CN106481759B - 一种换向机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换向机构，包括：输入轮；输出轮，输入轮所在的平面与输出轮所在的平面相交；第一换向轮；第一传动绳；第二换向轮；第二传动绳，其一端与输入轮固定连接或铰接，另一端与输出轮固定连接或铰接，并通过第二换向轮换向，第二传动绳至少贴合输入轮的部分圆周；位于第二换向轮与输出轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输出轮均相切；位于第二换向轮与输入轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输入轮均相切。本发明提供的换向机构较简单，容易实现，且实现的成本低廉。

Description

一种换向机构

技术领域

本发明涉及机械换向领域，特别涉及到一种换向机构。

背景技术

换向机构是利用不同的机械原理使输出轮相对输入轮改变运动方向的机构换向机构是利用不同控制方法使输出轮改变运动方向的机构，常与其他机构联合使用。这种机构的具体形式很多，如利用齿轮传动、摩擦轮传动等方式换向利用皮带、齿轮、摩擦轮、棘轮、螺旋或离合器等换向。

目前现有的成熟的机械换向机构目前现有的换向机构，大都是齿轮传动式换向机构，如锥齿轮换向机构、蜗轮蜗杆换向机构。

齿轮传动式换向机构虽精度较高，但加工工序复杂，导致成本较高。所以现有的换向机构中，缺少一种加工简单、易实现且成本较低的换向机构。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中换向机构结构复杂、加工难度大，成本较高。

为解决上述问题，本发明提供一种换向机构，包括：

输入轮；

输出轮，输入轮所在的平面与输出轮所在的平面相交；

第一换向轮；

第一传动绳，其一端与输入轮固定连接或铰接，另一端与输出轮固定连接或铰接，并通过第一换向轮换向，第一传动绳至少贴合输出轮的部分圆周；位于第一换向轮与输出轮之间的第一传动绳与第一换向轮和输出轮均相切；位于第一换向轮与输入轮之间的第一传动绳与第一换向轮和输入轮均相切；

第二换向轮；

第二传动绳，其一端与输入轮固定连接或铰接，另一端与输出轮固定连接或铰接，并通过第二换向轮换向，第二传动绳至少贴合输入轮的部分圆周；位于第二换向轮与输出轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输出轮均相切；位于第二换向轮与输入轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输入轮均相切。

进一步，第一换向轮的直径和第二换向轮的直径相等。

进一步，第一换向轮和第二换向轮的直径小于输入轮和输出轮的直径。

进一步，输入轮的转动轴和输出轮的转动轴位于同一平面内。

进一步，第一换向轮和第二换向轮呈镜面对称。

进一步，第一换向轮和第二换向轮平行。

进一步，输入轮和输出轮的直径相等；或者，输入轮和输出轮的直径不相等。

进一步，输入轮、输出轮、第一换向轮和/或第二换向轮的圆周上设置有凹槽，第一传动绳和第二传动绳可容置于所述凹槽内。

进一步，第一传动绳与输入轮固定连接或铰接的位置与第二传动绳与输入轮固定连接或铰接的位置相同。

进一步，第一传动绳与输出轮固定连接或铰接的位置与第二传动绳与输出轮固定连接或铰接的位置相同。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明提供的换向机构原理简单，所产生的机械结构更易实现，且成本低廉；拓展了机械换向机构的领域，增大机械换向机构的应用范围；本发明尤其适用于类人机器人、机械臂的关节，实现固定角度范围的换向运动；本发明传动动力方面可媲关齿轮传动方式。

附图说明

图1是本发明第一实施例中第一换向轮和第二换向轮平行的换向机构的示意图；

图2是本发明第二实施例中第一换向轮和第二换向轮关于镜面对称，且向内侧靠拢的换向机构的示意图；

图3是本发明第二实施例中第一换向轮和第二换向轮关于镜面对称，且向外侧展开的换向机构的示意图；

图4是本发明第三实施例中第一换向轮和第二换向轮不关于镜面对称的换向机构的示意图；

图5是本发明第四实施例中输入轮和输出轮直径不相等的换向机构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

参考图1，本实施例提供了一种换向机构，包括输入轮10、输出轮20、第一换向轮30、第一传动绳40、第二换向轮50和第二传动绳60。

所述输入轮10具有转动轴11，所述输入轮10可以绕所述转动轴11作圆周运动，即转动，所述转动轴11垂直于所述输入轮10所在的平面。所述转动轴11固定不动，所述输入轮10不能进行移动，即所述输入轮10的圆心不能变动位置。

