CN109437033B - 一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置，包括安装在主体支架上的绳索导入导出组件、绳索拉力检测组件、绳索驱动组件、绳索储存与释放组件；绳索导入导出组件中，绳索导入导出轮支撑板上的阶梯孔内分别装有轴承，所述绳索导入导出轮轴配合安装在所述轴承内孔中；绳索导入导出轮部分能够保证绳索在该装置的输出点保持不动；绳索上的工作拉力成比例地作用在绳索拉力检测组件上；绳长的驱动可由驱动电机精确控制；绳索储存卷筒能够存储及释放足够长的绳索。本发明具备绳索输出点固定、能够实时将绳索工作拉力检出、可以实现绳索的高精度控制、没有绳索工作行程限制的优点。

Description

一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置
技术领域
本发明涉及绳索机器的绳索驱动装置；具体涉及一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置。
技术背景
绳索在工业、基建等行业的吊装中被大量的应用，在绳索机器人领域绳索是不可或缺的一部分，绳索具备负载大，价格低廉等优点。
现有的绳索驱动装置，一般由卷筒直接绕绳的方式来驱动绳索，这种方式当卷筒转动时，绳索吊点位置就会移动，而卷筒上不同层的绳索回转半径不同，当卷筒转动同样角度时所控制的绳长就不同，相邻层的绳索过度部分绳索长度的控制更是不确定的。
在绳索驱动并联机器人领域，动平台的位置和姿态由其上的每一根绳索长度（绳索受力状态时）决定。绳长的控制精度直接地影响着动平台的控制精度；绳索的工作行程直接影响着动平台的可达空间。
由于绳索高精度大行程的驱动装置的缺失，限制了绳索设备的高度自动化和智能化；制约了绳索驱动并联机器人的发展及实际应用。
发明内容
本发明为了满足现有绳索驱动功能的需求，提供了一种具有控制精度高、工作行程大、能实时检出工作拉力以及吊点位置固定等优点的绳索驱动装置。
本发明采用如下技术方案：一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置，包括安装在主体支架上的绳索导入导出组件、绳索拉力检测组件、绳索驱动组件、绳索储存与释放组件，其中：
所述绳索导入导出组件包括固定在主体支架上的绳索导入导出轮第一支撑板和绳索导入导出轮第二支撑板，所述绳索导入导出轮第一支撑板开有阶梯孔一和阶梯孔二，所述绳索导入导出轮第二支撑板开有阶梯孔三和阶梯孔四，每个阶梯孔内置有轴承，绳索导入导出轮一轴两端分别轴配合安装在轴承一，轴承三内孔中；绳索导入导出轮二轴两端分别轴配合安装在轴承二，轴承四内孔中；
所述绳索拉力检测组件包括：固定在所述主体支架上的绳索拉力检测第一支撑板和绳索拉力检测第二支撑板，绳索拉力检测第一支撑板底部开有阶梯孔五，阶梯孔五中固定轴承五，绳索拉力检测第二支撑板底部开有阶梯孔六，阶梯孔六中固定轴承六，T型转轴两端分别轴配合安装在轴承五和轴承六内孔中；所述T型转轴上固定安装拉力传感器，所述拉力传感器上固定一个U型支架，所述U型支架上开有阶梯孔七阶梯孔八，阶梯孔七中固定轴承七，阶梯孔八中固定轴承八，绕线轮两端与轴承七轴承八内孔轴配合安装。
所述绳索驱动组件包括：固定在所述主体支架上的绳索驱动轴第一支撑板，绳索驱动轴第二支撑板，绳索驱动轴第一支撑板和绳索驱动轴第二支撑板对称开有多组阶梯孔，两支撑板相对位置阶梯孔为一组，每组的阶梯孔中都放置有轴承，导线轮一导线轮二两端以及多根绳索驱动轴两端分别轴配合安装在相应的阶梯孔轴承内孔中，每根个绳索驱动轴上安装齿轮，其中的一个绳索驱动轴五通过联轴器连接减速器，减速器安装在所述驱动电机上，减速器与所述驱动电机固定在所述驱动电机支撑架上，驱动电机支撑架固定在主体支架上。
