CN108161988A - 用于套索的电磁自锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于套索的电磁自锁装置，包括传动连接的按压机构和自锁机构、以及作用于所述按压机构的电磁驱动机构。所述按压机构包括按压套筒，所述按压套筒内套设有能够相对其运动并锁止的按压组件。所述自锁机构包括自锁套筒、设于所述自锁套筒内的自锁组件、设于所述自锁组件与自锁套筒底部之间的弹性件，且所述自锁组件能够分别在按压组件和弹性件的作用下松开和夹紧绳索。所述电磁驱动机构包括电磁铁以及通过电磁铁驱动的推杆，所述推杆通过按压组件作用于所述按压机构。本发明的装置结构小巧，响应速度快，控制简单，夹持力度大，并且只需要瞬时通电便可以完成一次松开或夹紧的操作，在套索传动方式的机构应用中有非常广阔的前景。

Description

用于套索的电磁自锁装置

技术领域

本发明机器人应用领域，尤其涉及一种用于套索的电磁控制自锁夹头机构。

背景技术

随着人类社会的发展进步，机器人在人类的生产和生活中扮演着不可或缺的角色。新兴的机器人在技术上强调轻便、安全、柔顺，这就对其结构和驱动方式提出了更高的要求。“套索”传动便是一种理想的传动方式。“套索”是由一根套管和绳索组成的柔软细长的传动幅，绳索在套管中来回运动，并且其传动路径受到套管制约，可以沿既定的轨迹运动。“套索”的传动方式由于其柔软细长的特性，几乎可以不受安装空间的约束，并且能够大大简化传动机构，使得机器人整体结构变得跟轻便灵活。通常在套索传动机器人的应用中，驱动端电机与目标关节之间通过固定长度的套索相连接，电机通电后转动，会通过套索将力传递至末端关节处，带动其旋转。然而在很多情况下，我们希望电机断电之后，机器人尤其是助力外骨骼机器人能够在外力作用下自由转动，但是由于套索的存在，末端关节的自由旋转会受到很大限制。

传统的绳索夹持设备为了满足夹持力的要求，大都采用液压或者超大电磁铁的驱动方式，不仅需要外源性驱动，而且结构复杂，体积巨大又笨重，根本无法适用于机器人的应用场合，因此一种轻巧的大夹持力的可控夹头的设计显得尤为迫切。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种用于套索的电磁自锁装置，该自锁装置体积小，质量轻，夹持力度大，响应时间短，控制简单，能耗低，可用于套索传动的微型可控夹头机构。

技术方案：本发明的用于套索的电磁自锁装置，包括传动连接的按压机构和自锁机构、以及作用于所述按压机构的电磁驱动机构，且所述按压机构和自锁机构中穿设有绳索。

所述按压机构包括按压套筒，所述按压套筒内套设有能够相对其运动并锁止的按压组件。所述自锁机构包括自锁套筒、设于所述自锁套筒内的自锁组件、设于所述自锁组件与自锁套筒底部之间的弹性件，且所述自锁组件能够分别在按压组件和弹性件的作用下松开和夹紧绳索。所述电磁驱动机构包括电磁铁以及通过电磁铁驱动的推杆，所述推杆通过传动组件作用于所述按压机构。

本发明提出的用可控夹紧装置控制绳索通断的新型“套索”传动形式，一端绳索穿过可控夹紧装置，另一端与夹紧装置固结，当通电后可控夹紧装置夹紧绳索，两根绳索相当于连成一根，驱动端电机与末端关节相连；而当再次通电时，可控夹紧装置松开绳索，相当于绳索断开，驱动端电机与末段关节失去联系，末端关节可以不受约束自由转动。

其中，上述按压机构中的按压组件包括转动体，所述转动体能够在电磁驱动机构作用下按压自锁组件并在弹性件作用下转动复位或锁止。所述转动体包括上凸台和下凸台，所述上凸台和下凸台均设有能够配合使用的棘齿轮，所述按压套筒内壁设有若干筋条，上凸台外壁设有若干与所述筋条对应的导向槽，导向槽与筋条之间间隙配合；下凸台的棘齿面外壁设有与所述筋条对应的条形槽，并能够在下压脱离筋条后在弹性件的作用下使下凸台转动，且所述筋条底端设有能够抵住下凸台棘齿的楔角。

上凸台沿圆周切有六个由等腰三角形中心投影所成的棘齿轮，形成十二个斜齿面，下凸台切有六个由直角三角形中心投影所成的棘齿轮，形成六个斜齿面，上、下凸台的齿面能够完全贴合，上凸台齿面的螺旋升角为30°，按压套筒内壁筋条的齿面与上凸台齿面有同样的螺旋角。

