[发明专利]一种基于柔性牵引方式的摆臂消重力平衡方法

说明书

一种基于柔性牵引方式的摆臂消重力平衡方法及装置，在待消重力平衡摆动臂上设置用于消重力平衡的平衡力发生装置，平衡力发生装置内设置有伸缩杆，伸缩杆的端部连接消重力平衡柔性牵引装置；在待消重力平衡摆动臂偏摆运动时，通过消重力平衡柔性牵引装置牵引平衡力发生装置产生消重力平衡力，达到摆动臂摆动时消重力平衡。本发明通过柔性牵引装置来牵引平衡力发生装置进行消重力，并利用平衡力发生装置摆动形成平衡拉力，实现摆臂消重力平衡，具有结构简单，适用性强，效果好的特点。

技术领域

本发明涉及到一种消重力的平衡方法，尤其是指一种基于柔性牵引方式的摆臂消重力平衡方法；该种基于柔性牵引方式的摆臂消重力平衡方法能够不需要外力的情况下，实现待消重力平衡摆动臂的前后双向摆动消重力平衡；属于物体摆动平衡技术领域。

背景技术

在静力学范围内，以放置物体的支持物或物体自身为非惯性参照系，物体所受各万有引力与各惯性力的合力叫重力（Gravity）；重力的施力物体是地球。重力对人们的生活和工作的影响是十分重大，有时候我们需要利用重力，有时候却需要消除重力的影响，尤其是对于摆动旋转的物体，如机器人。吊臂等，在工作中都希望消除重力的影响，因此提出了消重力的概念。

目前，消重力平衡摆动臂已在车辆、军事装备、工业自动化、医疗器械、家具等各个领域得到广泛的应用，比如工业作业机器人、人体行走助力机器人、汽车后备箱、运输车渡板、光学仪器支架、医疗器械支架、 跑步机折叠机构、台灯支架等装置中均已采用消重力平衡摆动臂。通过消重力平衡摆动臂达到运行过程中的消除重力影响，目前的消重力平衡摆动臂组成可分为带有外接动力驱动和无外接动力驱动两大类，其中带有外接动力驱动的消重力平衡摆动臂通常是利用液压缸、气缸、电机等装置进行驱动，一般驱动力矩大，载重较多， 但外接动力又会导致系统的体积较大，能耗增多，尤其是很多场所无法利用外来的动力源，所以应用受到很大的局限性。另外一种无外接动力驱动的消重力平衡摆动臂一般通过压簧、拉簧、碟簧、扭簧、气弹簧等蓄能器件将重物下降过程中的重力势能存储为弹性势能或存储介质的内能，当重物需要被抬起时， 蓄能器件再将其存储的能量转化为重物的重力势能，因而当消重力平衡摆动臂操作人员需要将重物 抬起时仅需施加远小于重物重力的推力即可将重物抬高。另外，由于蓄能器件的缓冲作用，重物下降时的下降过程相对平稳。虽然无外接动力驱动的消重力平衡摆动臂具有节能环保、外形简 洁、轻巧实用等优点，但目前国内外现有的无外力消重力平衡摆动臂普遍存在摆动力矩不稳定、蓄能器件能力发挥不足、任意位置悬停时不稳，需要锁定装置锁定等缺点。尤其是在需要进行双向摆动平衡时，摆动的重力变化从正向到反向，成正弦波曲线变化，这就很难精确进行控制。通过研究发现其原因是消重力平衡摆动臂的摆动臂在其运动范围内不能一直与重力保持平衡，尤其当重力载荷远大于摆动臂自身的摩擦阻力时，该摆动臂运动所需的外界作用力就会在很大的范围内变化，因此可操控性差。而采用所以要想真正的有效消除重力影响，并非易事。急需一种能简易实现实现双向消重力平衡，且能保证在任意位置都能保证平衡的消重力平衡方法及装置。

经过检索，尚未发现有相关的专利技术文献报道，最为相接近的专利文献有以下几个：

1、中国专利申请号为CN202111070572.3，名称为“一种带有重力平衡装置的工业机器人”的发明专利，该专利公开了一种带有重力平衡装置的工业机器人，包括：底座，用于将工业机器人进行安装；第一驱动部件及第一臂体，所述第一驱动部件设置在底座内，用于驱动第一臂体在底座顶部转动；第二驱动部件及第二臂体，所述第二驱动部件设置在第一臂体内，用于驱动第二臂体在第一臂体上转动；第三驱动部件及第三臂体，所述第三驱动部件设置在第二臂体内，用于驱动第三臂体在第二臂体上转动；第四驱动部件及第四臂体，所述第四驱动部件设置在第三臂体内，用于驱动第四臂体在第三臂体上转动；重力平衡装置，用于抵消第二臂体转动到不同角度时重力产生的转矩。