雙向作用式彈簧平衡器的研發(fā)

蘇躍飛， 韓鳳岐（長春汽車工業(yè)高等專科學校，長春130013）

1 工業(yè)機器人上的平衡裝置

很多機器人在結構上具有開環(huán)特型，使得平衡系統(tǒng)在這些機器人的設計和使用過程中具有特殊重要的地位。例如我們自主開發(fā)的一款五自由度關節(jié)型工業(yè)機器人采用了多種平衡裝置（如圖1所示），這些平衡裝置的設置主要用于平衡機器人各臂桿的自重及載荷所引起的繞各關節(jié)軸線的重力矩，以減少驅動功率的幅值及波動，進而改善機器人傳動系統(tǒng)的受力狀態(tài)。在該機器人的腕轉關節(jié)和腕擺關節(jié)采用電機平衡，小臂采用配重平衡，大臂則采用了彈簧平衡器。

圖1 五自由度關節(jié)型機器人的平衡系統(tǒng)

2 雙向作用式彈簧平衡器的結構與原理

該機器人的大臂平衡采用彈簧平衡系統(tǒng)具有結構簡單可靠、制造維修容易、成本低廉等優(yōu)點。主要缺點是∶對于普通彈簧來說，不管是拉簧還是壓簧都只能單方向承載。若需要兩個方向平衡（承載）時，勢必雙向布置兩根彈簧，這樣就會產生系統(tǒng)不夠緊湊、需要空間較大等問題。為此我們專門開發(fā)了一款雙向作用式彈簧平衡器，只用一根彈簧就有效地解決了這個問題。

雙作用式彈簧平衡器結構由內本體、外本體、支座、套、銷軸、彈簧、拉桿、滑塊、過渡盤、托盤、緩沖墊、過渡套、法蘭盤組成如圖2所示。

各零部件關系是：銷軸3安裝在機器人外本體的腰坐上，支座1與法蘭盤12連接；套2壓在內本體與外本體之間的平衡彈簧4上；法蘭盤12下連接有拉桿5、滑塊6，在內本體中的拉桿5外設有過渡套10，過渡套10下設有緩沖墊9、并與滑塊6接觸；內本體底部外設有托盤8，托盤8上設有過渡盤7，壓縮平衡彈簧4設在內本體和外本體之間與過渡盤7和套2相互作用。

其工作原理是：針對上述大臂平衡的需要，平衡器的一個支點通過銷軸3安裝在腰坐上，另一個支點通過支座1安裝在大臂上，當大臂繞肩關節(jié)逆時針轉動時如圖1所示，支座1就開始帶動法蘭盤12向下運動，并通過套2壓縮平衡彈簧4，從而起到一個方向的平衡作用。當大臂繞肩關節(jié)順時針轉動時，支座1通過法蘭盤12、拉桿5帶動滑塊6向上運動，再通過緩沖墊9、過渡套10、緩沖墊11、內本體及托盤8、過渡盤7向上壓縮平衡彈簧4，這樣就實現(xiàn)了另一個方向的平衡功能。

圖2 雙作用式彈簧平衡器的結構圖

3 結語

本雙向作用式彈簧平衡器，在各種需要平衡的機械上具有普遍適用性，克服了用普通彈簧進行平衡所帶來的結構臃腫的弊病，且有造型美觀、制造維修容易、全封閉結構使彈簧壽命長等優(yōu)點；其彈簧剛度可在機器其他零部件全都裝配調試后通過試驗確定；彈簧的種類也不限于螺旋彈簧，亦可采用剛度更大的蝶（盤）形彈簧。