有凹腔的壳底盖合而成；所述的凹腔内还设置有传动机构，传动机构包括行星支架、弹簧、弹簧导槽和轴承，所述的输入法兰固定在轴承内圈一端，输入法兰的外端用来连接电机或其它动力装置，输出法兰固定在轴承内圈的另一端，用来安装编码器等测角测速传感器，行星支架固定在轴承外圈；

所述的行星支架具有多个延伸部，弹簧导槽的个数与延伸部的个数相对应，所述延伸部与行星支架本体平行设置，且与壳底的凹腔壁间隙设置，所述的弹簧导槽固定设置在壳底的凹腔壁上，且弹簧一端固定安装在弹簧导槽底部，另一端安装在与其相对应行星支架延伸部上。

所述的传动机构还包括有转动角度增益机构，所述的转动角度增益机构包括有行星齿轮、太阳轮和外齿轮，所述的太阳轮固定在输入法兰的内端，外齿轮为环形结构，外齿轮固定设置在凹腔内壁上，多个行星齿轮固定设置在行星支架上，且外轮轮通过行星齿轮与太阳轮齿合传动。

所述的行星齿轮采用单排三个行星齿轮。

所述的行星支架为正三角形结构，三个顶角上具有三个延伸部。

所述的行星支架上延伸部的厚度不大于弹簧导槽的开口厚度。

本发明通过简洁法兰设计，可以方便安装电机和角度编码器等设备，然后利用弹簧机构设计的圆形力矩平衡装置，通过弹簧设计可以做到任意角度与负载力矩平衡；进一步的采用太阳轮行星齿轮机构，减小弹簧伸缩量，从而允许负载大角度运动；而且弹簧采用导槽设计，防止弹簧其它方向形变，且易于更换。本发明可以按照负载和实际应用的变化适当调整局部模块，就可以做到精确平衡运动支臂力矩，同时可以大大减小后期控制系统的负担，并具有较高的环境适应性。

附图说明

图1为现有运动支臂系统的工作示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的右视图；

图4为本实用新内部结构示意图；

图5为本发明右视图的半剖结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、3、4和5所示，本发明外壳和设置在外壳上的输出法兰1、输入法兰10；所述的外壳由侧面盖板2和具有凹腔的壳底3盖合而成；所述的凹腔内还设置有传动机构，传动机构包括行星支架4、弹簧5、弹簧导槽6、行星齿轮7、太阳轮8、外齿轮9和轴承11，所述的输入法兰10固定在轴承11内圈一端，太阳轮8固定在输入法兰10的内端，输入法兰10的外端用来连接电机或其它动力装置，输出法兰1固定在轴承11内圈的另一端，用来安装编码器等测角测速传感器，行星支架4固定在轴承11外圈；外齿轮9为环形结构，固定设置在凹腔内壁上，多个行星齿轮7固定设置在行星支架4上，且外轮轮9通过行星齿轮7与太阳轮8齿合传动；

所述的行星支架4具有多个延伸部，弹簧导槽6的个数与延伸部的个数相对应，所述延伸部与行星支架4本体平行设置，且与壳底的凹腔壁间隙设置，所述的弹簧导槽6固定设置在壳底的凹腔壁上，且弹簧5一端固定安装在弹簧导槽6底部，另一端安装在与其相对应行星支架4延伸部上。

所述的行星齿轮采用单排三个行星齿轮。所述的行星支架4为正三角形结构，三个顶角上具有三个延伸部。

所述的行星支架4上延伸部的厚度不大于弹簧导槽6的开口厚度。

本发明主要由安装法兰、内部传动机构和外壳组成，如图2、图3所示，安装法兰包括输出法兰1和输入法兰10组成；外壳由侧面盖板2和外壳3组成；如图4、图5所示，内部传动机构由行星支架4、弹簧5、弹簧导槽6、行星齿轮7、太阳轮8、外齿轮9和轴承11组成。

弹簧5一端固定安装在弹簧导槽6底部，另一端安装在行星支架4上，在行星支架4运动的过程中，弹簧5在弹簧导槽6中压缩伸展，从而获得变力矩。当负载上升时，输入法兰10沿上升方向转动，外壳3固定于平台上，固定在输入法兰另一端的太阳轮8随之沿上升方向转动，太阳轮8的转动带动三个行星齿轮7转动，行星齿轮7与行星支架4安装在一起，三个行星齿轮7的转动带动行星支架4的转动，安装在行星支架4上的弹簧5随之在弹簧导槽6中伸展；输入法兰10固定在轴承11内圈一端，可以用来连接电机等动力装置，输出法兰1固定在轴承11内圈的另一端，用以安装编码器等测角测速传感器，行星支架4固定在轴承11外圈；太阳轮8和行星齿轮的关系可以保证负载在大角度运动过程中，弹簧5只会伸展或者压缩一小段距离，这样弹簧5可以选择弹力较高的小体积弹簧。

当负载处于水平位置时，此时弹簧5压缩的最短，输出配平力矩最高，刚好抵消负载的力矩；当上升时，负载力矩变小，弹簧5长度变长，输出的配平力矩变小；当负载竖直的时候，负载力矩分量为零，此时弹簧5处于完全松弛状态或者处于一种拉偏力矩的状态；当负载小角度超过竖直状态时，弹簧5处于拉伸状态，输出反方向力矩。在运动支臂工作的整个过程中可以高度配平力矩，而输入轴连接电机不需要太大的力矩输出就可以控制运动支臂的运动状态，从而降低了硬件成本，弹簧5易于设计和更换，这样就大大增加了该发明的适应性；本发明中所使用的机构件简单可靠，具有较高的环境适应性。

本发明的技术关键点在于：

1、利用弹簧机构设计的圆形力矩平衡装置，通过弹簧设计可以做到任意角度与负载力矩平衡；2、采用太阳轮行星齿轮机构，减小弹簧伸缩量，允许负载大角度运动；

3、采用简洁法兰设计，可以方便安装电机和角度编码器等设备；4、弹簧采用导槽设计，放置弹簧其他方向形变，且易于更换；

与现有的技术比较，本发明的优点是:本发明结构简洁，体积小，重量轻，配平效率高，易于实现；本发明可以做到全过程配平，大大减小对电机力矩输出的要求，降低了硬件成本，简化控制过程；本发明采用模块化设计，易于安装调试，便于更换，具有较高的环境适应性。