所述绳索储存与释放组件包括：绳索储存卷筒、力矩电机。绳索储存卷筒固定在力矩电机的转轴上，力矩电机固定在主体支架上。
进一步的所述绳索驱动组件中绳索驱动轴第一支撑板和绳索驱动轴第二支撑板对称开有多组阶梯孔的数量为11组，多根组绳索驱动轴的数量为9根组。绳索驱动轴的数量可根据实际工况增减。
本发明的有益效果：
1、具有绳索导入导出组件，能够确保绳索的吊点位置固定;
2、具有绳索拉力检测组件，能够实现绳索的工作拉力实时检出;
3、具有绳索驱动组件，并由驱动电机驱动，能够实现绳索长度变化的精确控制;
4、具有绳索储存与释放组件，绳索储存卷筒可由实际工作需要设计尺寸，能够实现大工作行程的绳索控制。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明中绳索导入导出组件图；
图3为本发明中绳索导入导出组件剖视图；
图4为本发明中绳索拉力检测组件图；
图5为本发明中绳索拉力检测组件的剖视图；
图6为本发明中绳索驱动组件图；
图7为本发明中绳索驱动组件的爆炸图；
图8为本发明中绳索储存与释放组件图；
图中标号：主体支架2000；绳索导入导出组件2100；绳索拉力检测组件2200；绳索驱动组件2300；绳索储存与释放组件2400；绳索导入导出轮第一支撑板2101；绳索导入导出轮第二支撑板2102；阶梯孔一2101-A；阶梯孔二2101-B；阶梯孔三2102-A；阶梯孔四2102-B；绳索导入导出轮一2103；绳索导入导出轮二2104；轴承一2105；轴承二2106；轴承三2107；轴承四2108；绳索拉力检测第一支撑板2201；绳索拉力检测第二支撑板2202；阶梯孔五2201-A；阶梯孔六2202-A；T型转轴2203；拉力传感器2204；U型支架2205；阶梯孔七2205-A；阶梯孔八2205-B；绕线轮2206；轴承五2207；轴承六2208；轴承七2209；轴承八2210；绳索驱动轴第一支撑板2301；绳索驱动轴第二支撑板2302；绳索驱动轴第一支撑板上的阶梯孔2301-A、2301-B、…2301-K；绳索驱动轴第二支撑板上的阶梯孔2302-A、2302-B、…2302-K；绳索驱动轴一2303-1；绳索驱动轴二2303-2；绳索驱动轴三2303-3；绳索驱动轴四2303-4；绳索驱动轴五2303-5；绳索驱动轴六2303-6；绳索驱动轴七2303-7；绳索驱动轴八2303-8；绳索驱动轴九2303-9；齿轮一2304-1；齿轮二2304-2；齿轮三2304-3 ；齿轮四2304-4；齿轮五2304-5；齿轮六2304-6；齿轮七2304-7；齿轮八2304-8；齿轮九2304-9；联轴器2305；驱动电机支撑架2306；减速器2307；驱动电机2308；导线轮一2309导线轮二2310；绳索储存卷筒2401；力矩电机2402。
具体实施方式
下面结合附图做进一步说明：一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置图1所示，包括安装在主体支架2000上的绳索导入导出组件2100、绳索拉力检测组件2200、绳索驱动组件2300、绳索储存与释放组件2400，
