本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)械臂雙向平衡裝置。

背景技術(shù)：

在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，存在一類(lèi)在豎直平面內(nèi)可以往復(fù)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂。這類(lèi)機(jī)械臂在使用中一般配備動(dòng)力裝置和傳動(dòng)裝置，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)軸，使得機(jī)械臂可以在一定角度范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械臂在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其重心高低會(huì)發(fā)生變化，因此一般需要在固定底座設(shè)置一個(gè)平衡裝置，從而使得機(jī)械臂在運(yùn)行過(guò)程中可以保持穩(wěn)定。

現(xiàn)有技術(shù)中，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，在豎直平面內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂一般是安裝在水平設(shè)置的平衡裝置上，以維持力矩平衡。當(dāng)機(jī)械臂的重心從高處向低處移動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的重力矩，可能會(huì)造成機(jī)械臂的底座不穩(wěn)，因此平衡裝置內(nèi)需要設(shè)置彈性裝置，彈性裝置發(fā)生形變后，可以將機(jī)械臂的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性裝置的彈性勢(shì)能；當(dāng)機(jī)械臂的重心從低處向高處移動(dòng)時(shí)，彈性裝置恢復(fù)原狀，彈性裝置的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的重力勢(shì)能，可以減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載所需的能量，既能保持系統(tǒng)穩(wěn)定，又能減少能耗。

現(xiàn)有機(jī)械臂平衡裝置的不足之處在于，由于機(jī)械臂可能發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要設(shè)置至少兩個(gè)(或兩組)異向的彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)雙向運(yùn)動(dòng)的力矩平衡。現(xiàn)有平衡裝置大多與驅(qū)動(dòng)裝置分別設(shè)置，需要額外空間安裝，占用空間較大，且連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性及穩(wěn)定性比較差，嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命和工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械臂雙向平衡裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)機(jī)械臂平衡裝置所存在的能耗較大、連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種機(jī)械臂雙向平衡裝置，包括第一旋轉(zhuǎn)裝置；第二旋轉(zhuǎn)裝置，設(shè)于所述第一旋轉(zhuǎn)裝置外部；至少一渦卷狀彈性件，其內(nèi)端連接至所述第一旋轉(zhuǎn)裝置，其外端連接至所述第二旋轉(zhuǎn)裝置；傳動(dòng)裝置，其一端連接至所述第一旋轉(zhuǎn)裝置和/或所述第二旋轉(zhuǎn)裝置；其另一端連接至機(jī)械臂；以及穩(wěn)定裝置，用于安裝所述第一旋轉(zhuǎn)裝置及所述第二旋轉(zhuǎn)裝置。其中，所述第一旋轉(zhuǎn)裝置包括傳動(dòng)軸，所述渦卷狀彈性件套設(shè)于所述傳動(dòng)軸外部；以及內(nèi)端卡槽，設(shè)于所述傳動(dòng)軸外側(cè)壁，所述渦卷狀彈性件的內(nèi)端卡合至所述內(nèi)端卡槽；所述第二旋轉(zhuǎn)裝置包括外殼，其為環(huán)形套管，套設(shè)于所述渦卷狀彈性件外部；以及外端卡口，貫穿所述外殼的管壁，所述渦卷狀彈性件的外端卡合至所述外端卡口。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第一旋轉(zhuǎn)裝置還包括第一卡塊，突出于所述傳動(dòng)軸一端的表面；以及第二卡塊，突出于所述傳動(dòng)軸另一端的表面。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第二旋轉(zhuǎn)裝置還包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)，固定連接至所述外殼的一側(cè)，所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)中心處設(shè)有第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔；以及第二轉(zhuǎn)盤(pán)，固定連接至所述外殼的另一側(cè)，所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)中心處設(shè)有第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔；其中，所述傳動(dòng)軸依次穿過(guò)所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔、所述渦卷狀彈性件及所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第二旋轉(zhuǎn)裝置還包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊，突出于所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)遠(yuǎn)離所述外殼一側(cè)的表面；以及第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊，突出于所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)遠(yuǎn)離所述外殼一側(cè)的表面。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述傳動(dòng)裝置包括傳動(dòng)板，與第一轉(zhuǎn)盤(pán)外表面相切，其邊緣處設(shè)有第一弧形卡口，第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊卡入至所述第一弧形卡口內(nèi)；限位套管，突出于所述傳動(dòng)板的表面，固定連接至所述機(jī)械臂；以及第一限位孔，貫穿所述限位套管及所述傳動(dòng)板中部，第一卡塊卡入至所述第一限位孔內(nèi)；其中，所述第一限位孔內(nèi)設(shè)有兩個(gè)向內(nèi)突出的第一限位擋塊，用于限制所述第一卡塊的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第一限位擋塊的橫截面為直角扇形；兩個(gè)第一限位擋塊橫截面的扇形圓心突出至所述第一限位孔中部；兩個(gè)第一限位擋塊橫截面的扇形圓心相對(duì)設(shè)置；所述第一限位孔橫截面的圓心位于兩個(gè)第一限位擋塊橫截面扇形圓心的連線上。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述穩(wěn)定裝置包括水平底座；以及第一支撐板、第二支撐板，垂直式固定于所述水平底座的左右兩端；其中，所述第一支撐板與所述第二支撐板相對(duì)設(shè)置且彼此平行。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第一支撐板中心處設(shè)有限位套管安裝孔，套設(shè)于限位套管外部；所述第二支撐板中心處設(shè)有第二限位孔，第二卡塊卡入至所述第二限位孔內(nèi)；所述第二限位孔內(nèi)設(shè)有兩個(gè)向內(nèi)突出的第二限位擋塊，用于限制所述第二卡塊的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍；所述第二支撐板邊緣處設(shè)有第二弧形卡口，第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊卡入至所述第二弧形卡口內(nèi)。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述第二限位擋塊的橫截面為直角扇形；兩個(gè)第二限位擋塊橫截面的扇形圓心突出至所述第二限位孔中部；兩個(gè)第二限位擋塊橫截面的扇形圓心相對(duì)設(shè)置；所述第二限位孔橫截面的圓心位于兩個(gè)第二限位擋塊橫截面扇形圓心的連線上。

