CN105923473A - 线缆收纳装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线缆收纳装置，包括绕线盘、转动件、绕线件、定齿轮、行星齿轮、驱动电机、传动机构、驱动轮、摆臂及连杆。定齿轮与转动件分别设置在绕线盘的端面上，驱动电机及绕线件分别固定于转动件两端，行星齿轮与驱动电机的一输出轴连接并与定齿轮啮合，驱动轮转动安装于绕线件，摆臂一端偏心地枢接在驱动轮上，连杆两端分别与绕线件、摆臂枢接，驱动轮转动时驱使摆臂另一端上下摆动，传动机构连接在驱动电机的另一输出轴与驱动轮之间，驱动电机藉由传动机构驱使驱动轮转动。本线缆收纳装置中通过齿轮传动与连杆传动的结合实现摆臂转动及摆动两个动作的同步，使线缆能够布线均匀。并且无需电性元件，抗辐照能力较强、工作寿命长。

Description

线缆收纳装置

技术领域

本发明涉及一种线缆收纳装置，尤其涉及一种运用于核电机器人上的线缆收纳装置。

背景技术

在许多领域的现场都需要使用机器人来代替人工作业，机器人的优点是可以在高辐射、高温等危险环境或狭小地域等不适宜人类前往的场所进行作业，然而，机器人作业时候需要有动力输入，并且作业时数据需要在机器人与控制端之间双向传输，因此需要机器人上接有连接线缆。

以核电领域为例，核电站机器人作为提高核安全和电站应急的重要装备之一，在核电站日常维护及事故救援方面得到广泛应用。结合核电站内部复杂环境，为保证其通讯稳定和增加其通讯稳定和增强其抗干扰能力，机器人通讯方式主要采用有缆通讯方式。由于机器人上连接了线缆，在机器人行进的过程中线缆会跟随机器人行进，因此需要实时地进行收放缆的操作。目前收放缆技术主要分为远端收放缆技术和就地收放缆技术。其中远端收放缆技术是指在控制端进行收放缆的操作，这种技术仅适用于工作路径简单、线缆抗拉能力高、线缆长度短等作业情况。而就地收放缆技术是指在机器人上进行收放缆操作，这种技术可适用于光纤等脆弱线缆的收放，满足作业距离远和路径复杂等工作要求。

采用就地收放缆技术时，需要在机器人上设置收放缆装置，收放缆装置作为机器人线缆铺设及存放的执行设备，其作业性能直接影响机器人能否正常运作及工作范围，采用先进的收放缆技术有助于提高机器人工作稳定性及可达性。收放缆装置的核心是用于收纳线缆的线缆收纳装置，目前的线缆收纳装置在结构上存在不足，需要编码器、传感器等电性元件的辅助才能进行收线。在核电领域中机器人作业场所的辐射较大，对一般电性元件的损害也较大，因此这种线缆收纳装置的维护成本高、工作寿命短。并且一旦电性元件在辐照影响下失去功能，则收线过程和效果也会受到影响，导致线缆在绕线盘上分布不均。

为解决上述问题，有必要提供一种能够使线缆布线均匀且抗辐照能力较强的线缆收纳装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使线缆布线均匀且抗辐照能力较强的线缆收纳装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种线缆收纳装置，包括绕线盘、转动件、绕线件、定齿轮、行星齿轮、驱动电机、传动机构、驱动轮、摆臂及连杆。定齿轮固定在绕线盘的端面上，转动件转动地设置在绕线盘的端面上且转动件的转动轴线与定齿轮的中心轴线重合，驱动电机固定于转动件的一端并具有两输出轴，行星齿轮与驱动电机的一输出轴连接并与定齿轮啮合，绕线件固定于转动件的另一端并在转动件的带动下围绕绕线盘的圆柱面转动，驱动轮转动地安装在绕线件上，摆臂的一端偏心地枢接在驱动轮上，连杆的一端枢接于绕线件，连杆的另一端与摆臂枢接，驱动轮转动时驱使摆臂的另一端上下摆动，传动机构设置在转动件及绕线件上并与驱动电机的另一输出轴及驱动轮连接，驱动电机藉由传动机构驱使驱动轮转动。

