[发明专利]重力补偿装置

说明书

技术领域

本发明为一重力补偿装置，尤其指一种能对一轴在第一或第二象限内旋转时，提供相对的补偿力矩，以抵消一对象在以轴为中心作旋转时，重力对对象所产生的影响。

背景技术

在不同类型的设备之中，若要将具有一质量的对象进行移动或旋转，对对象进行重力补偿是有利的，藉由一个能抵消全部或部份重力的补偿装置辅助下，就能较小的力来移动或旋转该对象，这与没有重力补偿装置的情况下，节省了许多能量。就结构的设计上，因仅须较小的力就能驱动该对象，所需的动力装置或连动机构相对简单，就成本而言也能同步降低。

如图1所示，为显示一种现有的重力补偿方法。对象11具有一质量W，能以轴12为中心作旋转，该对象11与轴12的中心距离为L。重力补偿机制是指安装于轴12中心处的一扭转弹簧13，该扭转弹簧13的一固定杆131系被固定，移动杆132则与对象11同步旋转，利用该扭转弹簧13来弥补或抵消该对象11由0～90度旋转时重力所造成的影响。该扭转弹簧的弹簧扭矩常数为K_M。θ为对象的旋转角度。依据数学公式

轴12的力矩＝W*L*Sinθ

扭转弹簧13的补偿扭矩为＝K_M*θ

其中该W、L为常数，Sinθ为非线性递增的曲线，故随着θ角的变化所得的力矩为一非线性递增，而该扭转弹簧13为一线性弹簧，所提供的补偿扭矩为一线性递增，故此类的重力补偿方法无法充分满足重力所造成的力矩变化。

为解决此问题，如美国专利第6,899,308号的“Passive gravity-compensatongmechanisems”专利案，利用两组具有一非圆形表面的旋转机构，配合二组弹簧与前述机构的构件相连接，达到重力补偿的目的。此结构在制造上，较佳的实施例是要以一对非圆形齿轮做搭配，制造的困难度及成本较高，且当产品小型化之际，在考虑材料强度(金属齿轮)及搭配精度等因素下，前述问题更为明显。

另外如美国专利第7,677,523号的“Gravity compensation device”则是提供另一种结构。该结构缺点为无法仿真三角函数斜率逐渐降低的部份，因若滑轮半径内缩时其可绕性线缆无法接触该内缩部份，会被前段相对突出的部份顶住，且于转动过程中荷重与力输出装置的相对距离会随滑轮半径变化而改变，或者如距离不变时施力角度则会改变。

有鉴于此，本发明人为了解决现有一对象以一轴的中心作旋转时，因重力所造成的影响，也设计了一种重力补偿装置。

发明内容

本发明为一种重力补偿装置，主要是用于轴的所在之处，能补偿或抵消连接于轴的对象在旋转时重力所造成的影响，而能改以较小的力就能驱动该轴旋转。

为达上述之目的，本发明重力补偿装置包括一力输出装置、一轴、以及一以轴为中心作旋转的臂，主要是在旋转的臂与力输出装置接触时，使用如扭转弹簧的力输出装置提供一作用力该臂的接触位置，在臂以轴为中心在第一或二象限内转动的过程中，该臂于该力输出装置上的接触位置会持续改变，而使得力输出装置相对转动的速度、作用于该臂的力臂以及臂的受力角度随之改变，藉由适当的设计，就能使该轴依旋转角度的递增，所产生的力矩值呈现出一非线性且近似于正弦函数0～90度的递增曲线。

其中，该臂的作动范围在第一及第二象限内。

再者，本发明重力补偿装置另包括有一箱体，该力输出装置、轴、以及臂皆设置于箱体内，该轴会由箱体内延伸出来，该力输出装置包括有一拨动件及一扭转弹簧，该扭转弹簧的中心设置于拨动件上，该拨动件会牵引着该扭转弹簧，使拨动件的旋转角度与扭转弹簧的扭转角度相同，该拨动件中心位于臂的旋转路径内，当该臂旋转时，该臂的一接触件会与该拨动件相接触并使之旋动，该扭转弹簧则提供一作用力由拨动件施予臂的接触件处，随着轴的持续旋转，该臂的接触件于拨动件上的接触位置也会改变。

本发明重力补偿装置中，该箱体的墙壁处另设有一调整螺丝，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由螺旋线区所延伸出的一固定杆及一移动杆，该调整螺丝延伸至箱体内的一端是位于该螺旋线圈内，在该调整螺丝旋紧时，能改变该扭转弹簧的有效线圈数。

本发明重力补偿装置中，该箱体另一面墙壁处具有一位置锁固件，该位置锁固件能经调整改变其于墙壁处的所在位置，其中该力输出装置为一扭转弹簧，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由螺旋线区所延伸出的一固定杆及一移动杆，该位置锁固件并固定着该扭转弹簧的固定杆的位置。