進(jìn)一步地，在不同實(shí)施例中，所述渦卷狀彈性件包括但不限于平面渦卷彈簧或扭簧；所述渦卷狀彈性件的橫截面形狀包括但不限于矩形、圓形或橢圓形；當(dāng)所述渦卷狀彈性件的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，所有渦卷狀彈性件的繞向相同；當(dāng)兩個(gè)以上渦卷狀彈性件同時(shí)發(fā)生形變時(shí)，所有渦卷狀彈性件產(chǎn)生的回復(fù)扭矩的方向相同。

本發(fā)明提供一種機(jī)械臂雙向平衡裝置，當(dāng)機(jī)械臂在豎直平面內(nèi)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需用一個(gè)或一組同方向渦卷狀彈性件即可以保證系統(tǒng)的力矩平衡，可以有效減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載，減少能耗，同時(shí)降低了設(shè)備的生產(chǎn)和維護(hù)成本。此外，本發(fā)明可以有效簡(jiǎn)化連接結(jié)構(gòu)、節(jié)省空間，同時(shí)提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命、提升工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例使用狀態(tài)下剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中渦卷狀彈性件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中傳動(dòng)裝置的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中第二支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)械臂的位置示意圖；

圖中部件標(biāo)號(hào)如下：

100第一旋轉(zhuǎn)裝置，200第二旋轉(zhuǎn)裝置；300渦卷狀彈性件，400傳動(dòng)裝置；

500穩(wěn)定裝置，600機(jī)械臂，700驅(qū)動(dòng)裝置；

101傳動(dòng)軸，102內(nèi)端卡槽，103第一卡塊，104第二卡塊；

201外殼，202外端卡口，203第一轉(zhuǎn)盤(pán)，204第二轉(zhuǎn)盤(pán)；

301彈簧片，302彈簧內(nèi)端，303彈簧外端；

401傳動(dòng)板，402限位套管，403第一限位孔；

501第一支撐板，502第二支撐板，503水平底座；

601機(jī)械臂的基準(zhǔn)位置，602機(jī)械臂的第一目標(biāo)位置，603機(jī)械臂的第二目標(biāo)位置；

1051第三轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊；

2031第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔，2032第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊；2041第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔，2042第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊；