与现有技术相比，由于本发明线缆收纳装置的绕线盘上设置了定齿轮，而转动件上设置有驱动电机及行星齿轮，行星齿轮由驱动电机驱动并与定齿轮啮合，因此当驱动电机启动后，行星齿轮自转并通过与定齿轮的啮合关系产生绕定齿轮的公转。转动件在行星齿轮的带动下也发生转动，使绕线件能够围绕绕线盘的圆柱面转动。同时驱动电机还通过传动机构驱使驱动轮转动。绕线件与其上的驱动轮、连杆及摆臂构成凸轮连杆机构，当驱动轮转动时驱使摆臂的另一端做上下摆动的动作。综上，本线缆收纳装置中通过齿轮传动与连杆传动两种方式的结合实现了摆臂绕着绕线盘转动以及上下摆动的两个动作的同步，使线缆能够在摆臂的导向下绕到绕线盘上且布线均匀。另外，本线缆收纳装置中只采用一个驱动电机就能完成上述两个动作的同步，无需设置编码器、传感器等电性元件，因此抗辐照能力较强、工作寿命长、维护成本低。

较佳地，驱动轮的转动轴线垂直于转动件的转动轴线，摆臂在驱动轮上的枢转轴线及连杆在绕线件与摆臂上的枢转轴线均与驱动轮的转动轴线平行。

较佳地，传动机构包括第一转轮、第二转轮、传动组件及驱动件，第一转轮与第二转轮分别转动地设置在转动件与绕线件上，驱动电机的输出轴与第一转轮连接并驱使第一转轮转动，传动组件设置在第一转轮与第二转轮之间，第一转轮转动时藉由传动组件驱使第二转轮转动，驱动件连接在第二转轮与驱动轮之间并将第二转轮的转动传递给驱动轮。

具体地，第一转轮的转动轴线与第二转轮的转动轴线相互垂直，传动组件包括相互啮合的第一伞齿轮与第二伞齿轮，其中第一伞齿轮与第一转轮固定且第一伞齿轮的中心轴线与第一转轮的中心轴线重合，第二伞齿轮与第二转轮固定且第二伞齿轮的中心轴线与第二转轮的中心轴线重合。

具体地，驱动件为第一同步带，第二转轮与驱动轮均为同步带轮，第一同步带围绕在第二转轮与驱动轮之外。

具体地，传动机构还包括第三转轮、第二同步带及减速箱，第一转轮设置于转动件的一端，驱动电机与第三转轮设置在转动件的另一端，减速箱连接在驱动电机的输出轴与第三转轮之间，第一转轮与第三转轮均为同步带轮，第二同步带围绕在第一转轮与第三转轮之外。

较佳地，连杆包括相互垂直的第一段与第二段，第一段的一端枢接于绕线件，第一段的另一端与第二段的一端固定，第二段的另一端与摆臂枢接，第一段的摆动轨迹所界定的平面平行与摆臂的摆动轨迹所界定的平面，而第二段垂直于摆臂。

附图说明

图1是本发明线缆收纳装置的立体图。

图2是线缆收纳装置中摆臂的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。

如图1所示，本发明提供了一种用于收放缆装置中的线缆收纳装置2，其作用是在有限空间内最大限度的收纳线缆。线缆收纳装置2包括绕线盘20、转动件22、绕线件23、定齿轮24、行星齿轮25、驱动电机、传动机构、驱动轮27、摆臂28及连杆29。

