一重力补偿装置，包括有一力输出装置、一轴、以及一以轴为中心作旋转的臂，主要是在旋转的臂与力输出装置接触时，使用如扭转弹簧的力输出装置提供一作用力于该臂的接触位置，在臂以轴为中心在第一或二象限内的转动过程中，该臂于力输出装置上的接触位置会持续改变，造成力输出装置与该臂的转动呈现非线性的相对运动。根据力臂、相对转动速度、以及受力角度三者的变化对于该轴的力矩所造成的影响，经适当的设计，该重力补偿装置就可利用线性的力输出装置仿真出近似于正弦函数0～90度的力矩输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术为一重力补偿装置，尤其指一种能对一轴在第一或第二象限内旋转时，提供相对的补偿力矩，以抵消一对象在以轴为中心作旋转时，重力对对象所产生的影响。
技术介绍
在不同类型的设备之中，若要将具有一质量的对象进行移动或旋转，对对象进行重力补偿是有利的，藉由一个能抵消全部或部份重力的补偿装置辅助下，就能较小的力来移动或旋转该对象，这与没有重力补偿装置的情况下，节省了许多能量。就结构的设计上， 因仅须较小的力就能驱动该对象，所需的动力装置或连动机构相对简单，就成本而言也能同步降低。如图1所示，为显示一种现有的重力补偿方法。对象11具有一质量W，能以轴12 为中心作旋转，该对象11与轴12的中心距离为L。重力补偿机制是指安装于轴12中心处的一扭转弹簧13，该扭转弹簧13的一固定杆131系被固定，移动杆132则与对象11同步旋转，利用该扭转弹簧13来弥补或抵消该对象11由0 90度旋转时重力所造成的影响。该扭转弹簧的弹簧扭矩常数为ΚΜ。θ为对象的旋转角度。依据数学公式轴12 的力矩=W*L*Sin θ扭转弹簧13的补偿扭矩为=ΚΜ* θ其中该W、L为常数，Sine为非线性递增的曲线，故随着θ角的变化所得的力矩为一非线性递增，而该扭转弹簧13为一线性弹簧，所提供的补偿扭矩为一线性递增，故此类的重力补偿方法无法充分满足重力所造成的力矩变化。为解决此问题，如美国专利第6，899，308号的“Passive gravity-compensatongmechanisems"专利案，利用两组具有一非圆形表面的旋转机构，配合二组弹簧与前述机构的构件相连接，达到重力补偿的目的。此结构在制造上，较佳的实施例是要以一对非圆形齿轮做搭配，制造的困难度及成本较高，且当产品小型化之际，在考虑材料强度(金属齿轮)及搭配精度等因素下，前述问题更为明显。另外如美国专利第7，677，523号的“Gravity compensation device”则是提供另一种结构。该结构缺点为无法仿真三角函数斜率逐渐降低的部份，因若滑轮半径内缩时其可绕性线缆无法接触该内缩部份，会被前段相对突出的部份顶住，且于转动过程中荷重与力输出装置的相对距离会随滑轮半径变化而改变，或者如距离不变时施力角度则会改变。有鉴于此，本专利技术人为了解决现有一对象以一轴的中心作旋转时，因重力所造成的影响，也设计了一种重力补偿装置。
技术实现思路
本专利技术为一种重力补偿装置，主要是用于轴的所在之处，能补偿或抵消连接于轴的对象在旋转时重力所造成的影响，而能改以较小的力就能驱动该轴旋转。为达上述之目的，本专利技术重力补偿装置包括一力输出装置、一轴、以及一以轴为中心作旋转的臂，主要是在旋转的臂与力输出装置接触时，使用如扭转弹簧的力输出装置提供一作用力该臂的接触位置，在臂以轴为中心在第一或二象限内转动的过程中，该臂于该力输出装置上的接触位置会持续改变，而使得力输出装置相对转动的速度、作用于该臂的力臂以及臂的受力角度随之改变，藉由适当的设计，就能使该轴依旋转角度的递增，所产生的力矩值呈现出一非线性且近似于正弦函数0 90度的递增曲线。其中，该臂的作动范围在第一及第二象限内。再者，本专利技术重力补偿装置另包括有一箱体，该力输出装置、轴、以及臂皆设置于箱体内，该轴会由箱体内延伸出来，该力输出装置包括有一拨动件及一扭转弹簧，该扭转弹簧的中心设置于拨动件上，该拨动件会牵引着该扭转弹簧，使拨动件的旋转角度与扭转弹簧的扭转角度相同，该拨动件中心位于臂的旋转路径内，当该臂旋转时，该臂的一接触件会与该拨动件相接触并使之旋动，该扭转弹簧则提供一作用力由拨动件施予臂的接触件处， 随着轴的持续旋转，该臂的接触件于拨动件上的接触位置也会改变。