CN109630629B - 一种模块化的丝驱动机构绕线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化的丝驱动机构绕线系统，包括驱动装置和用于传动的钢丝绳，还包括：用于固定所述钢丝绳末端并初步预紧所述钢丝绳的绕线固定及预紧模块，用于检测所述钢丝绳张力的绕线张力检测模块，及用于调节所述钢丝绳张力的绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块、所述绕线张力检测模块以及所述绕线张力调节模块依次连接；所述钢丝绳从所述绕线固定及预紧模块导向引出，依次绕经所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块与所述驱动装置连接，并在所述驱动装置的驱动下卷绕所述钢丝绳。本发明结构小巧，可实现狭小空间的丝传动，并通过模块化设计提高了设备的紧凑性、美观度、可测量性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种丝驱动绕线装置，特别涉及模块化的丝驱动机构绕线系统。
背景技术
目前，近年来,随着机器人和机械灵巧手技术的发展,丝传动技术被越来越多的应用于机器人和灵巧手的驱动。相对于传统的传动系统，丝传动可以实现远距离传递动力，易于改变传动方向等优点，非常适合小空间多自由度诸如灵巧手之类的结构驱动。
然而丝传动技术也存在一些具体的技术确定,如传递动力的方向只能是单方向的，需要对钢丝绳和电机传动轴进行可靠的固定。钢丝绳在长时间使用后会出现松弛现象进而影响传动的准确性，需要专门的张紧机构。而且对于丝张力的测量，以往的张力传感器，其体积较大，预紧功能较差，对狭小空间的钢丝绳传动测张力的装配难度和美观度有所影响。
在这样的背景下,研制一种模块化的丝驱动绕线方式就显得尤其重要，包括固定钢丝绳的绕线装置和预紧钢丝绳的绕线装置，以及体积小巧的钢丝绳张力测量绕线装置，会为狭小空间的丝传动在小巧度、美观度，可测量性和可靠性方面带来重要的改进。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种体积小、便于张力检测且可靠性高的模块化的丝驱动机构绕线系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模块化的丝驱动机构绕线系统，包括驱动装置和用于传动的钢丝绳，还包括：用于固定所述钢丝绳末端并初步预紧所述钢丝绳的绕线固定及预紧模块，用于检测所述钢丝绳张力的绕线张力检测模块，以及用于调节所述钢丝绳张力的绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块、所述绕线张力检测模块以及所述绕线张力调节模块依次连接；所述钢丝绳从所述绕线固定及预紧模块导向引出，依次绕经所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块与所述驱动装置连接，并在所述驱动装置的驱动下卷绕所述钢丝绳。
进一步地，所述绕线固定及预紧模块包括第一接线柱和第二接线柱；所述第一接线柱，其右端与所述驱动装置的输出轴固接；其左端呈阶梯轴状，从左至右依次包括小直径段、中直径段和大直径段；所述小直径段外周表面设有螺纹；所述大直径段外周表面设有径向的沉孔式螺纹孔A以及环形凹槽A，所述螺纹孔A的沉孔部和所述环形凹槽A之间设有通过所述钢丝绳的开口槽A；所述第二接线柱为圆筒状，其套接在所述中直径段并与之间隙配合；所述小直径段从所述第二接线柱左端伸出并连接有压紧螺母；所述第二接线柱外周表面设有径向的沉孔式螺纹孔B以及环形凹槽B，所述螺纹孔B的沉孔部和所述环形凹槽B之间设有通过所述钢丝绳的开口槽B；所述螺纹孔A连接有用于固定所述钢丝绳末端的第一螺钉，所述螺纹孔B连接有用于固定所述钢丝绳末端的第二螺钉。
进一步地，所述绕线固定及预紧模块还包括固定基座，以及固定在所述固定基座上的第一绕线轮、第二绕线轮、第三绕线轮和第四绕线轮；所述第二绕线轮、所述第三绕线轮和所述第四绕线轮的轴线与所述第一接线柱的轴线平行，所述第一绕线轮的轴线与所述第一接线柱的轴线正交；从所述第一接线柱的环形凹槽A引出的所述钢丝绳，绕经所述第四绕线轮后至所述绕线张力检测模块；从所述第二接线柱的环形凹槽B引出的所述钢丝绳，依次绕经所述第一绕线轮、所述第二绕线轮和所述第三绕线轮后至所述绕线张力检测模块。
进一步地，所述压紧螺母为法兰螺母。
进一步地，所述绕线张力检测模块包括两个对称设置的张力检测单元，每个所述张力检测单元包括一个S型压力传感器，以及依次与所述钢丝绳绕接的检测绕线轮A、检测绕线轮B和检测绕线轮C；所述检测绕线轮A、所述检测绕线轮B和所述检测绕线轮C的轴线平行且三者的轴心连线构成等腰三角形；所述检测绕线轮B的轴心位于该等腰三角形的中轴线上；所述检测绕线轮B的安装座压接在所述S型压力传感器上。
