CN105546069B - 一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械臂驱动动力技术领域，尤其涉及一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，它包括拨盘、槽轮驱动电机、机构支板、六角板、钢丝转轮、槽轮、传动齿轮等，其中槽轮驱动电机通过摇臂带动槽轮做一个圆周内六次间隙旋转的运动；六组传动齿轮、锥齿、钢丝转轮组合分别安装在六角板的六个角上，钢丝驱动电机在每一次停留位置处与六组中的任意一组的传动齿轮啮合，进而驱动该组钢丝转轮上的钢丝的拖拉；在槽轮运动一周内，六个钢丝转轮均依次被驱动一次，而在被驱动时间内，调节电机的扭矩和转速独立控制每一个钢丝转轮的转角和转速，从而控制基于钢丝驱动的机械臂。本发明使用了时序控制，大大减少了结构的复杂性，具有较好的实用效果。
Description
所属技术领域
本发明属于机械臂驱动动力技术领域，尤其涉及一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构。
背景技术
目前机械臂的驱动方式多使用伺服电机驱动、钢丝驱动、液压驱动等，少部分使用人造肌肉驱动；其中液压驱动需要强大的动力来对液压油增压驱动，将会增加了设备的重量和对技术成熟度要求较高，所以成本较高，对于人造肌肉驱动，虽然驱动的方式先进，但是制造成本目前是最高的，导致一般的机械臂使用人造肌肉驱动很不划算。伺服电机驱动和钢丝驱动需要使用与机械臂自由度数目相同的驱动电机数目，造成机构较为复杂，当然成本是最低的；所以设计一款成本较低和结构简单的驱动方式是非常具有必要的。
本发明通过针对钢丝驱动的机械臂的动力驱动机构改进设计，设计一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，它是采用以下技术方案来实现的。
一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，其特征在于：它包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；
上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；
上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合。
本发明中使用了槽轮间隙运动的特点，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机整体做间隙停留圆周运动。发明中设计的槽轮槽数为6个，在运行一周内，钢丝驱动电机在6个停留位置上停留一段时间，在六个停留位置上，相对应的设计六个传动齿轮与钢丝驱动电机齿轮配合。同一时间内有且仅有一个传动齿轮被驱动。将钢丝一端缠绕在钢丝转轮上，钢丝的另一端与机械臂的转动点连接，钢丝转轮的转动能够拉动钢丝运动，进而驱动机械臂的运动。
作为本技术的进一步改进，上述槽轮槽数可以为3-10个，根据所需驱动的机械臂的自由度数量可做对应的设计，可驱动3-10个的自由度。槽数或者所驱动的自由度数范围根据以下方面确定，首先槽轮间隙机构最小的槽数为3个，其次槽轮槽数很多时，在相同的时间内转动一周，每一次的停留时间将会缩短，这将影响驱动的可靠性和可控制性，所以设计中给出槽数的取值范围。
作为本技术的进一步改进，上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。设计平衡柱是为了抵消钢丝驱动电机整体做离心间隙转动时对机构产生的震动。
作为本技术的进一步改进，上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。设计与钢丝转轮相对应的钢丝孔为了保证钢丝之间不出现相互缠绕和干涉。
作为本技术的进一步改进，上述六角板的角数与槽轮槽数一致，可以为3-10个。
相对于传统的机械臂驱动动力技术，本发明中槽轮安装在机构支板上，槽轮驱动电机安装在机构支板上，槽轮驱动电机通过摇臂带动槽轮做一个圆周内六次间隙旋转的运动，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机同样做间隙旋转；六组传动齿轮、锥齿、钢丝转轮组合分别安装在六角板的六个角上，钢丝驱动电机根据槽轮槽数有六次停留，每一次停留位置处与六组中的任意一组的传动齿轮啮合，该组的传动齿轮通过锥齿组合带动该组的钢丝转轮转动，进而驱动该组钢丝转轮上的钢丝的拖拉；在槽轮运动一周内，六个钢丝转轮均依次被驱动一次，而在被驱动时间内，调节电机的扭矩和转速独立控制每一个钢丝转轮的转角和转速，进而使用很少的电机通过时序控制带动多个钢丝转轮运动，进而驱动多个钢丝的拖拉，从而可以控制多自由度的基于钢丝驱动的机械臂。本发明使用了时序控制，大大减少了结构的复杂性，具有较好的实用效果。
附图说明
图1是整体部件分布示意图。
图2是整体部件侧视图。
图3是去掉环孔盖板后整体结构示意图。
图4是环孔盖板支撑安装示意图。
图5是六角板支柱安装示意图。
图6是六角板安装侧视图。
图7是六角板任意一个角上结构示意图。
图8是六角板任意一个角上结构侧视图。
图9是拨盘及槽轮驱动电机安装示意图。
图10是摇臂与槽轮配合示意图。
图11是钢丝驱动电机安装示意图。
图12是平衡柱安装示意图。
图13是钢丝驱动电机齿轮与传动齿轮配合示意图。
图14是钢丝驱动电机齿轮运动轨迹示意图。
