機械臂扭矩平衡裝置的制作方法

本發明涉及機械制造相關領域，特別是機械臂扭矩平衡裝置。

背景技術：

在現代化的工業生產以及機械人技術領域，機械臂都得到了廣泛的應用。盡管現在機械臂的結構、尺寸以及功能都各有不同，但機械臂在工作時，都是通過接受指令后，精確地定位到二維或三維空間上的某一位置來完成操作。

現有的機械臂通常都采用電機配合減速機的方式進行驅動控制，電機、減速機的輸出功率或扭矩是根據機械臂的自重、負載重量產生的扭矩及需要的加速度來設計選型的。從成本、功耗和體積上考慮都希望能以較小的功率負載更大的負荷。在這些影響電機負荷同時又沒有正面作用的就是由機械臂的自重帶來的扭矩。因此，需要設計一種裝置，在不降低設計機械臂負載能力的前提下降低電機、減速機功率和扭矩，從而降低機械臂、電機及減速機的功耗、體積和成本。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種結構簡單、安裝方便的機械臂扭矩平衡裝置，該裝置不僅可以有效提高機械臂的工作效率，而且能夠降低機械臂的制造成本，減小機械臂的體積。

本發明的技術方案是：機械臂扭矩平衡裝置，扭力板上開設有繞中心軸孔呈螺旋狀分布的渦卷扭簧槽，渦卷扭簧槽使扭力板形成渦卷扭簧的結構，扭力板的中心軸孔套設在減速機的輸出軸或者機械臂的旋轉軸上，并將扭力板固定在減速機或者機械臂上。

本發明具有以下優點：

1、在機械臂自重、負荷作用下，扭力板上的渦卷扭簧結構會隨之扭曲蓄力，而減速機在機械臂懸停或運動時，渦卷扭簧結構的扭曲蓄力可以消除機械臂自重部分負荷，從而達到降低電機、減速機扭矩的目的。隨著機械臂角度的轉動，渦卷扭簧可跟隨轉的角度改變扭矩，自動平衡掉機械臂自重產生的扭矩。保障機械臂的靜扭矩全部是由于負荷產生的；

2、本發明結構簡單、占用空間小，可以直接加裝在減速機輸出端或者機械臂的旋轉座上，不會妨礙機械臂的動作。

進一步，扭力板的中心軸孔套設在減速機的輸出軸上，扭力板固定在減速機的輸出軸端面和/或機械臂的輸入孔端面上。

進一步，扭力板的中心軸孔套設在機械臂的旋轉軸上，扭力板固定在機械臂的旋轉軸端面和/或旋轉底座端面上。

進一步，將兩塊扭力板以對稱的方式拼接后，安裝在減速機的輸出端面上。

進一步，將兩塊扭力板對稱的方式安裝在機械臂旋轉軸的一端或者兩端上。

由于機械臂可以從垂直狀態向兩側運動，因此機械臂自重以及負荷可能對減速機產生方向相反的扭矩，而同時將兩塊扭力板以對稱的方式配合安裝后，兩塊對稱的扭力板內的渦卷扭簧結構的旋向不同，因此可以消除掉減速機受到的不同方向的扭矩。

進一步，扭力板通過螺接、鉚接、焊接或者粘接的方式與減速機的輸出端面或者機械臂的旋轉座端面相連。

進一步，扭力板的中心軸孔與減速機的輸出軸或者機械臂的旋轉軸通過鍵連接、型軸連接、過盈連接或者粘接的方式相連并傳遞扭矩。

進一步，相鄰的兩條渦卷扭簧槽上還設有相對應的限位槽和限位塊。限位槽和限位塊的設置可以避免因機械臂過載或者誤操作而產生的事故。

進一步，扭力板的外周形狀為與減速機輸出端面或者旋轉座端面的形狀相同。當減速機輸出端面或者旋轉座端面的形狀為圓形、方形后者橢圓形等形狀時，扭力板的外周形狀設計成與之相應的形狀，可以減少扭力板占用空間，以避免妨礙機械臂動作。

進一步，扭力板的材質為金屬、工程塑料或者碳纖維。

當扭力板的材質為高錳鋼、不銹鋼、鋁合金以及鈦鋼等金屬時，具有使用壽命長，耐高溫，結構強度高的特點。而工程塑料和碳纖維材質具有易加工成型、質量輕以及結構強度高的特點。

本發明結構簡單、容易加工成型，并且實用性強、安裝簡單，只需直接加裝在減速機輸出端或者機械臂的旋轉座上，即可有效提高機械臂的工作精度、并顯著降低機械臂在啟動時對減速機的沖擊。

附圖說明

圖1是本發明實施例1一種機械臂扭矩配合裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中的A-A剖面結構示意圖；

