CN107676438A - 一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构。绳驱动机器人传动装置包括驱动电机、连接板、自张紧结构、传动绳、输出装置；其中自张紧结构的组成零件包括传动轴、涡卷弹簧、单向轴承、绕线轴、盖板、轴用挡圈、孔用挡圈、键、螺钉等紧固件。本发明采用涡卷弹簧作为弹性元件，能提供张紧所需的力；采用单向轴承作为方向控制元件，来实现自锁的功能。本发明将传统张紧结构与传动结构融合为一个模块，有效的减小了布局空间的尺寸，并且能在传动过程中实现传动绳动态地自张紧，可以有效地应用于涉及绳驱动的各种场合。
Description
技术领域
本发明涉及绳驱动机器人领域，具体涉及一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构。
背景技术
绳索作为一种可靠的柔性传动介质，有着柔性传动振动小，同时又能达到刚性传动的精度的独特优势，使得绳驱动具有精度高、噪声低、传动平稳、无需润滑、易于安装和维护等特点，在国外已被用到机器人和精密传动装置等领域。在机器人技术中，主要应用于并联机构和机器人手爪的传动，绳驱动可以实现远距离传动，并有效降低了关节的重量，实现机械臂的轻量化。绳驱动技术的研究越来越受到人们的重视和关注。
基于绳驱动时张紧力的要求，绳驱动机器人传动装置中必须有一个类似于带传动张紧轮的张紧结构。目前，绳驱动机器人传动装置的张紧结构一般都是刚性张紧，由于装配过程需要预紧，同时传动绳会产生小形变，导致传动绳实际的长度和拉力总是在变化，传统刚性张紧结构无法动态地适应这种情况；另外，目前的张紧结构体积较大，不够紧凑。所以，设计一个结构紧凑并且能够自适应张紧的张紧结构是绳驱动机器人应用中一个急需解决的问题。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公告号CN106426098A介绍了一种钢丝绳传动柔性张紧机构，通过螺钉带动滑块移动，滑块连接张紧轮，实现静态张紧效果；同时装置采用弹簧，利用弹簧形变产生可以自适应调节的反力；故而使得张紧结构具备一定的自适应能力。该张紧结构虽然紧凑，但采用螺旋结构调节，仍然无法节省布局空间，不能达到小型绳驱动设备的张紧要求。
发明内容
本发明目的是解决目前绳驱动机器人传动装置中存在的张紧结构布局空间大以及无法动态适用工作过程中传动绳长变化的问题，提出一种由涡卷弹簧提供张紧力、单向轴承控制自锁方向的自张紧结构。
本发明所采用的技术方案为：一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，绳驱动机器人传动装置包括驱动电机、连接板、自张紧装置、传动绳Ⅱ、传动绳Ⅰ、输出轮和轴承；自张紧装置包括两个部分：自张紧装置Ⅰ、自张紧装置Ⅱ。自张紧装置Ⅰ、自张紧装置Ⅱ通过同一个传动轴相连。自张紧装置Ⅰ与自张紧装置Ⅱ可以单独提供动力，通过传动绳Ⅱ、传动绳Ⅰ将运动传递到输出部件。
进一步地，在自张紧装置Ⅰ、自张紧装置Ⅱ中，当传动轴固定时，卷簧Ⅰ的弹力方向与单向轴承Ⅰ的旋转方向相同；卷簧Ⅱ的弹力方向与单向轴承Ⅱ的旋转方向相同；同时，单向轴承Ⅰ与单向轴承Ⅱ的旋转方向相反。
进一步地，绕线轮Ⅰ、绕线轮Ⅱ、输出轮上有环形走线槽，环形走线槽上有径向光孔，端面有螺纹孔。驱动绳沿着环形槽穿进径向光孔，分别用紧线螺钉Ⅰ、紧线螺钉Ⅱ、紧线螺钉Ⅲ、紧线螺钉Ⅳ紧固。当传动绳Ⅱ出现松弛时，在卷簧Ⅱ的弹力作用下，传动绳Ⅱ便会张紧，并带动单向轴承Ⅱ外圈旋转小角度，同时由单向轴承Ⅱ实现自锁；同理，当传动绳Ⅰ出现松弛时，在卷簧Ⅰ的弹力作用下，传动绳Ⅰ便会张紧，并带动单向轴承Ⅰ外圈旋转小角度，同时由单单向轴承Ⅰ实现自锁，从而实现张紧效果。
进一步地，取任一驱动电机旋转方向为正转方向，当驱动电机正转时，若自张紧装置Ⅰ、传动绳Ⅰ为主动运动，则自张紧装置Ⅱ、传动绳Ⅱ做从动运动；同理，驱动电机反转时，自张紧装置Ⅱ、传动绳Ⅱ为主动运动，自张紧装置Ⅰ、传动绳Ⅰ做从动运动。便可由驱动电机正反转实现输出轮的正反转。