图中标号名称：1、环孔盖板，2、槽轮支撑轮，4、环孔盖板支撑，5、拨盘，6、槽轮驱动电机，7、摇臂，8、机构支板，9、六角板支柱，10、钢丝孔，11、六角板，12、钢丝转轮，13、钢丝转轮支撑，14、钢丝转轮锥齿，15、传动齿轮锥齿，16、传动齿轮，17、钢丝转轮转轴，18、传动齿轮转轴，19、摇臂圆柱销，20、钢丝驱动电机，21、槽轮，22、槽轮转轴，23、钢丝驱动电机齿轮，24、平衡柱。
具体实施方式
如图1、2、3所示，它包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中，如图9所示，槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；如图10所示，槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，如图11所示，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；如图4所示，环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，如图5、6所示，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；
如图3所示，上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：如图7、8所示，钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；
如图13所示，上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合，如图14所示，钢丝驱动电机齿轮随着钢丝驱动电机整体做圆周运动，运动过程中依次与各个传动齿轮啮合。
本发明中使用了槽轮间隙运动的特点，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机整体做间隙停留圆周运动。发明中设计的槽轮槽数为6个，在运行一周内，钢丝驱动电机在6个停留位置上停留一段时间，在六个停留位置上，相对应的设计六个传动齿轮与钢丝驱动电机齿轮配合。同一时间内有且仅有一个传动齿轮被驱动。将钢丝一端缠绕在钢丝转轮上，钢丝的另一端与机械臂的转动点连接，钢丝转轮的转动能够拉动钢丝运动，进而驱动机械臂的运动。
上述槽轮槽数可以为3-10个，根据所需驱动的机械臂的自由度数量可做对应的设计，可驱动3-10个的自由度。槽数或者所驱动的自由度数范围根据以下方面确定，首先槽轮间隙机构最小的槽数为3个，其次槽轮槽数很多时，在相同的时间内转动一周，每一次的停留时间将会缩短，这将影响驱动的可靠性和可控制性，所以设计中给出槽数的取值范围。
如图12所示，上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。设计平衡柱是为了抵消钢丝驱动电机整体做离心间隙转动时对机构产生的震动。
上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮如图2所示，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。设计与钢丝转轮相对应的钢丝孔为了保证钢丝之间不出现相互缠绕和干涉。
上述六角板的角数与槽轮槽数一致，可以为3-10个。
综上所述，本发明中槽轮安装在机构支板上，槽轮驱动电机安装在机构支板上，槽轮驱动电机通过摇臂带动槽轮做一个圆周内六次间隙旋转的运动，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机同样做间隙旋转；六组传动齿轮、锥齿、钢丝转轮组合分别安装在六角板的六个角上，钢丝驱动电机根据槽轮槽数有六次停留，每一次停留位置处与六组中的任意一组的传动齿轮啮合，该组的传动齿轮通过锥齿组合带动该组的钢丝转轮转动，进而驱动该组钢丝转轮上的钢丝的拖拉；在槽轮运动一周内，六个钢丝转轮均依次被驱动一次，而在被驱动时间内，调节电机的扭矩和转速独立控制每一个钢丝转轮的转角和转速，进而使用很少的电机通过时序控制带动多个钢丝转轮运动，进而驱动多个钢丝的拖拉，从而可以控制多自由度的基于钢丝驱动的机械臂。本发明使用了时序控制，大大减少了结构的复杂性，具有较好的实用效果。
Claims (3)
1.一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，其特征在于：它包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；
上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；
上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合。
2.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，其特征在于：上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。
3.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的机械臂动力驱动机构，其特征在于：上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。
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