蘇躍飛， 韓鳳岐（長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校，長(zhǎng)春130013）

1 工業(yè)機(jī)器人上的平衡裝置

很多機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有開(kāi)環(huán)特型，使得平衡系統(tǒng)在這些機(jī)器人的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中具有特殊重要的地位。例如我們自主開(kāi)發(fā)的一款五自由度關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人采用了多種平衡裝置（如圖1所示），這些平衡裝置的設(shè)置主要用于平衡機(jī)器人各臂桿的自重及載荷所引起的繞各關(guān)節(jié)軸線的重力矩，以減少驅(qū)動(dòng)功率的幅值及波動(dòng)，進(jìn)而改善機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)的受力狀態(tài)。在該機(jī)器人的腕轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和腕擺關(guān)節(jié)采用電機(jī)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(guān)節(jié)型機(jī)器人的平衡系統(tǒng)

2 雙向作用式彈簧平衡器的結(jié)構(gòu)與原理

該機(jī)器人的大臂平衡采用彈簧平衡系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、制造維修容易、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是∶對(duì)于普通彈簧來(lái)說(shuō)，不管是拉簧還是壓簧都只能單方向承載。若需要兩個(gè)方向平衡（承載）時(shí)，勢(shì)必雙向布置兩根彈簧，這樣就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)不夠緊湊、需要空間較大等問(wèn)題。為此我們專門開(kāi)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(gè)問(wèn)題。

雙作用式彈簧平衡器結(jié)構(gòu)由內(nèi)本體、外本體、支座、套、銷軸、彈簧、拉桿、滑塊、過(guò)渡盤(pán)、托盤(pán)、緩沖墊、過(guò)渡套、法蘭盤(pán)組成如圖2所示。

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

其工作原理是：針對(duì)上述大臂平衡的需要，平衡器的一個(gè)支點(diǎn)通過(guò)銷軸3安裝在腰坐上，另一個(gè)支點(diǎn)通過(guò)支座1安裝在大臂上，當(dāng)大臂繞肩關(guān)節(jié)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如圖1所示，支座1就開(kāi)始帶動(dòng)法蘭盤(pán)12向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)套2壓縮平衡彈簧4，從而起到一個(gè)方向的平衡作用。當(dāng)大臂繞肩關(guān)節(jié)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座1通過(guò)法蘭盤(pán)12、拉桿5帶動(dòng)滑塊6向上運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)緩沖墊9、過(guò)渡套10、緩沖墊11、內(nèi)本體及托盤(pán)8、過(guò)渡盤(pán)7向上壓縮平衡彈簧4，這樣就實(shí)現(xiàn)了另一個(gè)方向的平衡功能。

圖2 雙作用式彈簧平衡器的結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

本雙向作用式彈簧平衡器，在各種需要平衡的機(jī)械上具有普遍適用性，克服了用普通彈簧進(jìn)行平衡所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)臃腫的弊病，且有造型美觀、制造維修容易、全封閉結(jié)構(gòu)使彈簧壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；其彈簧剛度可在機(jī)器其他零部件全都裝配調(diào)試后通過(guò)試驗(yàn)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(pán)）形彈簧。