CN102452076A - 一种钢丝绳传动机构 - Google Patents

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Abstract

一种钢丝绳传动机构，由小臂、轴承、大臂、小臂驱动轴、大臂驱动轴、钢丝绳、张紧装置、小臂从动轴等构成，特征在于：将驱动装置安装到远离相关关节的基座上，设计腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部回转4个自由度，整体采用重力方向折叠展开型结构，大臂俯仰与小臂俯仰为一组平面自由度。使得整个机械臂的结构紧凑、整洁，在减轻机械臂整体重量的同时提高了对外做功的能力。

Description

一种钢丝绳传动机构
技术领域
本发明设计一种加工机械中钢丝绳传动机构。
背景技术
传统的工业机器人或者应用于特殊环境的机械臂关节普遍采用电机、齿轮减速器、关节轴三者直接连接的传动机构，这种机构要求电机与齿轮减速器安装在机械臂关节附近，机构简单但是结构不够紧凑，外观不整洁。尤其突出的缺点是：对于多关节机械臂，尤其是重力方向存在多关节运动能力的折叠展开型机械臂，下一级关节的电机与齿轮减速器等驱动装置成为上一级关节的额外负载。这一额外负载带来的负面影响往往超过机械臂连杆等必要结构件，因此提高了对机械臂动力和驱动元件的要求，由此造成整体重量、体积、造价和内部消耗的增加，降低了机械臂对外做功的能力和效率。
发明内容
本发明的目的是弥补上述不足，设计一种结构合理、布局紧凑、简洁高效的钢丝绳传动机构。
本发明的技术方案是：本发明的机械臂主要由一种简洁高效的钢丝绳传动机构构成，它将驱动装置安装到远离相关关节的基座上，使得整个机械臂的结构紧凑、整洁，在减轻机械臂整体重量的同时提高了对外做功的能力。此外，还设计了一种简单并易于操作的张紧力调节装置，可以确保钢丝绳处于充分的张紧状态，从而克服了钢丝绳传动精度不高的问题。
本发明的优点是：由于设计腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部回转4个自由度，整体采用重力方向折叠展开型结构，大臂俯仰与小臂俯仰为一组平面自由度。所以操作便由于采用对称结构放置在机械臂基座部分；腕部所需扭矩小，使用驱动装置内嵌式设计(小臂方管内部)；钢丝绳传动机构、所有传感元件和动力控制电缆均采用内嵌式设计，布置在大小臂方管内部。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的钢丝绳缠绕解决方案与有效工作长度的变化示意图；
图3是本发明的钢丝绳张紧装置示意图，图中：
小臂1 轴承2 大臂3 小臂驱动轴4 大臂驱动轴5 钢丝绳6 张紧装置7 小臂从动轴8 钢丝绳9 螺旋滚轮b10 螺旋滚轮a11 有效长度12 螺栓13 槽轮14 固定块15
推力杆16 钢丝绳17
具体实施方法
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
钢丝绳传动机构主要由小臂1、轴承2、大臂3、小臂驱动轴4、大臂驱动轴5、钢丝绳6、张紧装置7、小臂从动轴8、钢丝绳9、螺旋滚轮b10、螺旋滚轮a11、有效长度12、螺栓13、槽轮14、固定块15、推力杆16、钢丝绳17组成。机械手臂主要通过钢丝绳传动机构，把小臂俯仰关节的电机和齿轮减速器等额外负载放置在机械臂基座部分，从而减轻了对其它关节驱动元件的要求及机械臂整体的功耗，降低了机械臂自身重量，增加了其对外做功的能力和效率。如图1所示，大小臂都为中空筒状，小臂驱动轴设计V形螺旋滚轮结构缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承安装在大臂根部，轴线与大臂的长度方向保持垂直并使小臂驱动轴的V形螺旋滚轮位于大臂内部。大臂驱动轴固定在大臂根部，与小臂驱动轴保持同轴。小臂从动轴与小臂根部固定连接，两端通过轴承安装在大臂顶部，同样也设计V形螺旋滚轮结构缠绕钢丝绳。小臂从动轴的轴线与小臂驱动轴的轴线保持平行。钢丝绳缠绕在两者的V形槽轮之间，端部通过固定板固定在小臂上。大臂俯仰通过电机2和蜗轮蜗杆减速装置直接驱动来实现；小臂俯仰通过电机3和蜗轮蜗杆减速装置驱动经钢丝传动机构实现。利用涡轮蜗杆自锁特性防止突发事件对物流系统的影响。
图1机械臂的机构原理
如图2所示，设计2个V形槽螺旋滚轮具有相同的旋向，令两者直径D1，D2与导程P1，P2满足P1·D2＝P2·D1，即两者具有相同的螺旋升角。假设钢丝绳处于绷紧状态，螺旋滚轮发生滚动时，由于钢丝绳的旋入长度必然等于旋出长度，则钢丝绳有效长度范围内沿2个滚轮轴向偏移的距离也必然相等，即随着滚轮滚动，钢丝绳有效长度发生平行偏移。
钢丝绳张紧力调节装置其结构如图3所示。张紧装置整体内嵌在大臂内部，小臂驱动轴和小臂从动轴之间。固定块固定安装在大臂内部，推力杆安装在2个固定块之间，可以沿固定块的滑道滑动。调整螺栓一端安装在固定块上，一端连接推力杆。在大臂外部通过拧动调整螺栓即可改变推力杆和固定块之间的相对位置，在推力杆上自由滚动的槽轮推动钢丝绳从而实现张紧力调整。其优点是调整方便、易于操作。且将调整螺栓安装在距离推力杆较远的一端，使钢丝绳张紧时张力的合力对调整螺栓产生一个压紧固定块的作用力，从而实现张紧力调节装置内部的力平衡。
具体方法：固定块固定安装在大臂内部，推力杆安装在2个固定块之间，可以沿固定块的滑道滑动。调整螺栓一端安装在固定块上，一端连接推力杆。在大臂外部通过拧动调整螺栓即可改变推力杆和固定块之间的相对位置，在推力杆上自由滚动的槽轮推动钢丝绳从而实现张紧力调整。

Claims (3)

1.一种钢丝绳传动机构，由小臂、轴承、大臂、小臂驱动轴、大臂驱动轴、钢丝绳、张紧装置7、小臂从动轴等构成，特征在于：将驱动装置安装到远离相关关节的基座上，设计腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部回转4个自由度，整体采用重力方向折叠展开型结构，大臂俯仰与小臂俯仰为一组平面自由度。使得整个机械臂的结构紧凑、整洁，在减轻机械臂整体重量的同时提高了对外做功的能力。
2.根据权利要求1中所述的一种钢丝绳传动机构，其特征在于：采用对称结构放置在机械臂基座部分；腕部所需扭矩小，使用驱动装置内嵌式设计(小臂方管内部)；钢丝绳传动机构、所有传感元件和动力控制电缆均采用内嵌式设计，布置在大小臂方管内部。
3.根据权利要求2中所述的一种钢丝绳传动机构，其特征在于：大臂俯仰通过电机2和蜗轮蜗杆减速装置直接驱动来实现；小臂俯仰通过电机3和蜗轮蜗杆减速装置驱动经钢丝传动机构实现，采用涡轮蜗杆自锁特性。
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