CN109048879A - 基于绞绳原理的柔性驱动装置 - Google Patents

Abstract

基于绞绳原理的柔性驱动装置，它涉及一种驱动装置，它包括电机、支撑连接架、连接轴、外壳、柔性绳圈、导向件、钢丝绳和端盖；电机与支撑连接架连接，电机的输出轴与转动安装在支撑连接架内的连接轴连接，支撑连接架与端盖之间布置有与二者连接的外壳，外壳内布置有柔性绳圈，导向件和连接轴之间布置有与二者连接的柔性绳圈，外壳上沿连接轴的轴向还开设有导向槽，导向件能沿导向槽往复移动，钢丝绳滑动穿过端盖，钢丝绳一端与导向件连接，钢丝绳另一端用于连接负载。本发明具有结构简单、重量较小、便携性好、成本低及适合长距离跨距驱动的优点。

Description

基于绞绳原理的柔性驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，具体涉及一种基于绞绳原理的柔性驱动装置。

背景技术

目前，常用的机器人驱动系统主要包括电机驱动、液压驱动、气压驱动等，其中液压与气压驱动受到动力源、控制阀与执行元件的限制，整体的结构复杂、体积庞大、质量较重，难以在对整体质量和便携性要求较高的机器人系统(例如穿戴式机器人系统)中得到应用；电机驱动方式通常需要减速装置进行减速驱动、提高输出扭矩，多级减速装置同样增大了驱动系统的复杂程度、整体体积与质量。每个传统的电机与减速器配合的驱动单元，都是针对机器人关节单一自由度进行固定驱动，同时由于减速装置的结构限制，不能实现远距离的跨距驱动，驱动系统的刚性较大，需要引入其的弹性元件才能实现柔性驱动功能，这极大地限制了机器人系统的整体设计与实际应用。所以，传统的机器人驱动装置在便携性、适用性、经济性方面都有着很大的改进空间。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种结构简单和适合长距离跨距驱动的基于绞绳原理的柔性驱动装置。

本发明的技术方案是：

基于绞绳原理的柔性驱动装置包括电机、支撑连接架、连接轴、外壳、柔性绳圈、导向件、钢丝绳和端盖；

电机与支撑连接架连接，电机的输出轴与转动安装在支撑连接架内的连接轴连接，支撑连接架与端盖之间布置有与二者连接的外壳，外壳内布置有柔性绳圈，导向件和连接轴之间布置有与二者连接的柔性绳圈，外壳上沿连接轴的轴向还开设有导向槽，导向件能沿导向槽往复移动，钢丝绳滑动穿过端盖，钢丝绳的一端与导向件连接，钢丝绳的另一端用于连接负载。

进一步地，所述导向件包括中心环和做在中心环上的凸棱，连接轴上做有闭环，柔性绳圈绕过闭环和中心环套接在一起，凸棱设在导向槽内。

进一步地，外壳为由碳纤维制成的外壳。支撑连接架和端盖均由铝合金制成。

本发明相比现有技术的有益效果是

1、相较传统驱动系统，本发明驱动装置结构简单，成本低、经济性好。

2、本发明驱动装置省去了多级减速装置，进一步缩小系统体积，减轻系统重量，便于携带，便于安装，提升了机器人系统整体设计的灵活性。

3、此外，因为本发明驱动装置中没有过多的机械传动结构，几乎没有噪声，柔顺驱动型更好，同时绳驱动没有距离的限制，钢丝绳能够实现长距离跨距驱动，更加适合用于人体穿戴式外骨骼机器人中，提高了机器人系统的轻量化、移动性、灵活性与适用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明互绞收缩驱动负载的原理图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1所示，本实施方式的基于绞绳原理的柔性驱动装置包括电机1、支撑连接架3、连接轴4、外壳5、柔性绳圈6、导向件7、钢丝绳8和端盖9；

电机1与支撑连接架3连接，电机1的输出轴与转动安装在支撑连接架3内的连接轴4连接，支撑连接架3与端盖9之间布置有与二者连接的外壳5，外壳5内布置有柔性绳圈6，导向件7和连接轴4之间布置有与二者连接的柔性绳圈6，外壳5上沿连接轴4的轴向还开设有导向槽5-1，导向件7能沿导向槽5-1往复移动，钢丝绳8滑动穿过端盖9，钢丝绳8的一端与导向件7连接，钢丝绳8的另一端用于连接负载。外壳5起到支撑的作用。外壳5靠近导向件7的部分开有导向槽5-1，目的是配合导向件7上导向部分起到导向作用，此外导向槽5-1也有平衡由电机1传递过来的转矩的作用。

较佳地，电机1的输出轴与连接轴4通过联轴器2连接。通常，电机1选用直流电机。

较佳地，所述导向件7包括中心环7-1和做在中心环7-1上的凸棱7-2，连接轴4上做有闭环，柔性绳圈6绕过闭环和中心环7-1套接在一起，凸棱7-2设在导向槽5-1内。连接轴4末端和导向件7都有环状结构，以便于柔性绳圈6的安装与连接，中心环连接用于跨距离驱动的钢丝绳8。