4011第一弧形卡口，4031第一限位擋塊，4032第一限位擋塊；

5011限位套管安裝孔，5021第二限位孔，5022第二弧形卡口；

5031第二限位擋塊，5032第二限位擋塊。

具體實(shí)施方式

以下參考說(shuō)明書(shū)附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，證明本發(fā)明可以實(shí)施，該實(shí)施例可以向本領(lǐng)域中的技術(shù)人員完整介紹本發(fā)明，使其技術(shù)內(nèi)容更加清楚和便于理解。本發(fā)明可以通過(guò)許多不同形式的實(shí)施例來(lái)得以體現(xiàn)，本發(fā)明的保護(hù)范圍并非僅限于文中提到的實(shí)施例。

在附圖中，結(jié)構(gòu)相同的部件以相同數(shù)字標(biāo)號(hào)表示，各處結(jié)構(gòu)或功能相似的部件以相似數(shù)字標(biāo)號(hào)表示。附圖所示的每一部件的尺寸和厚度是任意示出的，本發(fā)明并沒(méi)有限定每個(gè)部件的尺寸和厚度。

本發(fā)明所提到的方向用語(yǔ)，例如，上、下、前、后、內(nèi)部、外部、內(nèi)、外、側(cè)面、頂部、底部、頂端、底端、末端、順時(shí)針、逆時(shí)針等，僅是附圖中的方向，只是用來(lái)解釋和說(shuō)明本發(fā)明，而不是用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

當(dāng)某些部件被描述為“在”另一部件“上”時(shí)，所述部件可以直接置于所述另一部件上；也可以存在一中間部件，所述部件置于所述中間部件上，且所述中間部件置于另一部件上。當(dāng)一個(gè)部件被描述為“安裝至”或“連接至”另一部件時(shí)，二者可以理解為直接“安裝”或“連接”，或者一個(gè)部件通過(guò)一中間部件間接“安裝至”或“連接至”另一個(gè)部件。

如圖1～10所示，本發(fā)明所述的機(jī)械臂雙向平衡裝置，包括第一旋轉(zhuǎn)裝置100、第二旋轉(zhuǎn)裝置200、至少一渦卷狀彈性件300、傳動(dòng)裝置400、穩(wěn)定裝置500、機(jī)械臂600以及驅(qū)動(dòng)裝置700。

傳動(dòng)裝置400的一端連接至第一旋轉(zhuǎn)裝置100和/或第二旋轉(zhuǎn)裝置200，其另一端連接至一外設(shè)的機(jī)械臂600，機(jī)械臂600在豎直平面上、在一定角度范圍內(nèi)可進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明中，機(jī)械臂600為直接與傳動(dòng)裝置400連接的部件，也可以是通過(guò)其他機(jī)構(gòu)間接與傳動(dòng)裝置400連接的部件。

對(duì)于直接與傳動(dòng)裝置連接的機(jī)械臂600來(lái)說(shuō)，其旋轉(zhuǎn)路徑所處平面與渦卷狀彈性件300中心軸所處直線相垂直。本發(fā)明中，渦卷狀彈性件(渦卷彈簧)的中心軸水平設(shè)置，機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)路徑所處平面皆為豎直平面。當(dāng)機(jī)械臂在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明所述雙向平衡裝置用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的自重平衡。

