CN108302172B - 一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，由驱动机构、索循环机构和导向机构三部分组成；索循环机构分为三种：对于由两个双摩擦轮组成的索循环机构，一个双摩擦轮与驱动机构相连成为主动双摩擦轮，另一个双摩擦轮与负载相连成为被动双摩擦轮，可实现运动与力的传递；对于由一个双摩擦轮与一个单螺旋轮组成的索循环机构，该双摩擦轮与驱动机构相连成为主动双摩擦轮，单螺旋轮与负载相连以传递运动与力；对于仅由一个双摩擦轮组成的索循环机构，该双摩擦轮与驱动机构相连成为主动双摩擦轮，在索闭环回路中仅可实现运动的传递；导向机构在索闭环回路中用于改变传递线路的方向，以实现在空间的任意转向；本发明装置可以无限循环传动，传动精度和可靠性高，可实现空间任意方向传动。

Description

一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置
技术领域
本发明属于索驱动机构技术领域，特别涉及一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置。
发明背景
索驱动机构凭借其自身结构质量小和制造成本低等优点，在航空航天、起重机械、大范围传动及医疗机械等众多领域有着应用广泛，但传统的出索机构为卷筒绕线方式，绳索的长度受卷筒长度的影响，且其出索点是时刻变化的，因此不可避免地会对精度产生影响。同时，采用卷筒绕线方式的出索机构，绳索在出索和收索的过程中，需要一直处于张紧状态，否则无法传递动力。
目前广泛应用的传动机构有齿轮传动和带传动等。两者同样存在着缺陷，齿轮传动难以传递长距离的运动，且精度取决于其加工精度，不可避免的存在着回程间隙，且工作过程中噪音大。RIEtech Global公司生产的ROTO‐LOK产品采用“8”字型缠绕的摩擦轮进行传动，可以提供无间隙、超滑的运动、高精度的控制和可靠性，但它只能实现短距离的传动。库卡公司利用同步带实现KUKA机器人的关节传动，虽然能够完成较远距离的传动，但是却不能实现空间中传动方向的任意改变，且同步带自身面积大，适用场合受到限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其控制精度与可靠性高，可实现索闭环回路的无限循环运动，在空间中可任意改变索闭环回路的方向，还可实现运动与力的传递，且构型简单，制造成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，由驱动机构、索循环机构和导向机构三部分组成；索循环机构由两个双摩擦轮即第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7或由一个第一双摩擦轮3与一个单螺旋轮8或仅由一个第一双摩擦轮3组成；对于由两个双摩擦轮组成的索循环机构，其中第一双摩擦轮3与驱动机构直接相连成为主动双摩擦轮，第二双摩擦轮7与负载6相连成为被动双摩擦轮；对于由一个第一双摩擦轮3与一个单螺旋轮8组成的索循环机构，其中第一双摩擦轮3与驱动机构直接相连成为主动双摩擦轮，单螺旋轮8与负载6相连，使索闭环回路同时传递运动和力，以驱动负载6运动；对于由一个第一双摩擦轮3组成的索循环机构，该第一双摩擦轮3与驱动机构直接相连成为主动双摩擦轮，在索闭环回路中仅实现运动的传递；绳索4螺旋缠绕在第一双摩擦轮3与第二双摩擦轮7或单螺旋轮8上，并在第一双摩擦轮3与第二双摩擦轮7或单螺旋轮8之间形成闭环回路；导向机构5连接在绳索4上，在索闭环回路中用于改变传递线路的方向，以实现在空间的任意转向，通过改变导向机构5在空间中的布置和数量实现该要求；驱动机构通过驱动主动双摩擦轮的旋转，从而带动闭环索沿回路循环转动，驱动负载6运动。
对于由两个双摩擦轮组成的索循环机构，第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7使绳索4始终从同一固定的点回索和出索，通过改变绳索4缠绕在第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7上的圈数调节静摩擦力的大小，从而改变带动负载6的能力；且通过绳索4的张紧消除正反转间的间隙，从而具有非常高的传动精度，采用两个双摩擦轮3、7可使索闭环回路同时传递运动和力，以驱动负载6运动。
