利用供储能媒介为克服机械臂自重提供转矩的系统装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术是机械手关节在非平行水平面内旋转的，利用供储能媒介为克服机械臂的自重提供最佳节能平衡变量转矩的一种系统装置和方法。是利用供储能媒介装置，经过齿轮定比变速装置、扇形齿轮的转向装置和非圆齿轮不定比变速装置后，把供储能媒介提供的变量转矩转换成恒等于为克服机械臂自重所施加的最佳节能变量转矩和为了平衡而施加的最佳电机转矩的和。并能反向储存机械臂重力做功时的转矩能量。利用本发明专利技术可减少超过50％的电机能耗和减速器的规格，填补利用供储能媒介为克服机械臂的自重提供最佳节能平衡变量转矩的技术空白。

System, device and method for providing torque for overcoming mechanical weight of mechanical arm by utilizing energy storage medium

The invention relates to a system, device and method for providing an optimum energy saving balance torque variable by utilizing the energy storage medium to overcome the weight of a mechanical arm by rotating a manipulator joint in a non parallel horizontal plane. Is to use for storage media device, through fixed gear ratio transmission device, a sector gear steering device and indefinite non-circular gear ratio transmission device, the storage for the best energy-saving variable torque variable torque media into identical to the applied to overcome the mechanical arm weight and optimum motor torque applied to balance and the. And can reverse the torque energy of the manipulator when it is working. The invention can reduce more than 50% of the energy consumption of the motor and the specification of the reducer, and can fill the technical blank for utilizing the energy storage medium to provide the best energy saving balance variable torque for overcoming the weight of the mechanical arm.