如图2图3所示：绳索导入导出组件2100包括螺丝固定在主体支架上的绳索导入导出轮第一支撑板2101和绳索导入导出轮第二支撑板2102，绳索导入导出轮第一支撑板2101开有阶梯孔一2101-A和阶梯孔二2101-B，所述绳索导入导出轮第二支撑板2102开有阶梯孔三2102-A和阶梯孔四2102-B，每个阶梯孔内置有轴承，绳索导入导出轮一2103轴两端分别轴配合安装在轴承一2105，轴承三2107内孔中；绳索导入导出轮二2104轴两端分别轴配合安装在轴承二2106，轴承四2108内孔中；
如图4图5所示：绳索拉力检测组件2200包括：螺丝固定在主体支架上的绳索拉力检测第一支撑板2201和绳索拉力检测第二支撑板2202，绳索拉力检测第一支撑板2201底部开有阶梯孔五2201-A，阶梯孔五中固定轴承五2207，绳索拉力检测第二支撑板2202底部开有阶梯孔六2202-A，阶梯孔六中固定轴承六2208，T型转轴2203两端分别轴配合安装在轴承五2207和轴承六2208内孔中；所述T型转轴2203上固定安装拉力传感器2204，所述拉力传感器2204上固定一个U型支架2205，所述U型支架2205上开有阶梯孔七2205-A阶梯孔八2205-B，阶梯孔七中固定轴承七2209，阶梯孔八中固定轴承八2210，绕线轮2206两端与轴承七2209轴承八2210内孔轴配合安装。
所述拉力传感器2204应用了型号为H3-C3-500KG-3b的S型拉力传感器。
如图6图7所示：所述绳索驱动组件2300包括：螺丝固定在主体支架上的绳索驱动轴第一支撑板2301，绳索驱动轴第二支撑板2302，绳索驱动轴第一支撑板和绳索驱动轴第二支撑板对称开有多组阶梯孔，本实施例中为11组，共22个，两支撑板相对位置阶梯孔为一组，22个阶梯孔中的每个都放置有一个轴承，导线轮一2309导线轮二2310两端以及9根绳索驱动轴两端分别轴配合安装在相应的阶梯孔轴承内孔中，每根绳索驱动轴上安装齿轮，联轴器2305一端与九根绳索驱动轴中的绳索驱动轴五2303-5连接，联轴器2305的另一端与减速器2307连接，减速器通过螺栓安装在驱动电机2308上，驱动电机与减速器通过螺栓固定在驱动电机支撑架上2306，驱动电机支撑架2306通过螺栓固定在所述主体支架2000上。绳索驱动轴的个数可根据实际绳索与驱动轴的摩擦情况及安全系数的考虑做增减，本实施例中为9根，与其配套的轴承，阶梯孔数量随之变化。
本实施案例中，所述减速器2307应用了减速比为84：1的谐波减速器；所述驱动电机2308应用了型号为HF-KN23J-S100的伺服电机。
如图8所示：绳索储存与释放组件2400包括：绳索储存卷筒2401、力矩电机2402。绳索储存卷筒2401通过顶丝固定在力矩电机2402的转轴上，力矩电机2402固定在主体支架2000上。本实施案例中，所述力矩电机2402的型号为5TK40GU-CFP。绳索储存卷筒2401的尺寸可依据实际绳索的直径及工作行程进行设计。
被驱动的绳索在绳索导入导出轮一2103；绳索导入导出轮二2104中间穿过后，绕过所述绳索拉力检测组件2200中的所述绕线轮2206，之后蛇形绕在所述九根绳索驱动轴（绳索驱动轴一至绳索驱动轴九）上，再从绳索导入导出轮一2103；绳索导入导出轮二2104中间穿过，之后被缠绕在所述绳索储存卷筒2401上。当绳索上存在工作拉力时，会迫使绳索压紧各个绳索驱动轴，使得绳索与绳索驱动轴之间产生摩擦力，而且工作拉力越大，摩擦力越大，在摩擦力的作用下，使得与绳索驱动轴缠绕部分的绳索总与所述绳索驱动轴相对静止。当所述驱动电机2308带动一根所述绳索驱动轴五2303-5转动时，由于齿轮一至齿轮九之间相互啮合，齿轮五的转动会通过齿轮一至齿轮九传递给每一根绳索驱动轴，实现九根绳索驱动轴同时转动，实现绳索的驱动控制。当驱动绳索收回时，力矩电机2402为维持自身力矩恒定，会驱动所述绳索储存卷筒2401转动，将绳索收回部分缠绕在所述绳索储存卷筒2401上；当驱动绳索释放时，所述力矩电机2402的力矩小于绳索作用在所述绳索储存卷筒2401上的力矩，绳索带动所述绳索储存卷筒2401转动，将绳索释放部分在所述绳索储存卷筒上释放出来。