所述导向机构5在索闭环回路中用于改变传递线路的方向，通过该导向机构5在空间的布置和数量，实现索闭环回路在空间的任意转向，从而在保证驱动机构位置固定不变的条件下将运动与力传递到任意位置。
所述驱动机构包括相连接的电机1和联轴器2。
所述第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7的结构相同，包括第一支撑座9，两端通过第一轴承11与第一支撑座9连接的并排设置的双螺旋杆10。
所述单螺旋轮8包括第二支撑座12，两端通过第二轴承14与第二支撑座12连接的单螺旋杆13。
所述导向机构5包括第三支撑座15，第三支撑座15两侧通过紧固螺钉17设置有导向轮16。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置可提供固定出索点、无间隙的运动、高控制精度和可靠性，且可通过改变绳索缠绕的圈数改变带负载的能力。
(2)通过选用不同的索循环机构可以实现运动与力的同时传递或者仅实现运动的传递：选用分别由两个双摩擦轮组成以及由一个双摩擦轮和一个单螺旋轮组成的索循环机构可以同时实现运动与力的传递；选用由一个双摩擦轮组成的索循环机构仅可以实现运动的传递。
(3)通过改变导向机构的数量和在空间中不同位置的分布，可满足索闭环回路在空间中任意改变传递方向的要求。
附图说明
图1为本发明基于两个双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置。
图2为本发明基于一个双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置。
图3为本发明基于一个双摩擦轮与单螺旋轮的可任意转向索闭环传动装置。
图4为本发明双摩擦轮机构示意图。
图5为本发明单螺旋轮机构示意图。
图6为本发明导向机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，通过索闭环回路实现到空间中任意一点的高精度的运动和力的同时传递或者仅仅运动的传递，主要包括驱动机构、索循环机构和导向机构三部分。
驱动机构可采用多个伺服电机，从而实现对多条索传动路线的控制。为方便说明，选取驱动机构仅由一个伺服电机组成的索闭环传动装置作为具体分析对象。
图1为基于两个双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置。其索循环机构由两个双摩擦轮即第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7组成，双摩擦轮可使绳索始终从同一固定的点回索和出索，保证了高的控制精度。其中第一双摩擦轮3通过联轴器2直接与电机1相连成为主动双摩擦轮，第二双摩擦轮7与负载6相连成为被动双摩擦轮，绳索4螺旋缠绕在第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7上，并在第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7之间形成闭环回路，通过改变缠绕在第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7的圈数可调节静摩擦力的大小，从而改变带负载6的能力，实现运动与力的同时传递。电机1通过联轴器2驱动主动双摩擦轮3的旋转，从而带动绳索4沿回路循环转动，最终通过被动双摩擦轮将运动与力传递到负载6，驱动负载6的运动。
图2为基于一个双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置。其索循环机构由一个第一双摩擦轮3组成，通过联轴器2直接与电机1相连成为主动双摩擦轮，同样，绳索4螺旋缠绕在第一双摩擦轮3上，形成闭环回路。此时，仅能实现运动传递，负载6在索闭环回路中随绳索4一起移动。