機(jī)械臂600在驅(qū)動(dòng)裝置700(如驅(qū)動(dòng)電機(jī))作用下，可以在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。本文中，判斷時(shí)針?lè)较虻囊暰€方向皆為正對(duì)機(jī)械臂600的方向，可見(jiàn)本實(shí)施例外部機(jī)械臂600全部旋轉(zhuǎn)過(guò)程。由于機(jī)械臂600固定連接至傳動(dòng)裝置400，當(dāng)機(jī)械臂600旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)裝置400被帶動(dòng)發(fā)生同向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)裝置100或第二旋轉(zhuǎn)裝置200發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

第一旋轉(zhuǎn)裝置100及第二旋轉(zhuǎn)裝置200皆安裝至穩(wěn)定裝置500；第二旋轉(zhuǎn)裝置200設(shè)于第一旋轉(zhuǎn)裝置100外部，二者可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，互不干涉。渦卷狀彈性件300為螺旋形，其內(nèi)端連接至第一旋轉(zhuǎn)裝置100，其外端連接至第二旋轉(zhuǎn)裝置200，當(dāng)任一旋轉(zhuǎn)裝置發(fā)生旋轉(zhuǎn)、且另一旋轉(zhuǎn)裝置保持靜止時(shí)，渦卷狀彈性件300的兩端會(huì)受到一定壓力，使其會(huì)發(fā)生形變。

當(dāng)?shù)谝恍D(zhuǎn)裝置100被傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)裝置200保持靜止，渦卷狀彈性件300發(fā)生形變，并且產(chǎn)生第一回復(fù)扭矩；當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)裝置200被傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一旋轉(zhuǎn)裝置100保持靜止，渦卷狀彈性件300發(fā)生形變，并且產(chǎn)生第二回復(fù)扭矩；所述第一回復(fù)扭矩與所述第二回復(fù)扭矩的方向相反。

當(dāng)渦卷狀彈性件受力張開(kāi)時(shí)或受力緊縮時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定的回復(fù)力矩，促使其回復(fù)原形。渦卷狀彈性件被張開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)收縮的力矩；當(dāng)渦卷狀彈性件受力被緊縮時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向外張開(kāi)的力矩；在這兩種情況下，渦卷狀彈性件產(chǎn)生的回復(fù)力矩方向是相反的。

如圖3～4所示，第一旋轉(zhuǎn)裝置100包括傳動(dòng)軸101，渦卷狀彈性件300套設(shè)于傳動(dòng)軸101外部。傳動(dòng)軸101外側(cè)壁設(shè)有內(nèi)端卡槽102，內(nèi)端卡槽102為直線型凹槽，用于卡合渦卷狀彈性件300的內(nèi)端。傳動(dòng)軸101一端的表面設(shè)有一突出的第一卡塊103，其另一端的表面設(shè)有一突出的第二卡塊104。本實(shí)施例中，第一卡塊103、第二卡塊104為長(zhǎng)方體，優(yōu)選長(zhǎng)條形卡塊。

如圖3、圖5所示，第二旋轉(zhuǎn)裝置200包括外殼201，其為環(huán)形套管，套設(shè)于渦卷狀彈性件300外部。外殼201設(shè)有外端卡口202，貫穿所述環(huán)形套管的管壁，用于卡合渦卷狀彈性件300的外端。

第二旋轉(zhuǎn)裝置200還包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)203及第二轉(zhuǎn)盤(pán)204，第一轉(zhuǎn)盤(pán)203固定連接至外殼201的一側(cè)，第二轉(zhuǎn)盤(pán)204固定連接至外殼201的另一側(cè)，具體地說(shuō)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)203、第二轉(zhuǎn)盤(pán)204分別固定連接至環(huán)形套管兩端的管口處。第一轉(zhuǎn)盤(pán)203、第二轉(zhuǎn)盤(pán)204靠近外殼201的一側(cè)的表面為其內(nèi)表面，遠(yuǎn)離外殼201的一側(cè)的表面為其外表面。第一轉(zhuǎn)盤(pán)203中心處設(shè)有第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2031；第二轉(zhuǎn)盤(pán)204中心處設(shè)有第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2041。傳動(dòng)軸101依次穿過(guò)第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2031、渦卷狀彈性件300及第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2041，第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2031、第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2041的中心軸線與傳動(dòng)軸101的軸心線在同一直線上，第一轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2031、第二轉(zhuǎn)盤(pán)通孔2041的直徑略大于傳動(dòng)軸101的直徑。