本发明与现有技术相比的有以下效果：
一、本发明是一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构。采用涡卷弹簧作为弹性元件，能提供张紧所需的力；采用单向轴承作为方向控制元件，来实现自锁的功能，从而实现自张紧效果。
二、本发明具有一定的自适应能力。涡卷弹簧根据形变提供张紧所需的弹力，能够自适应地补偿传动绳在系统运转过程中产生的变形量，从而提高绳驱动机器人传动装置的寿命与可靠性。
三、本发明有效节省了布局空间，可与电机形成模块化单元，可广泛应用于如绳驱动机器人、绳驱动机械臂等众多需要张紧的绳驱动场合。
附图说明
图1为绳驱动机器人传动装置的整体结构示意图；
图2为本发明中自张紧装置Ⅰ的装配图及爆炸图；
图3为本发明中自张紧装置Ⅱ的装配图及爆炸图；
图4为本发明中卷簧安装半剖示意图；
图5为本发明中传动绳固定示意图。
图中附图标记含义为：1为驱动电机，2为连接板，3为自张紧装置Ⅰ，4为自张紧装置Ⅱ，5为传动绳Ⅱ，6为传动绳Ⅰ，7为输出轮，8为轴承，9为内六角螺钉Ⅰ，10为卷簧Ⅰ盖板，11为传动轴，12为卷簧Ⅰ，13为单向轴承Ⅰ外径键，14为轴用挡圈Ⅰ，15为孔用挡圈Ⅰ，16为单向轴承Ⅰ内径键，17为单向轴承Ⅰ，18为紧线螺钉Ⅰ，19为绕线轮Ⅰ，20为内六角螺钉Ⅱ，21为卷簧Ⅱ盖板，22为卷簧Ⅱ，23为紧线螺钉Ⅱ，24为轴用挡圈Ⅱ，25为挡圈Ⅱ，26为轴承Ⅱ内径键，27为轴承Ⅱ外径键，28为单向轴承Ⅱ，29为绕线轮Ⅱ，30为紧线螺钉Ⅲ，31为紧线螺钉Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图对本申请进一步说明：本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了具体实施方式和操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所应用的绳驱动机器人传动装置包括驱动电机1、连接板2、自张紧结构、传动绳Ⅱ5、传动绳Ⅰ6、输出轮7、轴承8。所述的自张紧结构包括两个部分：自张紧装置Ⅰ3、自张紧装置Ⅱ4。自张紧装置Ⅰ3与自张紧装置Ⅱ4可以单独提供动力，通过传动绳Ⅱ5、传动绳Ⅰ6将运动传递到输出轮7。可取任一驱动电机旋转方向为正转方向，当驱动电机1正转时，若自张紧装置Ⅰ3、传动绳Ⅰ6为主动运动，则自张紧装置Ⅱ4、传动绳Ⅱ5做从动运动；同理，驱动电机1反转时，自张紧装置Ⅱ4、传动绳Ⅱ5为主动运动，自张紧装置Ⅰ3、传动绳Ⅰ6做从动运动。便可由驱动电机正反转实现输出轮7的正反转。
如图2、图4所示，单向轴承Ⅰ17安装在传动轴11上，通过单向轴承Ⅰ内径键16实现周向定位，通过轴用挡圈Ⅰ14以及轴肩实现轴向定位；绕线轮Ⅰ19安装在单向轴承Ⅰ17上，通过单向轴承Ⅰ外径键13实现周向定位，通过孔用挡圈Ⅰ15以及阶梯孔实现轴向定位；在传动轴11、绕线轮Ⅰ19上加工出槽口，将卷簧Ⅰ12的内外圈分别嵌入传动轴11、绕线轮Ⅰ19的槽口内，再由卷簧Ⅰ盖板10、内六角螺钉Ⅰ9封装。当传动轴11固定时，卷簧Ⅰ12的弹力方向与单向轴承Ⅰ17的旋转方向相同。
如图3、图4所示，安装方式与图2类似，单向轴承Ⅱ28安装在传动轴11上，通过轴承Ⅱ内径键26实现周向定位，通过轴用挡圈Ⅱ24以及轴肩实现轴向定位；绕线轮Ⅱ29安装在单向轴承Ⅱ28上，通过轴承Ⅱ外径键27实现周向定位，通过孔用挡圈Ⅱ25以及阶梯孔实现轴向定位；在传动轴11、绕线轮Ⅱ29上加工出槽口，将卷簧Ⅱ22的内外圈分别嵌入传动轴11、绕线轮Ⅱ29的槽口内，再由卷簧Ⅱ盖板21、内六角螺钉Ⅱ20封装。当传动轴11固定时，卷簧Ⅱ22的弹力方向与单向轴承Ⅱ28的旋转方向相同；同时，单向轴承Ⅰ17与单向轴承Ⅱ28的旋转方向相反。
