用于机械手臂的负载平衡装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于机械手臂的负载平衡装置，包括一气压缸以及一活塞杆。气压缸用以储存一气体，气压缸包括一第一腔室、一第二腔室以及一连接通道，其中连接通道连接第一腔室与第二腔室。活塞杆其一端连接机械手臂，另一端可滑动地设置于气压缸内，活塞杆根据一负载调整第一腔室与第二腔室内气体的体积及压力，其中第一腔室与第二腔室同轴设置于气压缸的轴向上。

Load balancing device for manipulator

【技术实现步骤摘要】
用于机械手臂的负载平衡装置
本专利技术涉及一种用于机械手臂的负载平衡装置，且特别是涉及一种具有被动式气压缸的负载平衡装置。
技术介绍
针对高负载机械手臂，需负载100公斤以上的物体，因此，在结构设计上，机械手臂的结构较重，且机械手臂的水平展长也较长(约3公尺)，负载造成的力矩可达10000Nm以上，然而目前用于轴关节的负载平衡装置的马达与减速机仅能提供约5000Nm，因而无法满足高负载机械手臂的运转需求。因此，有必要提出一种可满足高负载机械手臂的运转需求的负载平衡装置。
技术实现思路
本专利技术有关于一种用于机械手臂的负载平衡装置，具有双腔体串联式气压缸，其中活塞杆可根据负载的需求即时调整气压缸内气体的体积与压力，以产生与负载的力矩方向相反的力矩，以达到平衡的目的。根据本专利技术的一方面，提出一种用于机械手臂的负载平衡装置，包括一气压缸以及一活塞杆。气压缸用以储存一气体，气压缸包括一第一腔室、一第二腔室以及一连接通道，其中连接通道连接第一腔室与第二腔室。活塞杆其一端连接机械手臂，另一端可滑动地设置于气压缸内，活塞杆根据一负载调整第一腔室与第二腔室内气体的体积及压力，其中第一腔室与第二腔室同轴设置于气压缸的轴向上。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：附图说明图1为本专利技术一实施例的用于机械手臂的负载平衡装置的示意图，其中机械手臂位于初始位置；图2为图1的负载平衡装置的内部示意图；图3为本专利技术一实施例的用于机械手臂的负载平衡装置的示意图，其中机械手臂位于水平展长位置；图4为图3的负载平衡装置的内部示意图；图5至图6为另外二种不同型态的负载平衡装置的示意图。符号说明10：物体110：机械手臂111：操作端112：第一轴关节113：第二轴关节114：第一支撑臂115：第二支撑臂116：底座117：第一驱动装置118：第二驱动装置119：支架120：负载平衡装置121：第一中空本体122：气压缸123：第二中空本体124：活塞杆125：活塞头126：固定底座127：注气孔128：密封元件129：中央凸起部130：轴承131：转轴132：旋转座A：轴向C1：第一腔室C2：第二腔室C3：连接通道V：垂直轴向H：水平轴向W：负载Si、Sf：距离G：气体Pi：初始压力Vi：初始体积Pf：极限压力Vf：极限体积V1i、V2i、V1f、V2f：腔室的体积S1、S2：侧壁TS1、TS2：顶侧BS1、BS2：底侧具体实施方式以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本专利技术欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。图1及图3分别绘示机械手臂110位于初始位置与水平展长位置的示意图。请参照图1，机械手臂110具有一操作端111、一第一轴关节112以及一第二轴关节113。操作端111可装载一物体10，第一轴关节112例如为肘关节，第二轴关节113例如为肩关节。机械手臂110的结构自重与物体10的重力的合力以负载W表示，其位于一重力轴上。当机械手臂110位于垂直状态的初始位置时，重力轴上的负载W与第二轴关节113之间的距离(力臂)Si较短，因此相对产生的力矩W×Si也较小。请参照图3，当机械手臂110由垂直状态的初始位置移动至水平状态的水平展长位置时，重力轴上的负载W与第二轴关节113之间的距离(力臂)Sf较长，因此相对产生的力矩W×Sf也较大。根据上述内容，本实施例提出一种用于机械手臂110的负载平衡装置120，能根据负载W产生的力矩即时调整气压缸122内气体G的体积与压力，以产生与负载W的力矩方向相反的力矩，以达到平衡的目的。请参照图1及图2，负载平衡装置120包括一气压缸122以及一活塞杆124。气压缸122用以储存一气体G，气压缸122包括一第一腔室C1、一第二腔室C2以及一连接通道C3，其中连接通道C3连接第一腔室C1与第二腔室C2。活塞杆124一端连接机械手臂110(邻近于第二轴关节113)，另一端可滑动地设置于气压缸122内。活塞杆124可根据一负载W调整第一腔室C1、连接通道C3与第二腔室C2内气体G的体积及压力。具体而言，机械手臂110具有一第一支撑臂114、一第二支撑臂115、一底座116、一第一驱动装置117以及一第二驱动装置118。第一支撑臂114通过第一轴关节112相对于第二支撑臂115转动，第二支撑臂115通过第二轴关节113相对于底座116转动，气压缸122的一端通过一转轴131与一支架119相互枢接，且支架191固定于旋转座132上，旋转座132设置于底座116上且可相对于底座116水平旋转，使得负载平衡装置120可以作旋转及倾斜运动。第一驱动装置117(例如马达)设置于垂直轴向V上，用以驱动第二轴关节113于垂直轴向V上相对于底座116旋转，第二驱动装置118(例如马达)设置于一水平轴向H上，用以驱动第二轴关节113于水平轴向H上相对于底座116旋转。此外，活塞杆124一端通过一轴承130固定于第二支撑臂115上，并可随着第二支撑臂115的转动而在气压缸122的轴向上来回移动，以调整气压缸122内气体G的体积与压力。如图2所示，当机械手臂110位于初始位置时，气压缸122内的气体G具有一初始压力Pi以及一初始体积Vi，其中第一腔室C1的初始体积V1i、连接通道C3的体积(极小，可忽略不计)与第二腔室C2的体积V2i的和为气体G的初始体积Vi，即V1i+V2i＝Vi。如图4所示，当机械手臂110位于水平展长位置时，气压缸122内的气体G受到活塞杆124挤压而改变体积与压力，使得气压缸122内的气体G具有一极限压力Pf以及一极限体积Vf，其中第一腔室C1的极限体积V1f、连接通道C3的体积(极小，可忽略不计)与第二腔室C2的体积V2f的和为气体G的极限体积Vf，即V1f+V2f＝Vf。根据理想气体方程式，在定温下，定量气体G的体积与压力成反比。因此，活塞杆124挤压前与挤压后的气体G体积与压力的乘积为定值，即PiVi＝PfVf，其中Vi>Vf，Pi<Pf。由此可知，当机械手臂110由初始位置移动至水平展长位置时，负载W的力矩由W×Si增加到W×Sf，而气压缸122内的气体G压力也会同步由Vi增加到Vf，进而提供反向力矩来补偿第二驱动装置118(例如马达)不足的力矩。在一实施例中，气压缸122内的气体G的初始压力Pi例如为7bar(kg/cm2)，初始体积Vi例如介于23000cm3至24000cm3之间。气压缸122内的气体G的极限压力Pf例如为12bar(kg/c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机械手臂的负载平衡装置，其特征在于，包括：/n气压缸，用以储存一气体，该气压缸包括一第一腔室、一第二腔室以及一连接通道，其中该连接通道连接该第一腔室与该第二腔室；以及/n活塞杆，其一端连接机械手臂，另一端可滑动地设置于该气压缸内，该活塞杆根据一负载调整该第一腔室与该第二腔室内该气体的体积及压力，其中该第一腔室与该第二腔室同轴设置于该气压缸的轴向上。/n