绕线盘20的中间具有供线缆绕上的圆柱面，安装时绕线盘20的一个端面朝上而另一端面朝下。绕线盘20朝上的端面的中央设置有一转轴21，转动件22呈平板状结构，并安装在转轴21上使转动件22可以在绕线盘20上转动。绕线件23也呈平板状结构，绕线件23的上端固定在转动件22的一端，绕线件23的下端延伸到绕线盘20的圆柱面的外侧，绕线件23在转动件22的带动下围绕绕线盘20的圆柱面转动。驱动轮27转动地安装在绕线件23的下端，摆臂28的一端偏心地枢接在驱动轮27上，即摆臂28在驱动轮27上的枢接轴线与驱动轮27自身的转动轴线之间具有间距。连杆29的一端枢接于绕线件23，连杆29的另一端与摆臂28枢接，驱动轮27转动时驱使摆臂28的另一端上下摆动。定齿轮24固定在绕线盘20朝上的端面上，并且定齿轮24的中间开孔以供转轴21穿过，因此转动件22的转动轴线与定齿轮24的中心轴线重合。驱动电机(未图示)固定在转动件22的另一端并具有两个输出轴，行星齿轮25位于转动件22之下并与驱动电机的一个输出轴连接，且行星齿轮25与定齿轮24啮合。驱动电机启动后行星齿轮25自转，并利用啮合关系产生绕定齿轮24的公转，行星齿轮25的公转为转动件22在绕线盘20上的转动提供了动力。传动机构设置在转动件22及绕线件23上并与驱动电机的另一输出轴及驱动轮27连接，驱动电机藉由传动机构驱使驱动轮27转动。

具体的，驱动轮27的转动轴线垂直于转动件22的转动轴线，摆臂28在驱动轮27上的枢转轴线及连杆29在绕线件23与摆臂28上的枢转轴线均与驱动轮27自身的转动轴线平行。连杆29包括相互垂直的第一段291与第二段292，第一段291的一端枢接于绕线件23，第一段291的另一端与第二段292的一端固定，第二段292的另一端与摆臂28枢接，第一段291的摆动轨迹所界定的平面平行与摆臂28的摆动轨迹所界定的平面，而第二段292垂直于摆臂28。绕线件23与其上的驱动轮27、连杆29及摆臂28构成了一个凸轮连杆机构，如图2所示。

在本实施例中，传动机构包括第一转轮261、第二转轮262、第三转轮263、第二同步带264、减速箱265、驱动件266及传动组件。

第一转轮261与第三转轮263分别转动地安装在转动件22上，且第一转轮261在靠近绕线件23的一端，而第三转轮263在设置行星齿轮25的一端。减速箱265连接在驱动电机的另一输出轴与第三转轮263之间，使驱动电机可以驱使第三转轮263转动，并且使第三转轮263的转速可以被调节地较慢。第一转轮261与第三转轮263均是同步带轮，第二同步带264围绕在第一转轮261与第三转轮263之外，第二同步带264将第三转轮263的转动传递给第一转轮261，使第一转轮261也转动。第二转轮262转动地安装在绕线件23的上端，驱动件266连接在第二转轮262与驱动轮27之间并将第二转轮262的转动传递给驱动轮27。第二转轮262与驱动轮27都是同步带轮，驱动件266为第一同步带并围绕在第二转轮262与驱动轮27之外。

传动组件设置在第一转轮261与第二转轮262之间，第一转轮261转动时藉由传动组件驱使第二转轮262转动。具体的，由于第一转轮261的转动轴线与第二转轮262的转动轴线相互垂直，因此传动组件采用包括相互啮合的第一伞齿轮(图1角度下未显示)与第二伞齿轮267的结构，其中第一伞齿轮固定在第一转轮261之下且第一伞齿轮的中心轴线与第一转轮261的中心轴线重合，第二伞齿轮267固定在第二转轮262的一侧且第二伞齿轮267的中心轴线与第二转轮262的中心轴线重合。传动组件还可以是其他能够实现垂直换向传动的结构，如蜗轮蜗杆等。

本线缆收纳装置2的工作过程如下：进行收缆时，驱动电机启动，通过行星齿轮25与定齿轮24的啮合驱使绕线件23及摆臂28围绕绕线盘20的圆柱面转动，同时驱动电机又通过传动组件及两个同步带轮组件驱使驱动轮27转动。驱动轮27转动后使包括其在内的凸轮连杆机构发生变形，呈现出来的结果就是摆臂28的自由端会在绕着绕线盘20转动的过程中不断地做上下摇摆的运动。线缆从上往下放到摆臂28上再绕到绕线盘20上，摆臂28起到导向及理线的作用，使线缆逐层逐层地绕到绕线盘20上，过程稳定且效果均匀。