如图5所示，绕线轮Ⅰ19、绕线轮Ⅱ29、输出轮7上有环形走线槽，环形走线槽上有径向光孔，端面有螺纹孔。驱动绳沿着环形槽穿进径向光孔，分别用紧线螺钉Ⅰ18、紧线螺钉Ⅱ23、紧线螺钉Ⅲ30、紧线螺钉Ⅳ31紧固。当传动绳Ⅱ5出现松弛时，在卷簧Ⅱ22的弹力作用下，传动绳Ⅱ5便会张紧，并带动单向轴承Ⅱ28外圈旋转小角度，同时由单向轴承Ⅱ28实现自锁；同理，当传动绳Ⅰ6出现松弛时，在卷簧Ⅰ12的弹力作用下，传动绳Ⅰ6便会张紧，并带动单向轴承Ⅰ17外圈旋转小角度，同时由单单向轴承Ⅰ17实现自锁，实现张紧。
总之，本发明采用涡卷弹簧提供张紧力、单向轴承控制自锁方向，在绳驱动机器人传动装置工作过程中，能够很好地实现自适应动态张紧，同时模块化的设计也有效节省了布局空间，有效提高绳驱动机器人传动装置的寿命与可靠性。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，其特征在于：绳驱动机器人传动装置包括驱动电机(1)、连接板(2)、自张紧结构、传动绳Ⅱ(5)、传动绳Ⅰ(6)、输出轮(7)和轴承(8)；所述的自张紧结构包括两个部分：自张紧装置Ⅰ(3)、自张紧装置Ⅱ(4)；自张紧装置Ⅰ(3)由内六角螺钉Ⅰ(9)、卷簧Ⅰ盖板(10)、传动轴(11)、卷簧Ⅰ(12)、轴承Ⅰ外径键(13)、轴用挡圈Ⅰ(14)、孔用挡圈Ⅰ(15)、轴承Ⅰ内径键(16)、单向轴承Ⅰ(17)、紧线螺钉Ⅰ(18)、绕线轮Ⅰ(19)组成；自张紧装置Ⅱ(4)由内六角螺钉Ⅱ(20)、卷簧Ⅱ盖板(21)、传动轴(11)、卷簧Ⅱ(22)、紧线螺钉Ⅱ(23)、轴用挡圈Ⅱ(24)、孔用挡圈Ⅱ(25)、轴承Ⅱ内径键(26)、轴承Ⅱ外径键(27)、单向轴承Ⅱ(28)、绕线轮Ⅱ(29)组成；自张紧装置Ⅰ(3)、自张紧装置Ⅱ(4)通过传动轴(11)相连接。
2.权利要求1所述的一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，其特征在于：当传动轴(11)固定时，对于自张紧装置Ⅰ(3)而言，卷簧Ⅰ(12)的弹力方向与单向轴承Ⅰ(17)的旋转方向相同；对于自张紧装置Ⅱ(4)而言，卷簧Ⅱ(22)的弹力方向与单向轴承Ⅱ(28)的旋转方向相同；同时，单向轴承Ⅰ(17)与单向轴承Ⅱ(28)的旋转方向相反。
3.权利要求1或2所述的一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，其特征在于：对于自张紧装置Ⅰ(3)而言，卷簧Ⅰ(12)的内圈安装在传动轴(11)上，卷簧Ⅰ(12)的外圈安装在绕线轮Ⅰ(19)上；对于自张紧装置Ⅱ(4)而言，卷簧Ⅱ(22)的内圈安装在传动轴(11)上，卷簧Ⅱ(22)的外圈安装在绕线轮Ⅱ(29)上，采用在传动轴(11)、绕线轮Ⅰ(19)、绕线轮Ⅱ(29)上加工出槽口，将卷簧Ⅰ(12)的内外圈分别嵌入传动轴(11)、绕线轮Ⅰ(19)的槽口内，再由卷簧Ⅰ盖板(10)封装；将卷簧Ⅱ(22)的内外圈分别嵌入传动轴(11)、绕线轮Ⅱ(29)的槽口内，再由卷簧Ⅱ盖板(21)封装。
4.权利要求1所述的一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，其特征在于：在绕线轮Ⅰ(19)、绕线轮Ⅱ(29)、输出轮(7)上有环形走线槽，环形走线槽上有径向光孔，端面有螺纹孔；驱动绳沿着环形槽穿进径向光孔，分别用紧线螺钉Ⅰ(18)、紧线螺钉Ⅱ(23)、紧线螺钉Ⅲ(30)、紧线螺钉Ⅳ(31)紧固。
5.权利要求1或2所述的一种用于绳驱动机器人传动装置的自张紧结构，其特征在于：取任一驱动电机旋转方向为正转方向，当驱动电机(1)正转时，若自张紧装置Ⅰ(3)、传动绳Ⅰ(6)为主动运动，则自张紧装置Ⅱ(4)、传动绳Ⅱ(5)做从动运动；同理，驱动电机(1)反转时，自张紧装置Ⅱ(4)、传动绳Ⅱ(5)为主动运动，自张紧装置Ⅰ(3)、传动绳Ⅰ(6)做从动运动，便可由驱动电机正反转实现输出轮(7)的正反转。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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