具有可调整杆的主动平衡器

　　机构动力平衡常用的方法包括利用配重或质量重新分布进行平衡的方法和通过附加齿轮、杆组、弹簧、飞轮或凸轮等装置进行平衡的方法。当机器负载发生变化、或因加工误差、装配误差及使用中的磨损造成预先设计的平衡条件被破坏时，以上方法往往缺乏适应变化的柔性，使机构的动力性能达不到预期的结果或发生恶化。

　　为了增加平衡方法的适应性，各国学者进行了大量的研究和尝试，提出鲁棒设计[1]、附加冗余驱动器[2，3]和改变输入构件[4]的转速函数等多种方法，但仍在柔性、独立性，安装方便性和对原机构的影响等方面存在改进的空间，为此，Zhang[5]等提出一种结构独立的主动平衡器的设计构想，通过引入控制系统的方法来实现机构的主动平衡，研究结果表明，这种主动平衡器可以在不改变待平衡机构原有运动规律和结构的条件下，在输入扭矩、震动力矩单目标平衡或综合平衡等不同的应用场合实现其平衡作用，且当机构动力性能由于负载改变而变化时，可以通过调节其控制输入的运动规律在一定程度上补偿这种变化，使机构的动力性能得到改善。研究结果同时表明，主动平衡器对于机构震动力矩的补偿作用比较明显，而对输入扭矩的补偿显得不足。作者基于可调整机构的理念，提出具有可调整杆的主动平衡器的设计方法，旨在通过机、电两类设计参数，即主动平衡器执行机构某个或某些结构参数及其控制电机转速函数的集成设计，合理分配它们对机构动力性能的负担和贡献，为主动平衡器在外部工况或内部参数发生变化时，更为有效地对机构的动力性能，特别是输入扭矩的变化进行补偿提供可能。

　　1 设计思路

　　1. 1 主动平衡器及其设计方法描述

　　主动平衡器[5 -6]的核心为一个平面两自由度执行机构和一个控制电机，为了保证可以在不改变待平衡机构结构的情况下方便地装卸，并且在不影响待平衡机构运动特性的前提下实现其平衡作用，主动平衡器采用特殊的结构，即其两自由度执行机构的两个输入轴之一兼作输出轴，与待平衡机构的某运动构件相联，二者以相同的规律运动，另一个输入与控制电机相联，由控制电机为其提供所需的运动。

　　文献[6]对主动平衡器进行了概念设计，讨论并确定了基于平面五杆机构的 4 种主动平衡器的设计方案，给出了相应的设计步骤，概述如下:假设某单自由度机构待平衡机构上作用有震动力 F0sx、F0sy，震动力矩 M0s和输入扭矩 M0in1。为了平衡各项动力指标，在其上附加主动平衡器。主动平衡器的执行机构为由标号 1 ～ 5 的 5 个构件组成的平面两自由度五杆机构，其中，1 和 4 分别为与待平衡机构的输入构件或输出构件和控制电机相联两个主动件，5 为机架。