一种省力机械臂的制作方法

1.本实用新型涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种省力机械臂。


背景技术：

2.目前，机械臂已经融入到各种产品的生产线当中，机械臂在负载一定的情况下，机械臂越长，需要的力矩越大，为实现输出更大的力矩，需要使用更大的电机和减速比更高的减速机。而电机越大其功耗也将越大，减速机随着减速比的增大，其效率也会相应的降低，所以其速比达到某值后，将无法继续提高电机的转矩，而且减速比的增加也将降低机械臂的运动速度，这也会相应的降低机械臂的工作效率，增加工作时长。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的是提供一种省力机械臂，采用弹性件辅助电机转动，利用弹性件的弹力性质，使其产生一个与负载力矩相反的力矩，从而降低了电机运动所需要的力矩，提升了机械臂的运动速度，具有省力的效果。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种省力机械臂，包括机体、主动杆、弹性件以及负载端；
5.所述主动杆一端与所述机体转动连接，另一端与所述负载端连接；
6.所述机体上设置有驱动所述主动杆转动的驱动件；
7.所述弹性件一端与所述机体连接，另一端与所述负载端连接，所述弹性件驱使所述负载端竖直向上移动。
8.作为上述方案的改进，所述主动杆上设置有第一主转轴以及第二主转轴；所述主动杆一端通过所述第一主转轴与所述驱动件转动连接，另一端通过所述第二主转轴与所述负载端转动连接。
9.作为上述方案的改进，所述机体上设置有辅动杆，所述辅动杆上设置有第一辅助转轴以及第二辅助转轴；所述辅动杆一端通过所述第一辅助转轴与所述机体转动连接，另一端通过所述第二辅助转轴与所述负载端转动连接；所述辅动杆与所述主动杆平行设置，所述第一主转轴、第二主转轴、第一辅助转轴、第二辅助转轴形成平行四边形的四个顶点。
10.作为上述方案的改进，所述辅动杆位于所述主动杆下方。
11.作为上述方案的改进，所述弹性件一端通过所述第一辅助转轴与所述机体转动连接，另一端通过所述第二主转轴与所述负载端转动连接。
12.作为上述方案的改进，所述第一主转轴与所述第一辅助转轴的竖向间隔距离为第一间距，所述主动杆的长度值大于所述第一间距数值。
13.作为上述方案的改进，所述主动杆的长度值为第一间距数值的10倍。
14.作为上述方案的改进，所述弹性件包括气弹簧。
15.作为上述方案的改进，所述弹性件的弹力与所述负载端重力的比值，等于所述第一间距数值与所述主动杆长度值的比值。
16.与现有技术相比，本实用新型通过弹性件的恒定弹力设置，使其产生一个与负载力矩相反的力矩，两个力矩基本上能相互抵消，从而降低了电机运动所需要的力矩。这样，就无需增加电机的功耗或增大减速机的减速比，降低了电机的功耗，也提升了机械臂的运动速度。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例的具体结构示意图；
18.图2是本实用新型实施例中主动杆的具体结构图；
19.图3是本实用新型实施例中部件之间的距离示意图；
20.图4是本实用新型实施例中负载端的受力示意图；
21.图5是本实用新型实施例中负载端的运动路径示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.参见图1以及图2，其中，图1是本实用新型实施例的具体结构示意图，图 2是本实用新型实施例中主动杆的具体结构图。
28.一种省力机械臂，包括机体1、主动杆2、弹性件3以及负载端4。
29.主动杆2一端与机体1转动连接，另一端与负载端4连接；
30.机体1上设置有驱动主动杆2转动的驱动件5,在本实施例中，驱动件5为电机；
31.弹性件3一端与机体1连接，另一端与负载端4连接，弹性件3驱使负载端 4竖直向上移动。