第二旋轉(zhuǎn)裝置200還包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032與第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042，第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032突出于第一轉(zhuǎn)盤(pán)203遠(yuǎn)離外殼201一側(cè)的表面；第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042突出于第二轉(zhuǎn)盤(pán)204遠(yuǎn)離外殼一側(cè)的表面。

如圖3、圖6所示，渦卷狀彈性件300優(yōu)選平面渦卷彈簧或扭簧，包括渦卷狀的彈簧片301，彈簧片301整體位于兩個(gè)平行平面之間。彈簧片301兩端分別成為彈簧內(nèi)端302和彈簧外端303，彈簧內(nèi)端302卡合至第一旋轉(zhuǎn)裝置100的內(nèi)端卡槽102，彈簧外端303卡合至第二旋轉(zhuǎn)裝置200的外端卡口202。

本實(shí)施中，當(dāng)渦卷狀彈性件300的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，所有渦卷狀彈性件300的繞向相同，具體地說(shuō)，所有渦卷狀彈性件300的彈簧片301繞向相同。當(dāng)兩個(gè)以上渦卷狀彈性件300同時(shí)發(fā)生形變時(shí)，所有渦卷狀彈性件300產(chǎn)生的回復(fù)扭矩的方向相同。由于每一個(gè)渦卷狀彈性件300都可以在受力方向不同的情況下產(chǎn)生兩種方向相反的回復(fù)力矩，因此，在本發(fā)明中只用一個(gè)或者一組渦卷彈簧既可以實(shí)現(xiàn)雙向緩沖和儲(chǔ)能的效果。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)設(shè)置兩組繞向相反渦卷彈簧的技術(shù)方案，本發(fā)明可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少體積，有效降低生產(chǎn)成本及節(jié)省空間。

所有渦卷狀彈性件300的彈簧內(nèi)端302位置相對(duì)應(yīng)，可以設(shè)于同一直線上；所有渦卷狀彈性件300的彈簧外端303位置相對(duì)應(yīng)，可以設(shè)于同一直線上。渦卷狀彈性件300的橫截面形狀，具體地說(shuō)，彈簧片301的橫截面形狀，包括但不限于矩形、圓形或橢圓形。常見(jiàn)渦卷彈簧的彈簧片301一般是薄片狀，其橫截面形狀為矩形，其長(zhǎng)度與寬度的比值大于10。常見(jiàn)扭簧一般為較細(xì)的金屬絲扭曲成螺旋狀結(jié)構(gòu)形成的，為了加工方便，其橫截面多為圓形或橢圓形。

當(dāng)渦卷狀彈性件300的數(shù)量為兩個(gè)以上時(shí)，相鄰兩渦卷狀彈性件300之間設(shè)置一個(gè)隔離圈，所述隔離圈為彈性耐磨材質(zhì)(如橡膠)制成，防止渦卷狀彈性件300在發(fā)生或恢復(fù)形變過(guò)程中與其他渦卷狀彈性件300或其他部件發(fā)生碰撞，影響形變儲(chǔ)能效果。

如圖3、圖7所示，傳動(dòng)裝置400包括傳動(dòng)板401與限位套管402，傳動(dòng)板401整體為圓形，傳動(dòng)板401一側(cè)表面與第一轉(zhuǎn)盤(pán)203外表面相切；限位套管402突出于傳動(dòng)板401的表面，限位套管402通過(guò)連接部件固定連接至機(jī)械臂600。

傳動(dòng)板401邊緣處設(shè)有第一弧形卡口4011，第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032卡入至第一弧形卡口4011內(nèi)。第一弧形卡口4011，其底部為一弧線，該弧線所處圓形的圓心與傳動(dòng)板401的圓心重合，該弧線對(duì)應(yīng)的圓心角為90度。