与现有技术相比，本线缆收纳装置2中通过齿轮传动与连杆传动两种方式的结合实现了摆臂28绕着绕线盘20转动以及上下摆动的两个动作的同步，使线缆能够在摆臂28的导向下绕到绕线盘20上且布线均匀。另外，本线缆收纳装置2中只采用一个驱动电机就能完成上述两个动作的同步，无需设置编码器、传感器等电性元件，因此抗辐照能力较强、工作寿命长、维护成本低。

本发明中的传动机构的实质作用是将驱动电机输出轴的转动传递给驱动轮27，在本实施例中传动机构具体为两个同步带轮组件及一个包括伞齿轮的传动组件，在其他实施例中，也可以是其他可以实现传动的结构，比如多个齿轮构成的齿轮组，使用齿轮组时，驱动轮27可以为齿轮。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种线缆收纳装置，其特征在于：包括绕线盘、转动件、绕线件、定齿轮、行星齿轮、驱动电机、传动机构、驱动轮、摆臂及连杆；

所述定齿轮固定在所述绕线盘的端面上，所述转动件转动地设置在所述绕线盘的端面上且所述转动件的转动轴线与所述定齿轮的中心轴线重合，所述驱动电机固定于所述转动件的一端并具有两输出轴，所述行星齿轮与所述驱动电机的一所述输出轴连接并与所述定齿轮啮合，所述绕线件固定于所述转动件的另一端并在所述转动件的带动下围绕所述绕线盘的圆柱面转动，所述驱动轮转动地安装在所述绕线件上，所述摆臂的一端偏心地枢接在所述驱动轮上，所述连杆的一端枢接于所述绕线件，所述连杆的另一端与所述摆臂枢接，所述驱动轮转动时驱使所述摆臂的另一端上下摆动，所述传动机构设置在所述转动件及所述绕线件上并与所述驱动电机的另一所述输出轴及所述驱动轮连接，所述驱动电机藉由所述传动机构驱使所述驱动轮转动。

2.如权利要求1所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述驱动轮的转动轴线垂直于所述转动件的转动轴线，所述摆臂在所述驱动轮上的枢转轴线及所述连杆在所述绕线件与摆臂上的枢转轴线均与所述驱动轮的转动轴线平行。

3.如权利要求1所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述传动机构包括第一转轮、第二转轮、传动组件及驱动件，所述第一转轮与第二转轮分别转动地设置在所述转动件与所述绕线件上，所述驱动电机的输出轴与所述第一转轮连接并驱使所述第一转轮转动，所述传动组件设置在所述第一转轮与所述第二转轮之间，所述第一转轮转动时藉由所述传动组件驱使所述第二转轮转动，所述驱动件连接在所述第二转轮与所述驱动轮之间并将所述第二转轮的转动传递给所述驱动轮。

4.如权利要求3所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述第一转轮的转动轴线与所述第二转轮的转动轴线相互垂直，所述传动组件包括相互啮合的第一伞齿轮与第二伞齿轮，其中所述第一伞齿轮与所述第一转轮固定且所述第一伞齿轮的中心轴线与所述第一转轮的中心轴线重合，所述第二伞齿轮与所述第二转轮固定且所述第二伞齿轮的中心轴线与所述第二转轮的中心轴线重合。

5.如权利要求3所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述驱动件为第一同步带，所述第二转轮与所述驱动轮均为同步带轮，所述第一同步带围绕在所述第二转轮与所述驱动轮之外。

6.如权利要求3所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述传动机构还包括第三转轮、第二同步带及减速箱，所述第一转轮设置于所述转动件的一端，所述驱动电机与所述第三转轮设置在所述转动件的另一端，所述减速箱连接在所述驱动电机的输出轴与所述第三转轮之间，所述第一转轮与第三转轮均为同步带轮，所述第二同步带围绕在所述第一转轮与所述第三转轮之外。

7.如权利要求1所述的线缆收纳装置，其特征在于：所述连杆包括相互垂直的第一段与第二段，所述第一段的一端枢接于所述绕线件，所述第一段的另一端与所述第二段的一端固定，所述第二段的另一端与所述摆臂枢接，所述第一段的摆动轨迹所界定的平面平行与所述摆臂的摆动轨迹所界定的平面，而所述第二段垂直于所述摆臂。