32.需要说明的是，在本实施例中，主动杆2上设置有第一主转轴21以及第二主转轴22；主动杆2一端通过第一主转轴21与机体1转动连接，另一端通过第二主转轴22与负载端4转动连接。在机体1上设置有辅动杆6，辅动杆6上设置有第一辅助转轴61以及第二辅助转轴62，辅动杆6一端通过第一辅助转轴61 与机体1转动连接，另一端通过第二辅助转轴62与负载端4转动连接。
33.另外，辅动杆6与主动杆2平行设置，第一主转轴21、第二主转轴22、第一辅助转轴61、第二辅助转轴62形成平行四边形的四个顶点。
34.辅动杆6位于主动杆2下方，弹性件3一端通过第一辅助转轴61与机体1 转动连接，另一端通过第二主转轴22与负载端4转动连接。第一主转轴21与第一辅助转轴61的竖向间隔距离为第一间距，主动杆2的长度值为第一间距数值的10倍。
35.在本实施例中，弹性件3为气弹簧，气弹簧呈压缩状态，对负载端4施以恒定的弹性推力。
36.需要说明的是，在本实施实例中，为了解决主动杆2、辅动杆6，气弹簧之间的运动干涉问题，主动杆2、辅动杆6、气弹簧之间均处于不同的竖直平面上，相互之间通过第一主转轴21、第二主转轴22、第一辅助转轴61、第二辅助转轴 62进行连接。同时，在本实施例中，辅动杆6与主动杆2的长度均相等。
37.参照图3以及图4所示，其中，图3是本实用新型实施例中部件之间的距离示意图，图4是本实用新型实施例中负载端的受力示意图。
38.第一主转轴21的轴心为o1，第一辅助转轴61的轴心为o2，o1到o2的距离、即第一间距为l1，第一主转轴21到第二主转轴22的距离为主动杆2的长度值 l2。在忽略辅动杆6的作用下，负载端4产生的重力g负载会对o1产生一个力矩m负载，当角度恒定时，臂越长，这一力矩越大，这一力矩使得整个横臂有向下转动的趋势，在没有气弹簧时，需要依靠电机的转动力矩m电机来抵抗这一力矩，当横臂运动到水平时，电机力矩将非常的大，m电机>m负载＝g负载*l2。
39.而气弹簧是一种恒力弹簧，当其处于压缩状态时，其产生的力就是恒定的，与其压缩量无关，本实施例采用的气弹簧一直处于压缩状态中，因此，负载端4 上的第二主转轴22会一直受到来自气弹簧的力f弹簧，其方向由第一辅助转轴 61的轴心o2指向第二主转轴22，因此会对o1，产生一个力矩m弹簧。这一力矩方向刚好与m负载相反，从而起到减少电机转动力矩的作用。
40.具体的，横臂运动到某一个位置时，气弹簧与水平方向的夹角为θ1，主动杆2与水平方向的夹角为θ2，此时，o1轴受到负载端4的力矩m负载＝g负载 *l2*cos(θ2)，其力矩方向按照右手法则，平行于转轴o1，指向图中向里的方向，设这一方向为正，所以此时o1轴受到来自弹簧的力矩m弹簧＝
‑
f弹簧*l1*cos(θ 1)，负号表示力矩的方向平行转轴o1指向图外，我们可以通过设计，令横杆满足f弹簧*l1＝g负载端4*l2，设m0＝g负载*l2，则负载端4
与弹簧对o1产生的合力矩为m合＝m0*(cos(θ2)
‑
cos(θ1))，当l2远大于l1时(例如l2＝10*l1)，θ1和θ2将非常接近，m合将非常接近于0，此时可以看作弹簧产生的力矩与负载端4产生的力矩相互抵消，从而当需要用电机控制横杆运动时，只需保证电机的力矩m电机>m合即可，因此，所需要的电机力矩m电机将非常的小。
41.参照图5所示，图5是本实用新型实施例中负载端的运动路径示意图。
42.特别的，辅动杆6的作用在于保证负载端4的朝向一致，由于主动杆2与主转轴2之间采用轴承连接，两者间可以相对滑动，在没有辅动杆6的情况下，负载端4在大臂运动的过程中容易出现随机摆动的情况。当辅动杆6存在时，主动杆2、辅动杆6、主机身和负载端4刚好构成一个平行四边形结构，只要主机身的方向保持不变，负载端4的朝向就能保持不变。
43.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。