按压组件的工作原理如下：

下凸台的偶数个齿面中相互间隔的齿面边沿切有条形槽，使得下凸台在受上凸台按压后，先是沿着导向筋条运动，脱离筋条约束的行程后，受自锁套筒底端的弹性件回复力沿着螺旋面螺旋上升，直到被齿面的筋条末端卡住，下凸台处于低位。再次按压上凸台，下凸台向下运动，被筋条卡主的齿面被释放，并在弹性回复力的作用下再次沿着螺旋面螺旋上升，直到筋条进入下凸台的条形槽中，弹性件恢复原长不再作用，此时下凸台处于高位。

为方便自锁套筒内部自锁组件的安装和拆卸，所述自锁套筒包括锥形腔上盖和底端封盖，并通过螺纹连接，方便内部钢珠套筒、钢珠和弹性件的安装和拆卸。

所述自锁组件包括与所述锥形腔上盖形配合的锥形钢珠套筒、设于所述钢珠套筒端部周缘的若干钢珠孔洞，钢珠嵌于钢珠孔洞中，在锥形腔上盖的锥形孔内贴着内壁面运动，所述钢珠套筒能够分别在按压组件和弹性件作用下相对自锁套筒运动，并能够通过钢珠孔洞内钢珠的聚合/散开来夹紧/松开绳索。

锥形腔上盖内有锥孔，钢珠套筒外表面也有与其形配合的锥度，钢珠套筒沿圆周面钻有若干个钢珠孔洞用于放置钢珠，钢珠套筒底端的弹性件将其向上挤压，使得钢珠始终贴合于锥形腔上盖的内锥孔壁面，利用钢珠挤压绳索造成的巨大挤压力和摩擦力夹紧，并且有自锁的能力，完全不用像其他夹紧装置一样要持续通电才能保持夹持状态。

其中，锥形腔上盖的内锥孔锥度为1:6.5，钢珠套筒的锥面具有同样的斜度，且钢珠的直径为3.1mm。

为了进一步使本发明装置体积小，稳固性好，所述钢珠套筒穿设于锥形腔上盖并与按压组件抵触，锥形腔上盖的上端有圆柱凸台，按压套筒通过过盈配合套于其上。

为了实现电磁驱动机构对按压机构的驱动按压，所述传动组件包括一端与推杆连接、另一端与按压机构连接的压板。所述压板与推杆之间通过连接件连接。

为避免压板与推杆的晃动，所述连接件包括开设于所述推杆上的凹槽、设于所述压板上的螺母，且所述螺母设有与所述凹槽形配合的凸起，所述凹槽壁和凸起均开设有螺栓孔，并通过螺栓连接。

推杆为圆柱面，上切有凹槽，压板连接的螺母凸起部分插入凹槽，凹槽壁与压板螺母的凸起部分别做钻孔，通过螺栓螺母紧固压实后，可有效避免压板连接螺母在推杆上窜动。

为了进一步保持本发明装置的稳固性和紧凑性，所述电磁驱动机构设有底板，所述底板两端分别通过按压连接块和锁自锁连接块与按压机构和自锁机构连接。

其中，压板、按压套筒、上凸台、下凸台、锥形腔上盖、钢珠套筒、弹性件、和底端封盖的中心孔皆为同心，且绳索从上至下依次穿过压板、按压套筒、上凸台、下凸台、锥形腔上盖、钢珠套筒、弹性件、和底端封盖。

有益效果：1、本发明的装置由推拉式电磁铁控制，响应速度快，控制简单，并且只需要瞬时通电便可以完成一次松开或夹紧的操作，能耗低；2、整体结构小巧，夹持力度大；3、重量轻，能够应用于工作空间较为狭窄的地方；4、对动力源的要求低，只需要一个普通的电池就能驱动，与传统的气动或液压夹头相比，大大减小了动力源对机器人结构的影响；5、够夹持不同直径的绳索，避免了更换锁头的麻烦，通用性广；6、对材料没有特殊要求，制造成本低；7、能够让套索传动的方式变得更加灵活，在套索传动方式的机构应用中有非常广阔的前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的分解结构示意图；

图3是本发明的剖视结构示意图；

图4是本发明中上凸台的结构示意图；

图5是本发明中下凸台的结构示意图；

图6是本发明中按压套筒的局部剖视结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图6，本发明一实施例所述的用于套索的电磁自锁装置，包括传动连接的按压机构1和自锁机构2、以及作用于按压机构1的电磁驱动机构3。