图3为基于一个双摩擦轮与单螺旋轮组成的可任意转向索闭环传动装置。其索循环机构由一个第一双摩擦轮3和一个单螺旋轮8组成，第一双摩擦轮3通过联轴器2直接与电机1相连成为主动双摩擦轮，单螺旋轮8与负载相连。同样，绳索4螺旋缠绕在第一双摩擦轮3与单螺旋轮8上，形成闭环回路。电机1通过联轴器2驱动主动双摩擦轮的旋转，从而带动绳索4沿回路循环转动，最终通过单螺旋轮8将运动与力传递到负载6，驱动负载6的运动。
图4为该装置的第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7，第一双摩擦轮3和第二双摩擦轮7结构相同由第一支撑座9，双螺旋杆10和第一轴承11组成。可使绳索始终从同一固定的点回索和出索，同时可以提供无间隙运动，保证了高的控制精度与可靠性。
图5为该装置的单螺旋轮8，单螺旋轮8由第二支撑座12，单螺旋杆13和第二轴承14组成。通过绳索与单螺旋轮的摩擦力将运动与力传递到负载6。
图6为该装置的导向机构5，导向机构5由第三支撑座15，导向轮16和紧固螺钉17组成。通过改变导向机构5的数量和在空间中不同位置的分布，可满足索闭环回路在空间中任意改变传递方向的要求。

Claims (6)

1.一种基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，由驱动机构、索循环机构和导向机构三部分组成；索循环机构由两个双摩擦轮即第一双摩擦轮(3)和第二双摩擦轮(7)或由一个第一双摩擦轮(3)与一个单螺旋轮(8)组成；对于由两个双摩擦轮组成的索循环机构，其中第一双摩擦轮(3)与驱动机构直接相连成为主动双摩擦轮，第二双摩擦轮(7)与负载(6)相连成为被动双摩擦轮；对于由一个第一双摩擦轮(3)与一个单螺旋轮(8)组成的索循环机构，其中第一双摩擦轮(3)与驱动机构直接相连成为主动双摩擦轮，单螺旋轮(8)与负载(6)相连，使索闭环回路同时传递运动和力，以驱动负载(6)运动；绳索(4)螺旋缠绕在第一双摩擦轮(3)与第二双摩擦轮(7)或单螺旋轮(8)上，并在第一双摩擦轮(3)与第二双摩擦轮(7)或单螺旋轮(8)之间形成闭环回路；导向机构(5)连接在绳索(4)上，在索闭环回路中用于改变传递线路的方向，通过改变导向机构(5)在空间中的布置和数量以实现在空间的任意转向；驱动机构通过驱动主动双摩擦轮的旋转，从而带动闭环索沿回路循环转动，驱动负载(6)运动；
对于由两个双摩擦轮组成的索循环机构，第一双摩擦轮(3)和第二双摩擦轮(7)使绳索(4)始终从同一固定的点回索和出索，通过改变绳索(4)缠绕在第一双摩擦轮(3)和第二双摩擦轮(7)上的圈数调节静摩擦力的大小，从而改变带动负载(6)的能力；且通过绳索(4)的张紧消除正反转间的间隙，从而具有非常高的传动精度，采用第一双摩擦轮(3)和第二双摩擦轮(7)能够使索闭环回路同时传递运动和力，以驱动负载(6)运动。
2.根据权利要求1所述基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，所述导向机构(5)在索闭环回路中用于改变传递线路的方向，通过该导向机构(5)在空间的布置和数量，实现索闭环回路在空间的任意转向，从而在保证驱动机构位置固定不变的条件下将运动与力传递到任意位置。
3.根据权利要求1所述基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，所述驱动机构包括相连接的电机(1)和联轴器(2)。
4.根据权利要求1所述基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，所述第一双摩擦轮(3)和第二双摩擦轮(7)的结构相同，包括第一支撑座(9)，两端通过第一轴承(11)与第一支撑座(9)连接的并排设置的双螺旋杆(10)。
5.根据权利要求1所述基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，所述单螺旋轮(8)包括第二支撑座(12)，两端通过第二轴承(14)与第二支撑座(12)连接的单螺旋杆(13)。
6.根据权利要求1所述基于双摩擦轮的可任意转向索闭环传动装置，其特征在于，所述导向机构(5)包括第三支撑座(15)，第三支撑座(15)两侧通过紧固螺钉(17)设置有导向轮(16)。
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