[发明专利]弹簧自平衡助力机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械设备，尤其涉及一种用于物料搬运及安装时省力操作的助力机械手。

背景技术

随着我国工业快速的发展，在工业生产中，人们经常要在高温、腐蚀及有毒气体等存在有害物质的环境中工作，增加工人的劳动强度。出于机械手为物料上下线和生产物品组装提供极理想的助力搬运和组装工具，可完成中午抓取、搬运、翻转、对接、微调角度等三维空间移载动作，因而得到广泛应用。国内现有的技术一般采用电控驱动、液压驱动和气压驱动，具有较大的负载能力，但其必须配备相应的电机、液压缸或气压缸等诸多相关设备，并拖动电缆提供电源，这无疑增加了其制造成本，且安装较为复杂，不适用于轻型、便携的场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能利用重力势能和弹簧弹性势能守恒实现自平衡的弹簧自平衡助力机械手。

本发明的技术原理是，利用势能守恒原理，通过储能元件弹簧，将结构的重力势能转换为弹性势能，实现机构的静力平衡，通过合理布置弹簧挂点，调节弹簧初始预紧力，可使得在整个运动过程中总势能E的偏导为零，进而实现机构在运动空间内任意位置的自平衡。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：弹簧自平衡助力机械手，由移动小车、五自由度串联机械臂和弹簧平衡系统三部分组成；所述五自由度串联机械臂通过腰关节上底座固定于移动小车上，弹簧平衡系统位于五自由度串联机械臂后方，其弹簧调节支座组件中安装支撑座固定安装在腰关节的转盘上；所述五自由度串联机械臂1包括：腰关节、杆I组件、杆II组件、杆III组件及杆IV构成的末端执行组件五部分；其中，腰关节内装有转盘轴承，可使转盘绕底座360°转动，构成第一关节；杆I组件的轴承座固定于腰关节的转盘上，销轴A一端穿过连杆I下端U型叉架的安装孔，为过盈配合，另一端与轴承座中轴承内圈连接，使杆I组件与腰关节行成铰接关系，构成第二关节；杆II组件的连杆II，其前端两侧开有安装孔，位置关于其中轴面对称，销轴B一端连杆II前端安装孔连接，为过盈配合，另一端与轴承内圈相配合，最后把轴承安装于连杆I上端的U型叉架安装孔中，并用上盖压紧，由此杆II组件与杆I组件在连杆I上端连接处形成铰接关系，构成第三关节；杆II组件中连杆II内部为空心结构，其前后端均开有安装孔，内安装有轴承，连接轴分别与穿过连杆II内部，分别与两轴承内圈相配合，故连接轴可绕连杆II的轴线转动，连杆III组件末端与连接轴前端相固连，因此，连杆III组件与连杆II组件构成转动副，两者可绕其轴线相对转动，构成第四关节；杆IV构成的末端执行组件与杆III组件前端的U型叉架铰接，构成第五关节；所述弹簧平衡系统包括：弹簧调节支座组件、弹簧I、弹簧II三部分，其中，弹簧调节支座组件由安装支撑座、丝杠滑块调节系统I、丝杠滑块调节系统II组成，丝杠滑块调节系统I中，丝杠座A通过螺钉竖直固定在安装支撑座上，丝杠A、滑杆A分别通过丝杠座A上的安装定位孔，进行连接，滑块A上开有两孔，丝杠A通过螺纹孔，以便驱动滑块移动，滑杆A通过光孔，起支撑作用，滑块A上装有弹簧I挂点II，用于连接弹簧I；丝杠滑块系统II中，丝杠座B通过螺钉竖直固定在安装支撑座上，丝杠B、滑杆B分别通过丝杠座B上的安装定位孔，进行连接，滑块B上开有三孔，丝杠B通过中间的螺纹孔，以便驱动滑块移动，两滑杆B通过光孔，起支撑作用，滑块B上装有弹簧II挂点II，用于连接弹簧II，挂点两侧对称，既能使机构承受较大的负载，又能使弹簧空间布置位置更加合理；弹簧I一端与连杆I上的弹簧I挂点I连接，另一端与丝杠滑块系统I中滑块A上弹簧I挂点II连接；弹簧II一端与连杆II末端的弹簧II挂点I连接，另一端与丝杠滑块系统II中滑块B上弹簧II挂点II连接。

本发明的优点是：上述弹簧自平衡助力机械手，克服现有的助力机械手制造成本高，动力单元较为复杂，不适用于轻型简易工作场所的不足，主要用于轻便型场合的物料搬运，结构简单，易于操作，负载可调，适应性强。五自由度机械臂实现了物料在空间的移动，弹簧平衡系统用于平衡负载，起助力作用，使机构可在任意位置平衡，通过调节丝杠螺母机构，改变弹簧初始长度，以满足不同负载要求。

附图说明

图1为本发明弹簧自平衡助力机械手的整体结构示意图；

图2为图1中五自由度串联机械臂的爆炸视图；

图3为图2中杆I组件的纵向剖面构造图；

图4为图2中杆II组件的纵向剖面构造图；

图5为图1中弹簧平衡系统的结构示意图；

图6为图5中弹簧调节支座组件的结构示意图。