所述输入轮10外接动力装置，以驱动所述输入轮10转动。

输出轮20具有转动轴21，所述输出轮20可以绕所述转动轴21作圆周运动，即转动，转动轴21垂直于所述输出轮20所在的平面。所述转动轴21固定不动，所述输出轮20不能进行移动，即所述输出轮20的圆心不能变动位置。

输入轮10所在的平面与输出轮20所在的平面相交，即所述转动轴11与所述转动轴21不平行，也不重合。

第一传动绳40的一端与输入轮10固定连接或铰接于点A，另一端与输出轮20固定连接或铰接于点A’，并通过第一换向轮30换向，第一传动绳40至少贴合输出轮20的部分圆周；位于第一换向轮30与输出轮20之间的第一传动绳41与第一换向轮30和输出轮20均相切；位于第一换向轮30与输入轮10之间的第一传动绳42与第一换向轮30和输入轮10均相切。

所述第一换向轮30具有转动轴31，所述第一换向轮30可以绕所述转动轴31作圆周运动，即转动。所述转动轴31固定不动，第一换向轮30不能进行平动。

在具体实施例中，所述第一传动绳40的一端上设置有卡块，所述输入轮10上设置有卡槽，所述卡块卡入所述卡槽以进行连接。所述第一传动绳40的另一端上也设置有卡块，所述输出轮20上设置有卡槽，所述卡块卡入所述卡槽以进行连接。

在本实施例中，点A位于输入轮10的圆周上，点A’位于输出轮20的圆周上。

第一传动绳40贴合输出轮20的部分圆周，在图1中即为劣弧段A’B。

在其他实施例中，所述第一传动绳40也可以贴合输出轮20的整个圆周，甚至第一传动绳40可在输出轮20上绕上数圈。但是，如果第一传动绳40在输出轮20上绕上数圈，那么当输出轮20朝与方向1相反方向转动时，第一传动绳40会难以有效缠绕回输出轮20上。

更为具体的，输入轮10、输出轮20和第一换向轮30的圆周上设置有凹槽，第一传动绳40容置于所述凹槽内。这样便于第一传动绳40与输入轮10、输出轮20和第一换向轮30的贴合。

位于第一换向轮30与输出轮20之间的第一传动绳41与第一换向轮30相切于点C，与输出轮20相切于点B。

位于第一换向轮30与输入轮10之间的第一传动绳42与第一换向轮30相切于点D，与输入轮10均相切于点E。

第一传动绳40为A’JBCDEA。

这里，第一换向轮30、位于第一换向轮30与输出轮20之间的第一传动绳41以及位于第一换向轮30与输入轮10之间的第一传动绳42位于同一平面内。

第一传动绳40与输入轮10固定连接或铰接于点A，所述点A位于朝方向2的方向远离点E的位置上，或者与点E重合。若点A位于点E的另一侧，那么当输入轮10朝方向2的方向转动时，第一传动绳40会脱离第一换向轮30，且第一传动绳40无法贴合到输入轮10的圆周上，这违背了换向机构的功能，不是本发明的描述的换向机构。

同样的，点A可以设置在位于朝方向2的方向远离点E的其他位置上，甚至第一传动绳40可在输入轮10上绕上数圈。

第二传动绳60的一端与输入轮10固定连接或铰接于点F，另一端与输出轮20固定连接或铰接于点I，并通过第二换向轮50换向，第二传动绳60至少贴合输入轮10的部分圆周；位于第二换向轮50与输出轮20之间的第二传动绳61与第二换向轮50和输出轮20均相切；位于第二换向轮50与输入轮10之间的第二传动绳62与第二换向轮50和输入轮10均相切。

所述第一传动绳40和第二传动绳60分别位于输入轮10和输出轮20的两侧。若所述第一传动绳40和第二传动绳60位于输入轮10和输出轮20的同一侧，那么无法实现换向机构的换向功能，这种设计不是本发明所描述的换向机构。

所述第二换向轮50具有转动轴51，所述第二换向轮50可以绕所述转动轴51作圆周运动，即转动，转动轴51垂直于所述第二换向轮50所在的平面。所述转动轴51固定不动，第二换向轮50不能进行移动，即第二换向轮50的圆心不能变动位置。

在具体实施例中，所述第二传动绳60的一端上设置有卡块，所述输入轮10上设置有卡槽，所述卡块卡入所述卡槽以进行连接。所述第二传动绳60的另一端上也设置有卡块，所述输出轮20上设置有卡槽，所述卡块卡入所述卡槽以进行连接。

在本实施例中，点F位于输入轮10的圆周上，点I位于输出轮20的圆周上。

第二传动绳60贴合输入轮10的部分圆周，在图1中即为劣弧段FM。

在其他实施例中，所述第二传动绳60也可以贴合输入轮10的整个圆周，甚至第二传动绳60可在输入轮10上绕上数圈。但是，如果第二传动绳60在输入轮10上绕上数圈，那么当输入轮10朝与方向2相反方向转动时，第二传动绳60会难以有效缠绕回输入轮10上。