【技术特征摘要】
20180828 TW 1071299891.一种用于机械手臂的负载平衡装置，其特征在于，包括：
气压缸，用以储存一气体，该气压缸包括一第一腔室、一第二腔室以及一连接通道，其中该连接通道连接该第一腔室与该第二腔室；以及
活塞杆，其一端连接机械手臂，另一端可滑动地设置于该气压缸内，该活塞杆根据一负载调整该第一腔室与该第二腔室内该气体的体积及压力，其中该第一腔室与该第二腔室同轴设置于该气压缸的轴向上。


2.如权利要求1所述的负载平衡装置，其中该气压缸包括一第一中空本体、一第二中空本体、一固定底座以及多个密封元件，该些密封元件密合于该第一中空本体、该第二中空本体、该固定底座及该活塞杆两两之间的连接处。


3.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该活塞杆位于该第一中空本体内，该连接通道贯穿该第一中空本体，使该第一中空本体与该第二中空本体相连通。


4.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该第一中空本体与该第二中空本体同轴配置。


5.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该第二中空本体至少部分包覆该第一中空本体。


6.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该第一腔室位于该第一中空本体内，该第一腔室的体积随该活塞杆的移动而调整。


7.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该第二腔室位于该第二中空本体内，该第二腔室的体积固定。


8.如权利要求2所述的负载平衡装置，其中该负载产生的力矩增加时，该第一腔室的体积随该活塞杆的移动而缩小，使该气体的体积相对缩小，该气体的压力相对增加。


9.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋家仲，陈尚德，朱证裕，吴孟和，陈俊皓，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71