蘇躍飛， 韓鳳岐（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，長春130013）

1 工業(yè)機器人上的平衡裝置

很多機器人在結(jié)構(gòu)上具有開環(huán)特型，使得平衡系統(tǒng)在這些機器人的設(shè)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(guān)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(shè)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(guān)節(jié)軸線的重力矩，以減少驅(qū)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(zhuǎn)關(guān)節(jié)和腕擺關(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)與原理

該機器人的大臂平衡采用彈簧平衡系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)由內(nèi)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(guān)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(nèi)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(nèi)本體中的拉桿5外設(shè)有過渡套10，過渡套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8，托盤8上設(shè)有過渡盤7，壓縮平衡彈簧4設(shè)在內(nèi)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(dāng)大臂繞肩關(guān)節(jié)逆時針轉(zhuǎn)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(dāng)大臂繞肩關(guān)節(jié)順時針轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)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(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)使彈簧壽命長等優(yōu)點；其彈簧剛度可在機器其他零部件全都裝配調(diào)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。