圖3是本發明實施例2一種機械臂扭矩配合裝置的結構示意圖；

圖4是本發明實施例3一種機械臂扭矩配合裝置的結構示意圖；

圖5是本發明實施例3一種機械臂扭矩配合裝置的結構示意圖；

圖6是本發明實施例3兩塊對稱扭力板的結構示意圖；

圖7是本發明實施例3兩塊對稱扭力板的結構示意圖；

圖8是本發明實施例3兩塊對稱的扭力板與減速機的安裝結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

實施例1

如圖1~2所示，機械臂扭矩平衡裝置，包括扭力板1，扭力板1上開設有繞中心軸孔4呈螺旋狀分布的渦卷扭簧槽2，渦卷扭簧槽2使扭力板形成渦卷扭簧的結構，扭力板1的中心軸孔4套設在減速機9的輸出軸11或者機械臂的旋轉軸上。

扭力板1為與減速機9端面形狀相應的正方形，在扭力板1的四個角上開設有用于穿過螺栓的通孔3，扭力板1通過螺栓與減速機9端面相連。

扭力板1的中心軸孔4與減速機9的輸出軸11采用平鍵連接的方式連接并傳遞扭矩。具體而言，減速機9輸出軸11上開有鍵槽并裝配有平鍵，扭力板1的中心軸孔4形狀與裝配有平鍵的輸出軸11的橫截面相應。

扭力板1的材質為高錳鋼。具有使用價格低、使用壽命長、耐高溫、結構強度高的特點。

本實施例結構簡單、安裝方便、實用性強，可以有效提高機械臂的工作精度，并且能夠降低機械臂在啟動時對減速機9的沖擊。

實施例2:

如圖3所示：機械臂扭矩平衡裝置，與實施例1不同之處在于，相鄰的兩條渦卷扭簧槽2上還設有相對應的限位槽5和限位塊6。

扭力板1的中心軸孔4與減速機9的輸出軸11采用花鍵連接的方式連接并傳遞扭矩。具體而言，輸出軸11為花鍵軸，扭力板的中心軸孔4形狀與輸出軸11的截面形狀相同。

扭力板1的材質為不銹鋼。具有使用壽命長、耐高溫、結構強度高的特點。

其他結構同實施例1。

實施例3：

如圖4或圖5所示，機械臂扭矩平衡裝置，與實施例1或實施例2不同之處在于，扭力板1的中心軸孔4與減速機9的輸出軸11采用型軸連接的方式連接并傳遞扭矩。具體而言，輸出軸11為異形軸，扭力板1的中心軸孔4形狀與輸出軸11的截面形狀相同。

如圖6或圖7所示：將扭力板7翻轉后得到對稱的扭力板8，并將扭力板7和扭力板8式拼接。

如圖8所示：將拼接后的扭力板7和扭力板8的中心軸孔4套設在輸出軸11上，并固定在減速機9的輸出端面上。

扭力板1的材質為工程塑料。工程塑料具有易加工成型、質量輕以及結構強度高的特點。

本實施例的其他結構同實施例1或實施例2。

本實施例結構簡單、安裝方便、實用性強，可以有效提高機械臂的工作精度，并且能夠降低機械臂在啟動時對減速機9的沖擊。而且由于機械臂可以從垂直狀態向兩側運動，因此機械臂自重以及負荷可能對減速機9產生方向相反的扭矩，而同時將兩塊扭力板以對稱的方式配合安裝后，兩塊對稱的扭力板內的渦卷扭簧結構的旋向不同，因此可以消除掉減速機9受到的不同方向的扭矩。

實施例4：

機械臂扭矩平衡裝置，與實施例3不同之處在于，將兩塊扭力板分別以對稱的方式安裝在機械臂旋轉軸的兩端上。

扭力板為與機械臂的旋轉座端面的形狀相同的圓形結構，在扭力板的上靠外側呈圓周均布的方式開設有用于穿過螺栓的通孔，扭力板通過螺栓與旋轉座端面相連。

扭力板的材質為碳纖維。具有易加工成型、質量輕以及結構強度高的特點。

其他結構同實施例3。

本實施例不僅具有實施例3的優點，而且將扭力板安裝在機械臂的旋轉座上，可以解決因電機減速機9安裝空間不足導致扭力板無法安裝的問題。

綜上所述，本發明具有以下優點：

1、當機械臂從垂直狀態向兩側運動時，在機械臂自重以及負荷作用下，扭力板上的渦卷扭簧結構會隨之扭曲蓄力，而減速機在機械臂懸停或運動時，渦卷扭簧結構的扭曲蓄力可以消除機械臂自重部分負荷，從而達到降低電機和減速機扭矩的目的；而隨著機械臂角度的轉動，渦卷扭簧可跟隨轉的角度改變扭矩，自動平衡掉機械臂自重產生的扭矩，保障機械臂的靜扭矩全部是由于負荷產生的；

2、由于機械臂可以從垂直狀態向兩側運動，因此機械臂自重以及負荷可能對減速機產生方向相反的扭矩，而同時將兩塊扭力板以對稱的方式配合安裝后，兩塊對稱的扭力板內的渦卷扭簧結構的旋向不同，因此可以消除掉減速機受到的不同方向的扭矩；

3、本發明結構簡單、占用空間小，可以直接加裝在減速機輸出端或者機械臂的旋轉座上，不會妨礙機械臂的動作。