限位套管402設(shè)有第一限位孔403，貫穿限位套管402及傳動(dòng)板401的中部。第一旋轉(zhuǎn)裝置100的第一卡塊103卡入至第一限位孔403內(nèi)，第一限位孔403內(nèi)設(shè)有兩個(gè)向內(nèi)突出的第一限位擋塊4031、4032，用于限制第一卡塊103的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。本實(shí)施例中，第一限位孔403的橫截面主體為圓形，其直徑略大于第一卡塊103的長(zhǎng)度。

第一限位擋塊4031、4032的橫截面為直角扇形，兩個(gè)第一限位擋塊4031、4032的扇形圓心相對(duì)設(shè)置，第一限位孔403橫截面的圓心位于兩個(gè)第一限位擋塊4031、4032的扇形圓心連線上，兩個(gè)第一限位擋塊4031、4032橫截面的扇形圓心突出至所述第一限位孔403中部，第一卡塊103在第一限位孔403內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度為90度。

限位套管402的長(zhǎng)度大于第一卡塊103的厚度，當(dāng)?shù)谝豢▔K103插入至第一限位孔403后，第一限位孔403內(nèi)遠(yuǎn)離第一轉(zhuǎn)盤(pán)203處還有一部分空間，可用于安裝機(jī)械臂600輸出動(dòng)力的傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸前端卡接部的形狀與第一限位孔403的形狀相對(duì)應(yīng)。

如圖3、圖8～9所示，穩(wěn)定裝置500包括第一支撐板501、第二支撐板502及水平底座503，第一支撐板501、第二支撐板502垂直式固定于水平底座503的左右兩端，第一支撐板501、第二支撐板502相對(duì)設(shè)置且彼此平行。

水平底座503優(yōu)選矩形底座，水平底座503設(shè)有多個(gè)安裝螺孔，用緊固件可以將水平底座503固定安裝在地面或其他基座上，從而保證機(jī)械臂及平衡裝置形成的系統(tǒng)足夠穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生偏移或晃動(dòng)。

第一支撐板501中心處設(shè)有限位套管安裝孔5011，套設(shè)于限位套管402外部，限位套管402通過(guò)限位套管安裝孔5011與一個(gè)外設(shè)的機(jī)械臂600相連接，當(dāng)機(jī)械臂600在豎直平面內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，限位套管402也可以被帶動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

第二支撐板502中心處設(shè)有第二限位孔5021，第二卡塊104卡入至第二限位孔5021內(nèi)；第二限位孔5021內(nèi)設(shè)有兩個(gè)向內(nèi)突出的第二限位擋塊5023、5024，用于限制第二卡塊104的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。本實(shí)施例中，第二限位孔5021的橫截面主體為圓形，其直徑略大于第二卡塊104的長(zhǎng)度。第二限位擋塊5023、5024的橫截面為直角扇形，兩個(gè)第二限位擋塊5023、5024橫截面的扇形圓心相對(duì)設(shè)置，第二限位孔5021橫截面的圓心位于兩個(gè)第二限位擋塊5023、5024的扇形圓心連線上，兩個(gè)第二限位擋塊5023、5024橫截面的扇形圓心突出至第二限位孔5021中部，第二卡塊104在第二限位孔5021內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度為90度。

第二支撐板502邊緣處設(shè)有第二弧形卡口5022，第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042卡入至第二弧形卡口5022內(nèi)。第二弧形卡口5022，其弧形中心線為一弧線，該弧線所處圓形的圓心與第二支撐板502中心重合，該弧線對(duì)應(yīng)的圓心角為90度。

穩(wěn)定裝置500還可以包括防護(hù)罩(圖未示)，所述防護(hù)罩的底部安裝至水平底座503，所述防護(hù)罩包覆在第一旋轉(zhuǎn)裝置100及第二旋轉(zhuǎn)裝置200外部，用以保護(hù)第一旋轉(zhuǎn)裝置100及第二旋轉(zhuǎn)裝置200，使其在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)被外部因素干擾。