更为具体的，输入轮10、输出轮20和第二换向轮50的圆周上设置有凹槽，第二传动绳60容置于所述凹槽内。这样便于第二传动绳60与输入轮10、输出轮20和第二换向轮50的贴合。

位于第二换向轮50与输出轮20之间的第二传动绳61与第二换向轮50相切于点K，与输出轮20相切于点H。

位于第二换向轮50与输入轮10之间的第二传动绳62与第二换向轮50相切于点L，与输入轮10均相切于点M。

第二传动绳60为FGMLKHI。

这里，第二换向轮50、位于第二换向轮50与输出轮20之间的第二传动绳61以及位于第二换向轮50与输入轮10之间的第二传动绳62位于同一平面内。

输出轮20、位于第二换向轮50与输出轮20之间的第二传动绳61以及位于第一换向轮30与输出轮20之间的第一传动绳41位于同一平面内。

输入轮10、位于第二换向轮50与输入轮10之间的第二传动绳62以及位于第一换向轮30与输入轮10之间的第一传动绳42位于同一平面内。

第二传动绳60与输出轮20固定连接或铰接于点I，所述点I位于朝方向1的方向远离点H的位置上，或者与点H重合。若点I位于点H的另一侧，那么当输出轮20朝方向1的方向转动时，第二传动绳60会脱离第二换向轮50，且第二传动绳60无法贴合到输出轮20的圆周上，这违背了换向机构的功能，不是本发明的描述的换向机构。

同样的，点I可以设置在位于朝方向1的方向远离点E的其他位置上，甚至，第二传动绳60可在输出轮20上绕上数圈。

在这里，需要注意，当第一传动绳40与输出轮20的贴合位置和第二传动绳60与输出轮20的贴合位置有重叠时，最好在输出轮20上设置两个凹槽分别供第一传动绳40和第二传动绳60使用，防止第一传动绳40和第二传动绳60相互缠绕或者摩擦而阻碍转动。

同样的，当第一传动绳40与输入轮10的贴合位置和第二传动绳60与输入轮10的贴合位置有重叠时，最好在输入轮10上设置两个凹槽分别供第一传动绳40和第二传动绳60使用，防止第一传动绳40和第二传动绳60相互缠绕或者摩擦而阻碍转动。

在本实施例中，第一换向轮30的直径和第二换向轮50的直径相等。更为具体的，第一换向轮30和第二换向轮50的直径小于输入轮10和输出轮20的直径。当然，在其他实施例中，第一换向轮30的直径和第二换向轮50的直径也可以不相等，甚至第一换向轮30的直径和第二换向轮50的直径可以大于输入轮10和输出轮20的直径。

输入轮10的转动轴11和输出轮20的转动轴21位于同一平面内。

在本实施例中，第一换向轮30和第二换向轮50呈镜面对称。

在本实施例中，第一换向轮30和第二换向轮50平行。

在本实施例中，输入轮10和输出轮20的直径相等。这样，输入轮10转动的角度与输出轮20转动的角度相等，即输入轮10转动多少角度，就会带动输出轮20转动多少角度。

在其他实施例中，第一传动绳40与输入轮10固定连接或铰接的位置和第二传动绳60与输入轮10固定连接或铰接的位置相同，例如，都在点A。第一传动绳40与输出轮20固定连接或铰接的位置和第二传动绳60与输出轮20固定连接或铰接的位置相同，例如，都在点A’。

换向机构具体的工作原理如下：

输入轮10沿方向2转动，带动第一传动绳40与输入轮10的连接点，即点A沿方向2转动，例如到达点F，则第一传动绳40与输入轮10的贴合长度增加劣弧AF的长度。由于第一传动绳40朝输入轮10方向运动，第一传动绳40与第一换向轮30因贴合而产生的摩擦力带动第一换向轮30沿方向3转动，进而带动输出轮20沿方向1转动，这时，第一传动绳40与输出轮20的连接点，即点A’沿方向1转动，例如到达点J，第一传动绳40与输出轮20的贴合长度减少劣弧A'J的长度。由于第一传动绳40是不可拉伸的，因此劣弧A'J的长度等与劣弧AF的长度。

同样的，由于输出轮20沿方向1转动，带动第二传动绳60与输出轮20的连接点，即点I沿方向1转动，例如到达点A’，则第二传动绳60与输出轮20的贴合长度增加劣弧IA'的长度。由于第二传动绳60朝输出轮20方向运动，带动第二换向轮50沿方向5转动，同时，第二传动绳60与输入轮10的连接点，即点F沿方向2转动，例如到达点G，第二传动绳60与输入轮10的贴合长度减少劣弧FG的长度。由于第二传动绳60是不可拉伸的，因此劣弧IA'的长度等与劣弧FG的长度。

