CN104044155A - 一种重力抵消装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重力抵消装置，包括气浮平台(1)、机架(2)、弹簧(3)、滑轮(4)、绳(5)、平行四连杆(6)和提吊连杆(7)，机架(2)的一端与气浮平台(1)固定连接，弹簧(3)的第一端与气浮平台(1)固定连接，弹簧(3)的第二端通过滑轮(4)与绳(5)的第一端固定连接，平行四连杆(6)的第一端与机架(2)转动连接，平行四连杆(6)的第二端与提吊连杆(7)的第一端转动连接，绳(5)的第二端与机架(2)活动连接后再与平行四连杆(6)和提吊连杆(7)的连接点固定连接。本发明通过调节机架、平行四连杆以及弹簧刚度，能够通过提吊连杆对机械臂质心施加一个和机械臂重力相等方向相反的提吊力，且该提吊力不随机械臂俯仰转角的变化而变化，具有结构简单巧妙、造价低、安全可靠、操作方便等优点。

Description

一种重力抵消装置
技术领域
本发明涉及一种重力抵消装置，属于模拟空间飞行技术领域。 
背景技术
随着机器人技术的不断发展和机器人应用领域的扩展，逐渐出现了能够用于空间领域的机械臂，但由于空间机械臂只适用于微重力的空间环境，因而在地面受重力影响很难进行活动，这就需要有一种安全可靠、工作稳定的重力抵消装置将空间用机械臂支撑起来，以克服重力或重力矩对机器臂关节的影响，使得较小输出力矩的机械臂关节也能驱动较大重力的机械臂。 
目前，现有的重力抵消装置一般由气浮平台、吊丝机构或主动机构实现，但普遍存在运动范围较小、自由度较少以及安全性较差等缺点。 
发明内容
本发明提供了一种重力抵消装置，用于解决现有的重力抵消装置存在的运动范围较小、自由度较少及安全性较差的问题。为此，本发明提出了如下的技术方案： 
一种重力抵消装置，包括气浮平台、机架、弹簧、滑轮、绳、平行四连杆和提吊连杆，机架的一端与气浮平台固定连接，弹簧的第一端与气浮平台固定连接，弹簧的第二端通过滑轮与绳的第一端固定连接，平行四连杆的第一端与机架转动连接，平行四连杆的第二端与提吊连杆的第一端转动连接，绳的第二端与机架活动连接后再与平行四连杆和提吊连杆的连接点固定连接。 
本发明提供的重力抵消装置，将所述装置连接在机械臂质心上后，通过调节机架、平行四连杆几何构型以及弹簧刚度，能够通过提吊连杆对机械臂质心施加一个和机械臂重力相等方向相反的提吊力，而且该提吊力不随机械臂俯仰转角的变化而变化，具有结构简单巧妙、造价低、安全可靠、操作方便等优点。 
附图说明
图1是本发明的具体实施方式提供的重力抵消装置的结构示意图； 
图2是本发明的具体实施方式提供的重力抵消装置与机械臂连接的结构示意图。 
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 
本发明的具体实施方式提供了一种重力抵消装置，如图1和图2所示，包括气浮平台1、机架2、弹簧3、滑轮4、绳5、平行四连杆6和提吊连杆7，机架2的一端与气浮平台1固定连接，弹簧3的第一端与气浮平台1固定连接，弹簧3的第二端通过滑轮4与绳5的第一端固定连接，平行四连杆6的第一端与机架2转动连接，平行四连杆6的第二端与提吊连杆7的第一端转动连接，绳5的第二端与机架2活动连接后再与平行四连杆6和提吊连杆7的连接点固定连接。 
具体的，机架2设置在气浮平台1上，在机架2上设置有第一俯仰关节9和第二俯仰关节10，第一俯仰关节9设置在第二俯仰关节10的正上方，平行四连杆6通过第一俯仰关节9与机架2转动连接，机械臂8通过第二俯仰关节10与机架2转动连接。提吊连杆7通过接口与机械臂8的质心连接。提吊连杆7、平行四连杆6、机架2和机械臂8构成一个平行四连杆部件，使得绳5的张紧力不直接作用在机械臂8上，作用在机械臂8上的外力只有提吊连杆7竖直方向的力；弹簧3的第一端固定在机架2上，第二端与绳5的第一端连接，绳5的第二端穿过滑轮4与平行四连杆6连接。如图1所示的，通过设计几何尺寸α、b以及弹簧刚度，利用正弦三角函数，可以得到当k＝mg/b时，机械臂8在任意角度受到的提吊力均与重力等大反向，并且在机械臂8的俯仰关节处没有额外分力。 
本具体实施方式提供的重力抵消装置具有以下有益效果：一、本发明采用弹簧、轴承、连杆等零部件，使得使用过程中减少了由于控制不当或电气***故障引起的安全性隐患，可以保护高价值的空间机械臂。二、由于现有技术中对地面重力抵消装置中竖直方向的重力抵消较为困难，而本发明仅采用连杆、弹簧就可以实现机械臂的重力抵消，***摩擦阻尼仅有轴承转动摩擦阻力，因此活动范围大，重力抵消效果好。三、本发明具有造价低、使用安全、可靠的优点，该装置不仅可用作专门的空间机械臂地面支撑领域，同时还可将其推广到工农业生产的其它机器人领域。 
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明 整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 

Claims (3)

1.一种重力抵消装置，包括气浮平台(1)、机架(2)、弹簧(3)、滑轮(4)、绳(5)、平行四连杆(6)和提吊连杆(7)，机架(2)的一端与气浮平台(1)固定连接，弹簧(3)的第一端与气浮平台(1)固定连接，弹簧(3)的第二端通过滑轮(4)与绳(5)的第一端固定连接；其特征在于，平行四连杆(6)的第一端与机架(2)转动连接，平行四连杆(6)的第二端与提吊连杆(7)的第一端转动连接，绳(5)的第二端与机架(2)活动连接后再与平行四连杆(6)和提吊连杆(7)的连接点固定连接。
2.根据权利要求1所述的重力抵消装置，其特征在于，机械臂(8)与机架(2)、平行四连杆(6)和提吊连杆(7)组成平行四连杆部件。
3.根据权利要求2所述的重力抵消装置，其特征在于，在机架(2)上设置有第一俯仰关节(9)和第二俯仰关节(10)，平行四连杆(6)通过第一俯仰关节(9)与机架(2)转动连接，机械臂(8)通过第二俯仰关节(10)与机架(2)转动连接。
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