滑槽5-1可以单侧开设，也可以成对双侧开设，对应凸棱7-2的数量为1个或成对使用的2个。

较佳地，导向件7为杆件，杆件布置在导向槽5-1内，与柔性绳圈6连接的连接轴4和导向件7上分别做有闭环，柔性绳圈6绕过两个闭环套接在一起。杆件的侧面做有闭环，滑槽5-1双侧开设，杆件两端延伸出滑槽5-1并在滑槽5-1内滑动。

较佳地，外壳5为由碳纤维制成的外壳，外壳5为空心圆筒壳体。此种方式制作的外壳5质轻，减轻重量。

较佳地，支撑连接架3和端盖9均由铝合金制成。此种方式制作的支撑连接架3和端盖9取材容易，减轻重量，成本低。

支撑连接架3为带有豁口的圆筒形结构。如此设置，大大减少重量。电机1和支撑连接架3通过螺栓连接在一起。连接方式可靠，便捷。

实施例

直流电机1直接与联轴器2相连，联轴器2的另一端与连接轴4相连，连接轴4用于将电机扭矩传递给柔性绳圈6。柔性绳圈6两端分别于连接轴4和导向件7相连。连接轴4末端和导向件7都有环状结构，以便于柔性绳圈6的安装与连接，导向件7连接用于跨距离驱动的钢丝绳8。柔性绳圈6外部套有碳纤维的外壳5。外壳5为空心圆筒壳体，外壳5靠近连接环的部分开有导向槽，目的是配合连接环7上的凸起部分起到导向作用，此外导向槽5-1也有平衡由电机传递过来的转矩的作用。碳纤维的外壳5的两端分别与铝合金的端盖9和铝合金的支撑连接架3依靠螺栓相连。端盖9为钢丝绳8提供了导向作用，而支撑连接架3则是连接在电机1和外壳5之间为联轴器2和连接轴4提供支撑作用。支撑连接架3与电机1螺栓连接。连接轴4通过轴承配合固定在支撑连接架3内部。

工作原理

直流电机1不经过减速器，通过联轴器2和连接轴4直接带动多股柔性绳圈6自身缠绕，柔性绳圈6自身的长度缩短，从而将电机1输出轴的旋转运动转化成柔性绳圈6末端及钢丝绳8的直线运动，同时将电机1的转矩转化成沿连接轴4轴向的直线力输出。其绞绳原理如图2所示：

如图2所示，柔性绳圈由于受到了电机转矩的作用而互绞收缩，从而达到向左驱动负载的作用，最终实现负载位移变化的效果。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (8)

1.基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：包括电机(1)、支撑连接架(3)、连接轴(4)、外壳(5)、柔性绳圈(6)、导向件(7)、钢丝绳(8)和端盖(9)；

电机(1)与支撑连接架(3)连接，电机(1)的输出轴与转动安装在支撑连接架(3)内的连接轴(4)连接，支撑连接架(3)与端盖(9)之间布置有与二者连接的外壳(5)，外壳(5)内布置有柔性绳圈(6)，导向件(7)和连接轴(4)之间布置有与二者连接的柔性绳圈(6)，外壳(5)上沿连接轴(4)的轴向还开设有导向槽(5-1)，导向件(7)能沿导向槽(5-1)往复移动，钢丝绳(8)滑动穿过端盖(9)，钢丝绳(8)的一端与导向件(7)连接，钢丝绳(8)的另一端用于连接负载。

2.根据权利要求1所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：所述基于绞绳原理的柔性驱动装置还包括联轴器(2)，电机(1)的输出轴与连接轴(4)通过联轴器(2)连接。

3.根据权利要求2所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：所述导向件(7)包括中心环(7-1)和做在中心环(7-1)上的凸棱(7-2)，连接轴(4)上做有闭环，柔性绳圈(6)绕过闭环和中心环(7-1)套接在一起，凸棱(7-2)设在导向槽(5-1)内。

4.根据权利要求2所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：导向件(7)为杆件，杆件布置在导向槽(5-1)内，与柔性绳圈(6)连接的连接轴(4)和导向件(7)上分别做有闭环，柔性绳圈(6)绕过两个闭环套接在一起。

5.根据权利要求1、2、3、4或5所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：外壳(5)为由碳纤维制成的外壳。

6.根据权利要求6所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：支撑连接架(3)和端盖(9)均由铝合金制成。

7.根据权利要求7所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：支撑连接架(3)为带有豁口的圆筒形结构。

8.根据权利要求8所述基于绞绳原理的柔性驱动装置，其特征在于：电机(1)和支撑连接架(3)通过螺栓连接在一起。