本专利技术重力补偿装置中，该箱体的墙壁处另设有一调整螺丝，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由螺旋线区所延伸出的一固定杆及一移动杆，该调整螺丝延伸至箱体内的一端是位于该螺旋线圈内，在该调整螺丝旋紧时，能改变该扭转弹簧的有效线圈数。本专利技术重力补偿装置中，该箱体另一面墙壁处具有一位置锁固件，该位置锁固件能经调整改变其于墙壁处的所在位置，其中该力输出装置为一扭转弹簧，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由螺旋线区所延伸出的一固定杆及一移动杆，该位置锁固件并固定着该扭转弹簧的固定杆的位置。本专利技术重力补偿装置中，该力输出装置为一扭转弹簧，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由螺旋线区所延伸出的一固定杆及一移动杆，该固定杆的位置被固定，该臂是以接触件是与移动杆相接触。本专利技术重力补偿装置中，该力输出装置、轴、以及臂是设置于一机座内，该机座具有呈开放式的容置空间，该力输出装置及轴的位置皆被固定于机座的空间内，当臂延伸至外界并能以轴中心作旋转，该臂的接触件在旋转时于力输出装置上的接触位置也会改变。根据本专利技术之设计，该力输出装置可为一扭转弹簧，另外设有一机座供该轴及扭转弹簧设置，该扭转弹簧包括有一螺旋线区及由该线区所延伸出的一固定杆及一移动杆， 其中固定杆被固定于该机座内，而移动杆则与该臂的一接触件相接触，该接触件于移动杆上的接触位置会随着该臂旋转而改变，藉此形成一重力补偿装置，其中该臂能直接连接着欲转动的对象处。兹配合下列图示、实施例之详细说明及申请专利范围，将上述及本创作之其它目的与优点详述于后。附图说明图1为现有重力补偿装置的示意图；图2为本专利技术实施例的示意图；图3为本专利技术数学演算的图；图4为本专利技术模拟作动状态的力矩与角度(θ 1)的曲线图(一)；图5为本专利技术模拟作动状态的力矩与角度(θ 1)的曲线图(二)；图6为力矩与角度的分析图；图7为本专利技术运用于产品处的第一实施例的立体图；图8为本专利技术运用于产品处的第一实施例的分解图；图9为本专利技术第一实施例的作动示意图；图10为本专利技术第一实施例的另一角度的立体图；图11为本专利技术实际于产品处的第二实施例的立体图；图12为本专利技术实际于产品处的第二实施例的分解图；图13A为一般扭转弹簧于运用本专利技术时，轴的旋转角度示意图；图13B为理想扭转弹簧装置运用于本专利技术，轴的旋转角度示意图。主要组件符号说明11 物件12 轴13扭转弹簧131固定杆132移动杆2A重力补偿装置23力输出装置24 轴23 臂231接触件F作用力30 点31 点32 点35弧形轨迹41 曲线42 曲线50 箱体501 盖502 容器503 轴孔504螺线孔505弧形槽51力输出装置511扭转弹簧5111螺旋线区5112 固定杆5113 移动杆512拨动件5121中心杆5122接触面5123抅件5124中心杆52轴53臂531接触件55调整螺丝551盲孔56位置锁固件561保持件562螺丝563连接孔564螺孔9A重力补偿装置90机座901中心轴902卡槽903轴孔91扭转弹簧911螺旋线区912固定杆913移动杆92轴93臂具体实施例方式如图1所示，为本专利技术的重力补偿装置的基本模型的示意图。该重力补偿装置2A 包括有一力输出装置21、一轴22、以及能以轴22为中心作旋转的一臂23。该臂23的旋转范围于本范例中限制在第一象限内，于该臂23上具有一接触件231，该接触件231距该轴 22中心维持着固定距离。该力输出装置21中心位于臂23的旋转路径内，该臂23在旋转时以接触件231与力输出装置21接触，随着旋转角度的不同，该接触本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：萧柏森，
申请(专利权)人：萧柏森，
类型：发明
国别省市：
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