按压机构1包括按压套筒11，按压套筒11内套设有能够相对其运动并锁止的按压组件12，按压组件12包括转动体，转动体包括上凸台121和下凸台122，上凸台121和下凸台122均设有能够配合使用的棘齿轮123、127，按压套筒11内壁均匀设有3条筋条124，上凸台121外壁均匀设有3条与筋条124对应的导向槽125，导向槽125与筋条124之间间隙配合；下凸台122的棘齿面外壁设有与筋条124对应的条形槽126，筋条124底端设有能够抵住下凸台122棘齿的楔角。

上凸台121沿圆周切有六个由等腰三角形中心投影所成的棘齿轮123，形成十二个斜齿面，下凸台切有六个由直角三角形中心投影所成的棘齿轮127，形成六个斜齿面，上、下凸台121、122的齿面能够完全贴合，上凸台121齿面的螺旋升角为30°，按压套筒11内壁筋条124的齿面与上凸台121棘齿面有同样的螺旋角。

自锁机构2包括自锁套筒21、设于自锁套筒21内的自锁组件22、设于所述自锁组件22与自锁套筒21底部之间的弹性件23，且自锁组件22能够分别在按压组件12和弹性件23的作用下松开和夹紧绳索4，其中，弹性件23为弹簧。

自锁套筒21包括螺纹连接的锥形腔上盖211和底端封盖212，锥形腔上盖211的上端有圆柱凸台，按压套筒11通过过盈配合套于其上，锥形腔上盖211内有锥孔，锥孔锥度为1:6.5。

自锁组件22包括穿设于锥形腔上盖211并与按压组件21抵触的钢珠套筒221、均匀设于钢珠套筒221端部周缘的3个钢珠孔洞222，钢珠223嵌于钢珠孔洞222中，钢珠223的直径为3.1mm，钢珠套筒221外表面也有与锥形腔上盖211形配合的锥度，钢珠套筒221底端的弹性件23将其向上挤压，使得钢珠223在锥形腔上盖211的锥孔内始终贴着内壁面运动，钢珠套筒221能够分别在按压组件12和弹性件23作用下相对自锁套筒21运动，并能够通过钢珠孔洞222内钢珠223的聚合/散开来夹紧/松开绳索4。

电磁驱动机构3包括电磁铁框架35、电磁铁框架35内的电磁铁以及通过电磁铁驱动的推杆31，电磁驱动机构3还设有底板32，底板32两端分别通过按压连接块33和自锁连接块34与按压机构1和自锁机构2连接。

推杆31通过传动组件5作用于按压机构12，传动组件5包括一端与推杆31连接、另一端与按压机构12连接的压板51，压板51与推杆31之间通过连接件6连接，连接件6包括开设于推杆31上的凹槽61、设于压板51上的螺母62，且螺母62设有与凹槽61形配合的凸起63，凹槽61壁和凸起63均开设有螺栓孔，并通过螺栓连接。

其中，推杆31为圆柱面，上切有凹槽61，压板51连接的螺母62凸起63部分插入凹槽61，凹槽61壁与压板51螺母62的凸起63部分别做钻孔，通过螺栓螺母紧固压实后，可有效避免压板51连接螺母62在推杆31上窜动。

上述的压板51、按压套筒11、上凸台121、下凸台122、锥形腔上盖211、钢珠套筒221、弹性件23和底端封盖212的中心孔皆为同心，且绳索4从上至下依次穿过压板51、按压套筒11、上凸台121、下凸台122、锥形腔上盖211、钢珠套筒221、弹性件23和底端封盖212。

本发明的工作步骤如下：

首先拆除推杆31，这样方便电磁铁框架35与底板32通过螺栓固定连接，推杆31与压板51的螺母62通过螺栓紧固连接，压板51的螺母62与压板51通过螺纹连接。

将上凸台121顺着按压套筒12内的导向筋条124滑入，而后将下凸台122塞入按压套筒12，组成按压机构1。将三个小钢珠223塞入钢珠套筒221的三个钢珠孔洞222中，然后放入锥形腔上盖211的锥孔中，将弹簧放置在底端封盖212内，锥形腔上盖211与底端封盖212通过螺纹旋紧，组成自锁机构2。

将已经装配好的按压机构1套在自锁机构2上，并通过按压连接块33和自锁连接块34与底板32螺钉紧固。连着压板51的推杆31此时装入电磁铁框架35中，旋转推杆31使压板51上的孔与按压机构1的中心孔同心，并将绳索4从中穿入。