【技术实现步骤摘要】
利用供储能媒介为克服机械臂自重提供转矩的系统装置和方法
：本专利技术是机械手关节在非平行水平面内旋转的，利用供储能媒介为克服机械臂自重提供最佳节能平衡变量转矩的系统装置和方法。
技术介绍
：目前在关节式机械手设计方面，总的趋势是轻量化，高速化，高负载，低能耗。而关节式机械手在负载已定条件下，配套部件自重和负载一起决定了机械手关键部件减速器和电机的型号规格，而减速器和电机的规格又决定机械臂的大小和尺寸，机械臂尺寸大了自重就大，自重大反过来又要求减速器和电机提供的输出的转矩和功率增大，所以机械手大部分功率浪费在机械臂和配套部件的自重上。在造价方面减速器每增大一个型号价格差异是相当的巨大，整个机械手的造价就可想而知了。而在国内外机械手设计行业内，除了在材料方面改进减小自重和部分单纯利用电机、减速器的自重和安装位置进行平衡配重外，还没有针对此问题有好的方法，所以看到的流水线上的机械手就显得很笨重。根据能量守恒定律，利用供储能媒介装置为机械臂提供一个克服自重的最佳转矩T最佳进行平衡机械臂的空载自重转矩，让目的是让电机的最佳节能转矩等于由于机械臂的负载和空载转矩随机械臂和重力方向的夹角不同而变化，所以T最佳是一个变量。本专利技术通过供储能系统为机械臂提供最佳变量转矩T最佳，利用机械臂在非平行水平面内旋转时的重力做功进行储能，或克服重力做功提供能量。通过施加最佳变量T最佳让关节式机械手的电机运行能耗和关键部件减速器规格均减少50％以上，(所以电机能耗和减速器规格减少50％以上)，从而在节能和减排方面，取得良好的经济效益和社会效益，也填补了利用供储能媒介装置为克服机械臂自重提供最佳节能平衡变量转矩方面的技术空白。
技术实现思路
：为了解决目前机械手高自重、高能耗、低负载的弊端，为机械臂提供最佳变量转矩，本专利技术解决技术问题的技术方案共分为以下五个装置、供储能媒介装置(以弹簧或者液压等供储能为媒介的装置)、圆柱齿轮定比变速装置、非圆齿轮不定比变速装置，扇形齿轮转向装置、安装装置。通过圆柱齿轮定比变速和扇形齿轮的转向装置对往复运动的调整，然后再经过非圆齿轮的不定比变速，让供储能媒介装置输出的变量转矩转变成恒等于机械臂为克服自重所需的最佳变量转矩和为了平衡而施加的最佳电机转矩的和。从而在机械手轻量化、高负载、以及节能减排、造价方面取得良好的社会效益和经济效益。附图说明图1是本专利技术的结构总图图2是供储能媒介装置的上视图和等轴测图图3是供储能媒介装置的E-E剖视图图4是圆柱齿轮定比变速装置、非圆齿轮不定比变速装置、扇形齿轮转向装置、安装装置组成部件结构标注图5是非圆齿轮不定比变速装置结构说明图图中(1)棘轮(2)簧盒(3)上盖(4)齿轮1(5)发条簧(6)轴承(7)输出轴(8)固定外壳(9)底盖(10)调节钮(11)齿轮2(12)齿轮5(13)齿轴1(14)扇形齿轮2(15)轴3(16)齿轮7(17)轴4(18)齿轮6(19)非圆齿轮2(20)非圆齿轮1(21)齿轴2(22)轴1(23)扇形齿轮1(24)齿轮4(25)齿轮3(26)轴5(27)扇形齿轮重合角(28)变速箱(29)储能装置具体实施方式专利技术一共分为五个装置；1)供储能媒介装置2)圆柱齿轮定比变速装置3)扇形齿轮转向装置4)非圆齿轮的不定比变速装置5)安装装置。其中核心装置是非圆齿轮不定比变速装置。以发条簧为例，是通过类似的非线性积分方程求解出i的函数式，然后根据非圆中心距求出非圆的节曲线。(i是非圆齿轮半径比率K为发条簧形变系数a是最佳施加转矩c为供储能提供的最大转矩b为电机提供最佳转矩最大值机械臂转动θ角时弹簧在未定比变速前的角度变化)。下面分别结合附图对五个装置具体实施方案进行阐述1：供储能媒介装置：a)作用原理；利用机械臂在非平行水平面内旋转时的重力做功进行储能，或克服重力做功提供能量。(本例以发条簧作为供储能媒介装置进行说明)b)结构组成：供储能媒介、调节装置、输出输入装置三部分。本例以发条簧为媒介说明：组成零件有发条簧盒发条簧发条簧调节钮棘轮齿轮1外壳底盖轴承输出轴。其中发条簧为供储能媒介；簧盒通过棘轮的控制在固定壳内做单向旋转运动，主要作用是调节供储能媒介装置的转矩大小，方便安装和后期弹簧疲劳对转矩的调节，为调节装置；输出轴和供储能媒介装置连接，通过上端的齿轮1和定比变速装置齿轮2外齿合，输出或输入转矩能量，为输出输入装置。本装置结构组成中主要重点是供储能媒介的参数配置。c)参数设计：主要是根据供储能媒介为机械臂所提供最佳变量转矩的函数式和速比等参数求解出供储能媒介的各项参数。在本例中根据公式(1)和给定参数关系，计算出发条簧未定比变速前所需最大、最小转矩，最小转矩＝最大转矩-Kπ。根据定比变速后的最大转矩和最小转矩以及发条簧最大变化角度和最大转矩时的工作圈数，然后根据涡卷簧相关公式推导出齿轮定速比：(T1为最大转矩，n为最大转矩工作圈数，b为弹簧的宽度σb为弹簧材料的抗拉弹簧极限。K4K3分别为弹簧的有效系数和固定系数k为弹簧形变系数)然后根据速比、最大转矩计算出发条簧各项参数。d)附图说明：弹簧储能装置附图共两张分别是图2和图3，主要是说明发条弹簧装置的主要结构组成和部件外观2：齿轮的定比变速装置：a)作用原理：主要是克服机械臂自重所需求的最佳变量转矩大，而供储能媒介装置的自重和安装占用空间却要求小型化，所以需要经过齿轮的定比变速来达到为克服机械臂自重所需求的最佳变量转矩。本装置的重点就是根据供储媒介参数和最佳变量转矩，计算出适合机械臂需求的定速比。b)结构组成：外壳固定盖轴1轴5齿轴1齿轴2齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿轮5扇形齿轮1扇形齿轮2轴承本装置结构要根据实际需要，尽可能小型化。主要是经过齿轮1和齿轮2的一级变速，齿轮2和齿轮4的二级变速，齿轴和扇形齿轮的三级变速来完成整个定速比变速的功能。c)参数设计：根据公式(2)计算出速比，然后根据速比和空间要求选择最合理的变速方案。以尽可能的减轻重量、缩小空间占用而且还能达到定比变速的功能为目的。d)附图说明：具体结构见附图4：主要说明定比变速结构组成和前后连接关系。3：转向装置：a)作用原理：主要是机械臂重力做功时存储转矩能量，克服重力做功时提供转矩能量。让机械臂在0-360度往复旋转时供储能媒介装置能够不间断的提供转矩能量和储存剩余能量。b)结构组成：扇形齿轮1、扇形齿轮2、齿轴1、齿轴2、齿轮3、齿轮4、齿轮5、轴承、安装固定座。该转向机构不是独立存在的，是在定比变速装置中完成工作的，扇形齿轮在这个过程中，既有调节转向功能还承担定比变速的功能。当机械臂克服重力做功时(机械臂从0～180或者360～180旋转时，机械臂和重力方向相同时为0度)供储能媒介装置转矩经过一，二级变速后通过齿轴1上的齿和扇形齿轮1齿合，再经非圆变速后输出到安装装置。而这时扇形齿轮2和齿轴2上的齿虽然都旋转但处于非齿合状态，只是空转不做功。当机械臂重力做功时(180～0或180～360旋转时)这时机械臂经安装装置传导的转矩，带动轴5上的扇形齿轮1和2旋转，这时扇形齿轮1刚好进入无齿合状态，扇形齿轮2和齿轴2的齿齿合，经过二级和一级变速后把转矩储存到供储能媒介装置中。让机械臂能在0-360度往复运动中不间断的存储或获取能量。c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用供储能媒介为克服机械臂自重，提供最佳节能平衡转矩的系统装置和方法。其特征是为了克服机械臂重力做功时，利用供储能媒介装置通过转向装置和非圆齿轮的不定比变速装置让供储能媒介装置输出的变量转矩转换成恒等于为克服机械臂自重所施加的最佳节能变量转矩和为了平衡而施加的最佳电机转矩的和；或者机械臂重力做功时，通过非圆齿轮不定比变速装置和扇形齿轮转向装置把能量储存在供储能媒介装置中的供储媒介中。

【技术特征摘要】
1.一种利用供储能媒介为克服机械臂自重，提供最佳节能平衡转矩的系统装置和方法。其特征是为了克服机械臂重力做功时，利用供储能媒介装置通过转向装置和非圆齿轮的不定比变速装置让供储能媒介装置输出的变量转矩转换成恒等于为克服机械臂自重所施加的最佳节能变量转矩和为了平衡而施加的最佳电机转矩的和；或者机械臂重力做功时，通过非圆齿轮不定比变速装置和扇形齿轮转向装置把能量储存在供储能媒介装置中的供储媒介中。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄保书，
申请(专利权)人：黄保书，
类型：发明
国别省市：北京,11