Claims (1)

1.一种高精度高行程拉力可检出的绳索驱动装置，包括安装在主体支架（2000）上的绳索导入导出组件（2100）、绳索拉力检测组件（2200）、绳索驱动组件（2300）、绳索储存与释放组件（2400）其特征在于：
所述绳索导入导出组件（2100）包括固定在主体支架上的绳索导入导出轮第一支撑板（2101）和绳索导入导出轮第二支撑板（2102），所述绳索导入导出轮第一支撑板（2101）开有阶梯孔一（2101-A）和阶梯孔二（2101-B），所述绳索导入导出轮第二支撑板（2102）开有阶梯孔三（2102-A）和阶梯孔四（2102-B），每个阶梯孔内置有轴承，绳索导入导出轮一（2103）轴两端分别轴配合安装在轴承一（2105），轴承三（2107）内孔中；绳索导入导出轮二（2104）轴两端分别轴配合安装在轴承二（2106），轴承四（2108）内孔中；
所述绳索拉力检测组件（2200）包括：固定在所述主体支架上的绳索拉力检测第一支撑板（2201）和绳索拉力检测第二支撑板（2202），绳索拉力检测第一支撑板（2201）底部开有阶梯孔五（2201-A），阶梯孔五中固定轴承五（2207），绳索拉力检测第二支撑板（2202）底部开有阶梯孔六（2202-A），阶梯孔六中固定轴承六（2208），T型转轴（2203）两端分别轴配合安装在轴承五（2207）和轴承六（2208）内孔中；所述T型转轴（2203）上固定安装拉力传感器（2204），所述拉力传感器（2204）上固定一个U型支架（2205），所述U型支架（2205）上开有阶梯孔七（2205-A）阶梯孔八（2205-B），阶梯孔七中固定轴承七（2209），阶梯孔八中固定轴承八（2210），绕线轮（2206）两端与轴承七（2209）轴承八（2210）内孔轴配合安装；
所述绳索驱动组件（2300）包括：固定在所述主体支架上的绳索驱动轴第一支撑板（2301），绳索驱动轴第二支撑板（2302），绳索驱动轴第一支撑板和绳索驱动轴第二支撑板对称开有多组阶梯孔，两支撑板相对位置阶梯孔为一组，每组的阶梯孔中都放置有轴承，导线轮一（2309）导线轮二（2310）两端以及多根绳索驱动轴两端分别轴配合安装在相应的阶梯孔轴承内孔中，每根个绳索驱动轴上安装齿轮，其中的一个绳索驱动轴五（2303-5）通过联轴器（2305）连接减速器（2307），减速器（2307）安装在驱动电机（2308）上，减速器（2307）与所述驱动电机（2308）固定在所述驱动电机支撑架（2306）上，驱动电机支撑架（2306）固定在主体支架（2000）上；
所述绳索储存与释放组件（2400）包括：绳索储存卷筒（2401）、力矩电机（2402）；绳索储存卷筒（2401）通过顶丝固定在力矩电机（2402）的转轴上，力矩电机（2402）固定在主体支架（2000）上；
所述绳索驱动组件中绳索驱动轴第一支撑板和绳索驱动轴第二支撑板对称开有多组阶梯孔的数量为11组，多根组绳索驱动轴的数量为9根组；所述拉力传感器（2204）应用了型号为H3-C3-500KG-3b的S型拉力传感器；所述减速器（2307）应用了减速比为84：1的谐波减速器；所述驱动电机（2308）应用了型号为HF-KN23J-S100的驱动电机。
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