电磁铁通电，推杆31带动压板51按压按压机构1，使得下凸台122处于低位并锁住，此时钢珠套筒221被按下，钢珠223散开并相互分离，绳索4被松开。电磁铁再次通电，压板51按压按压机构1，下凸台122处于高位，钢珠套筒221上方不再受压力，底部弹簧推动其带着钢珠223贴着锥形腔上盖211内壁面运动，挤压绳索4产生巨大的摩擦力并形成自锁。

电磁铁通电时带动压板51按下按压机构1中的上凸台121，上凸台121被按下后与下凸台122一起沿着按压套筒1内壁的筋条运动，下凸台122完成筋条124约束部分的行程之后，由于底部压缩弹簧的回复力，沿着棘齿轮127周面作螺旋运动，被筋条124底端楔角卡住后处于低位，下凸台122处于低位后按住了自锁机构2内的钢珠套筒221，钢珠223互相分离从而松开绳索4。电磁铁再次通电，按压上凸台121，上凸台121和下凸台122再次沿着内壁的筋条124运动，下凸台122完成筋条124的约束部分行程后，由于压缩弹簧的回复力，沿着棘齿轮127周面螺旋运动，原本被筋条124锁住的下凸台122得到释放，与上凸台121一起向上运动，处于高位，这时钢珠套筒221由于按压弹簧的弹力，带着钢珠223与锥形腔上盖211的圆锥孔壁面挤压，靠挤压力和摩擦夹紧从中穿过的绳索4，并形成自锁，越拉越紧。

Claims (10)

1.一种用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：包括传动连接的按压机构(1)和自锁机构(2)、以及作用于所述按压机构(1)的电磁驱动机构(3)，

所述按压机构(1)包括按压套筒(11)，所述按压套筒(11)内设有能够相对其运动并锁止的按压组件(12)；

所述自锁机构(2)包括自锁套筒(21)、设于所述自锁套筒(21)内的自锁组件(22)、设于所述自锁组件(22)与自锁套筒(21)底部之间的弹性件(23)，且所述自锁组件(22)能够分别在按压组件(12)和弹性件(23)的作用下松开和夹紧穿设于其中的绳索(4)；

所述电磁驱动机构(3)包括电磁铁以及通过电磁铁驱动的推杆(31)，所述推杆(31)通过传动组件(5)作用于所述按压机构(1)。

2.根据权利要求1所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述按压组件(12)包括转动体，所述转动体能够在电磁驱动机构(3)作用下按压自锁组件(22)并在弹性件(23)作用下转动复位或锁止。

3.根据权利要求2所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述转动体包括上凸台(121)和下凸台(122)，所述上凸台(121)和下凸台(122)均设有能够配合使用的棘齿轮(123)，所述按压套筒(11)内壁设有若干筋条(124)，上凸台(121)外壁设有若干与所述筋条(124)对应的导向槽(125)、下凸台(122)的棘齿面外壁设有与所述筋条(124)对应的条形槽(126)，并能够在下压脱离筋条(124)后在弹性件(23)的作用下使下凸台(122)转动，且所述筋条(124)底端设有能够抵住下凸台棘齿的楔角。

4.根据权利要求1所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述自锁套筒(21)包括锥形腔上盖(211)和与所述锥形腔上盖(211)配合的底端封盖(212)。

5.根据权利要求4所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述自锁组件(22)包括与所述锥形腔上盖(211)形配合的锥形钢珠套筒(221)、设于所述钢珠套筒(221)端部周缘的若干钢珠孔洞(222)，所述钢珠套筒(221)能够分别在按压组件(12)和弹性件(23)作用下相对自锁套筒(21)运动，并能够通过钢珠孔洞(222)内钢珠(223)的聚合/散开来夹紧/松开绳索(4)。

6.根据权利要求5所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述钢珠套筒(221)穿设于锥形腔上盖(211)并与按压组件(12)抵触。

7.根据权利要求1所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述传动组件(5)包括一端与推杆(31)连接、另一端与按压机构(1)连接的压板(51)。

8.根据权利要求7所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述压板(51)与推杆(31)之间通过连接件(6)连接。

9.根据权利要求8所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述连接件(6)包括开设于所述推杆(31)上的凹槽(61)、设于所述压板(51)上的螺母(62)，且所述螺母(62)设有与所述凹槽(61)形配合的凸起(63)，所述凹槽(61)壁和凸起(63)均开设有螺栓孔，并通过螺栓连接。

10.根据权利要求1所述的用于套索的电磁自锁装置，其特征在于：所述电磁驱动机构(3)还设有底板(32)，所述底板(32)两端分别通过按压连接块(33)和自锁连接块(34)与按压机构(1)和自锁机构(2)连接。