本實(shí)施例中，第一弧形卡口4011與第一限位擋塊4031或4032位置相對(duì)應(yīng)，第二弧形卡口5022與第二限位擋塊5031或5032位置相對(duì)應(yīng)，從而使得第一旋轉(zhuǎn)裝置100與第二旋轉(zhuǎn)裝置200中只有一個(gè)可以發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，彼此互不干擾。

如圖10所示，本實(shí)施例中，機(jī)械臂600在豎直平面上旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將其運(yùn)行軌跡上機(jī)械臂600重心最高處設(shè)為基準(zhǔn)位置601，將其運(yùn)行軌跡上的兩個(gè)機(jī)械臂600重心最低處設(shè)為第一目標(biāo)位置602和第二目標(biāo)位置603。本實(shí)施例中，將機(jī)械臂600的基準(zhǔn)位置的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定為0度，其旋轉(zhuǎn)角度范圍為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0～90度及逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0～90度。判斷時(shí)針?lè)较虻囊暰€方向?yàn)檎龑?duì)第一支撐板501的方向，可見(jiàn)本實(shí)施例外部機(jī)械臂600全部旋轉(zhuǎn)過(guò)程。

如圖10所示，當(dāng)機(jī)械臂600位于基準(zhǔn)位置時(shí)，第一旋轉(zhuǎn)裝置100和第二旋轉(zhuǎn)裝置200皆保持靜止，渦卷狀彈性件300維持原狀。第一卡塊103、第二卡塊104豎直設(shè)置，第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032、第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042皆位于傳動(dòng)軸101上方。

當(dāng)機(jī)械臂600需要從基準(zhǔn)位置601逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至第一目標(biāo)位置602時(shí)，機(jī)械臂600的重心由高處向低處移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置700(電機(jī))帶動(dòng)機(jī)械臂600逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)裝置400也被帶動(dòng)發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)203的第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032卡在傳動(dòng)板401的第一弧形卡口4011內(nèi)，因此會(huì)帶動(dòng)第二旋轉(zhuǎn)裝置200逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械臂600到達(dá)第一目標(biāo)位置602時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90度。在這一過(guò)程中，第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042在第二弧形卡口5022內(nèi)滑動(dòng)，確保第二轉(zhuǎn)盤(pán)204可以與第一轉(zhuǎn)盤(pán)203同步發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在這一過(guò)程中，第一卡塊103在第一限位孔403內(nèi)沒(méi)有受到任何阻力，第一旋轉(zhuǎn)裝置100完全靜止不動(dòng)。由于渦卷狀彈性件300的內(nèi)端固定連接至第一旋轉(zhuǎn)裝置100，其外端固定連接至第二旋轉(zhuǎn)裝置200，因此渦卷狀彈性件300會(huì)發(fā)生形變，產(chǎn)生卷曲，機(jī)械臂600的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為渦卷狀彈性件300的彈性勢(shì)能。

當(dāng)機(jī)械臂600需要從第一目標(biāo)位置602順時(shí)針旋轉(zhuǎn)回到基準(zhǔn)位置601時(shí)，機(jī)械臂600的重心由低處向高處移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置700(電機(jī))帶動(dòng)機(jī)械臂600順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)裝置400也被帶動(dòng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)械臂600回到基準(zhǔn)位置601時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)裝置200發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，渦卷狀彈性件300逐步恢復(fù)本來(lái)形狀，渦卷狀彈性件300的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂600的重力勢(shì)能，從而減少驅(qū)動(dòng)裝置700對(duì)機(jī)械臂600的做功，減少電機(jī)能耗。