由于输入轮10、输出轮20、第一换向轮30和第二换向轮50不能平动，因此，劣弧A'J、劣弧AF、劣弧IA'和劣弧FG的长度均相等。

输入轮10在转动过程中应当注意极限，防止第一传动绳40与输出轮20的连接点A’转动超过点B，同样的，还要防止第二传动绳60与输入轮10的连接点F转动超过点M。

由此可知，本换向机构的换向传动比为输入轮、输出轮的直径比；换向角度为输入轮所在平面与输出轮所在平面的夹角；传动角度为输入轮10允许转动的角度和输出轮20允许转动的角度中的较小值。

当输入轮10朝方向2相反的方向转动时，原理与上述相同，不再累述。

通过上述换向机构即可实现换向功能。

本换向机构原理简单，所产生的机械结构更易实现，且成本低廉；拓展了机械换向机构的领域，增大机械换向机构的应用范围；本发明尤其适用于类人机器人、机械臂的关节，实现固定角度范围的换向运动；本发明传动动力方面可媲美齿轮传动方式

第二实施例

本实施例与第一实施例的区别在于，本实施例的第一换向轮和第二换向轮不平行，但关于镜面对称。

在本实施例中，参考图2，第一换向轮30和第二换向轮50不平行，但关于镜面对称，且向内侧靠拢。第一换向轮30和第二换向轮50向内侧靠拢时，输入轮10的转动幅度得到增大，但是第一换向轮30和第二换向轮50的转动轴安装的空间相对缩小了。

在其他实施例中，参考图3，第一换向轮30和第二换向轮50不平行，但关于镜面对称，且向外侧展开。第一换向轮30和第二换向轮50的转动轴安装的空间相对增大了，但是，输入轮10的转动幅度减小了。

第三实施例

参考图4，本实施例与第一实施例和第二实施例的区别在于，本实施例的第一换向轮30和第二换向轮50不平行，也不关于镜面对称。

第四实施例

参考图5，本实施与第一实施例的区别在于，本实施例的输入轮10的直径小于输出轮20的直径。

这时，相对于输入轮10的直径与输出轮20的直径相等的设计，如果负载相同，需要更小的驱动扭矩，所需的输入转速变大。

在其他实施例中，输入轮10的直径可以大于输出轮20的直径。同样的，相对于输入轮10的直径与输出轮20的直径相等的设计，如果负载相同，需要更大的驱动扭矩，所需的输入转速变小。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种换向机构，其特征在于，包括：

输入轮；

输出轮，输入轮所在的平面与输出轮所在的平面相交；

第一换向轮；

第一传动绳，其一端与输入轮固定连接或铰接，另一端与输出轮固定连接或铰接，并通过第一换向轮换向，第一传动绳至少贴合输出轮的部分圆周；位于第一换向轮与输出轮之间的第一传动绳与第一换向轮和输出轮均相切；位于第一换向轮与输入轮之间的第一传动绳与第一换向轮和输入轮均相切；

第二换向轮；

第二传动绳，其一端与输入轮固定连接或铰接，另一端与输出轮固定连接或铰接，并通过第二换向轮换向，第二传动绳至少贴合输入轮的部分圆周；位于第二换向轮与输出轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输出轮均相切；位于第二换向轮与输入轮之间的第二传动绳与第二换向轮和输入轮均相切。

2.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，第一换向轮的直径和第二换向轮的直径相等。

3.如权利要求2所述的换向机构，其特征在于，第一换向轮和第二换向轮的直径小于输入轮和输出轮的直径。

4.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，输入轮的转动轴和输出轮的转动轴位于同一平面内。

5.如权利要求4所述的换向机构，其特征在于，第一换向轮和第二换向轮呈镜面对称。

6.如权利要求5所述的换向机构，其特征在于，第一换向轮和第二换向轮平行。

7.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，输入轮和输出轮的直径相等；或者，输入轮和输出轮的直径不相等。

8.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，输入轮、输出轮、第一换向轮和/或第二换向轮的圆周上设置有凹槽，第一传动绳和第二传动绳可容置于所述凹槽内。

9.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，第一传动绳与输入轮固定连接或铰接的位置与第二传动绳与输入轮固定连接或铰接的位置相同。

10.如权利要求1所述的换向机构，其特征在于，第一传动绳与输出轮固定连接或铰接的位置与第二传动绳与输出轮固定连接或铰接的位置相同。