當(dāng)機(jī)械臂600需要從基準(zhǔn)位置601順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至第二目標(biāo)位置603時(shí)，機(jī)械臂600的重心由高處向低處移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置700(電機(jī))帶動(dòng)機(jī)械臂600順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)裝置400也被帶動(dòng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械臂600到達(dá)第二目標(biāo)位置603時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90度。此時(shí)，第一卡塊103卡合至第一限位孔403，兩個(gè)第一限位擋塊4031、4032推動(dòng)第一卡塊103順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)裝置100順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在這一過(guò)程中，第二卡塊104在第二限位孔5021內(nèi)滑動(dòng)，確保傳動(dòng)軸101可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在這一過(guò)程中，第一轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2032在第一弧形卡口4011內(nèi)滑動(dòng)，第二轉(zhuǎn)盤(pán)擋塊2042在第二弧形卡口5022內(nèi)滑動(dòng)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)203完全沒(méi)有受到推力，第二旋轉(zhuǎn)裝置200靜止不動(dòng)。由于渦卷狀彈性件300的內(nèi)端固定連接至第一旋轉(zhuǎn)裝置100，其外端固定連接至第二旋轉(zhuǎn)裝置200，因此渦卷狀彈性件300會(huì)發(fā)生形變，產(chǎn)生卷曲，機(jī)械臂600的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為渦卷狀彈性件300的彈性勢(shì)能。

當(dāng)機(jī)械臂600需要從第二目標(biāo)位置603逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)回到基準(zhǔn)位置601時(shí)，機(jī)械臂600的重心由低處向高處移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置700(電機(jī))帶動(dòng)機(jī)械臂600逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)裝置400也被帶動(dòng)發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)械臂600回到基準(zhǔn)位置601時(shí)，第一旋轉(zhuǎn)裝置100逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，渦卷狀彈性件300逐步恢復(fù)本來(lái)形狀，渦卷狀彈性件300的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂600的重力勢(shì)能，從而減少驅(qū)動(dòng)裝置700對(duì)機(jī)械臂600的做功，減少電機(jī)能耗。

在機(jī)械臂600的重心由高處向低處移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)裝置100沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)第二旋轉(zhuǎn)裝置200沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

在機(jī)械臂600的重心由低處向高處移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)裝置200帶動(dòng)傳動(dòng)裝置400沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，第一旋轉(zhuǎn)裝置100帶動(dòng)傳動(dòng)裝置400沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

本實(shí)施例在工作中，外設(shè)的機(jī)械臂600在驅(qū)動(dòng)裝置700的驅(qū)動(dòng)下，在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，可以通過(guò)傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)裝置100或第二旋轉(zhuǎn)裝置200在一定范圍內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于渦卷狀彈性件300的兩端分別連接至第一旋轉(zhuǎn)裝置100或第二旋轉(zhuǎn)裝置200，當(dāng)任一旋轉(zhuǎn)裝置發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦卷狀彈性件300都會(huì)受力發(fā)生形變，從而起到緩沖和暫存能量的作用。

在本實(shí)施例中，第一限位孔403、第二限位孔5021、第一弧形卡口4011、第二弧形卡口5022在圖中的位置可以左右對(duì)調(diào)，其工作模式和原理與前述方案類(lèi)似，在此不做贅述。按照這樣的技術(shù)方案，在機(jī)械臂600的重心由高處向低處移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)第二旋轉(zhuǎn)裝置200沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)裝置400帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)裝置100沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。在機(jī)械臂600的重心由低處向高處移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，第一旋轉(zhuǎn)裝置100帶動(dòng)傳動(dòng)裝置400沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)械臂600在豎直面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)裝置200帶動(dòng)傳動(dòng)裝置400沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

本實(shí)施例提供一種用于機(jī)械臂的機(jī)械臂雙向平衡裝置，當(dāng)機(jī)械臂在豎直平面內(nèi)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需用一個(gè)或一組同方向彈性件即保證系統(tǒng)的力矩平衡，可以有效減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載，減少能耗，同時(shí)降低了設(shè)備的生產(chǎn)和維護(hù)成本。此外，本實(shí)施例可以有效簡(jiǎn)化連接結(jié)構(gòu)、節(jié)省空間，同時(shí)提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命、提升工作效率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。