进一步地，所述绕线张力调节模块包括两个对称设置的张力调节单元，每个所述张力调节单元包括依次与所述钢丝绳绕接的张力绕线轮A、张力绕线轮B和张力绕线轮C，所述张力绕线轮A、所述张力绕线轮B和所述张力绕线轮C的轴线平行且三者的轴心连线构成等腰三角形；所述张力绕线轮B的轴心沿该等腰三角形的中轴线移动。
进一步地，所述绕线张力调节模块设有张力调节基座；所述张力调节基座上设有滑槽，所述张力绕线轮B的安装座位于所述滑槽内并与之滑动连接；所述绕线张力调节模块还包括调节螺钉以及开有通孔的张紧板，所述张紧板固定在所述张力调节基座上，所述张力绕线轮B的安装座设有螺纹孔C，所述调节螺钉穿过所述张紧板的通孔并与所述螺纹孔C螺纹连接。
进一步地，所述调节螺钉为十字螺钉。
进一步地，所述驱动装置包括电机。
进一步地，还包括模块化的连接座，所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块安装在所述连接座上。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明的模块化的丝驱动机构绕线系统采用模块化设计，其中的绕线固定及预紧模块实现了对钢丝绳端部的固定及对钢丝绳初步预紧，其绕线张力检测模块实现了对钢丝绳的张力检测，其绕线张力调节模块实现了对钢丝绳的张力调节；绕线张力检测模块对称设置两个张力检测单元，绕线张力调节模块对称设置两个张力调节单元，可以实现电机的正反转丝驱动的张力检测和调节，本系统体积小巧，可实现狭小空间的丝传动，提高了设备的紧凑性、美观度、可测量性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的绕线固定及预紧模块结构示意图；
图3是绕线固定及预紧模块结构的第一接线柱的结构示意图；
图4是绕线固定及预紧模块结构的第二接线柱的结构示意图；
图5是本发明的绕线张力检测模块结构示意图；
图6是本发明的绕线张力检测模块简化示意图；
图7是本发明的绕线张力调节模块结构示意图。
图中：101、电机；102、固定基座；103、第一接线柱；104、第二接线柱；201、第二连接座；301、第三连接座；401、第四连接座；1001、第一绕线轮；1002、第二绕线轮；1003、第三绕线轮；1004、第四绕线轮；1005、法兰螺母；1006、第一螺钉；1007、第二螺钉；2001、第五绕线轮；2002、检测绕线轮A；2003、检测绕线轮B；2004、检测绕线轮C；2005、S型压力传感器；3001、预紧绕线轮A；3002、预紧绕线轮B；3003、预紧绕线轮C4；3004、十字螺钉；1031、小直径段；1032、中直径段；1033、螺纹孔A；1034、开口槽A；1035、环形凹槽A；1036、法兰；1041、轴孔；1042、螺纹孔B；1043、开口槽B；1044、环形凹槽B。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图7，一种模块化的丝驱动机构绕线系统，包括驱动装置和用于传动的钢丝绳，还包括：用于固定所述钢丝绳末端并初步预紧所述钢丝绳的绕线固定及预紧模块，用于检测所述钢丝绳张力的绕线张力检测模块，以及用于调节所述钢丝绳张力的绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块、所述绕线张力检测模块以及所述绕线张力调节模块依次连接；所述钢丝绳从所述绕线固定及预紧模块导向引出，依次绕经所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块与所述驱动装置连接，并在所述驱动装置的驱动下卷绕所述钢丝绳。所述驱动装置可包括电机101。
所述绕线固定及预紧模块可包括第一接线柱103和第二接线柱104；所述第一接线柱103，其右端可与所述驱动装置的输出轴固接；其左端可呈阶梯轴状，从左至右可依次包括小直径段、中直径段和大直径段；所述小直径段外周表面可设有螺纹，为螺纹轴段1031；所述中直径段为光轴段1032，所述大直径段外周表面可设有径向的沉孔式螺纹孔A1033以及环形凹槽A1035，所述螺纹孔A1033的沉孔部和所述环形凹槽A1035之间可设有通过所述钢丝绳的开口槽A1034；所述第二接线柱104可为圆筒状，其中心开有轴孔1041，套接在所述中直径段即光轴段1032，并与光轴段1032间隙配合；所述小直径段从所述第二接线柱104左端伸出并可连接有压紧螺母；所述第二接线柱104外周表面可设有径向的沉孔式螺纹孔B1042以及环形凹槽B1044，所述螺纹孔B 1042的沉孔部和所述环形凹槽B1044之间可设有通过所述钢丝绳的开口槽B1043；所述螺纹孔A1033连接有用于固定所述钢丝绳末端的第一螺钉1006，所述螺纹孔B 1042连接有用于固定所述钢丝绳末端的第二螺钉1007，所述压紧螺母可选用法兰螺母1005等端面摩擦力大的压紧螺母。钢丝绳的一个端部卷绕在环形凹槽A1035，然后通过开口槽A1034，缠绕在第一螺钉1006上，第一螺钉1006旋入螺纹孔A1033后压紧固定钢丝绳的末端。钢丝绳的另一个端部卷绕在环形凹槽B1044，然后通过开口槽B1043，缠绕在第二螺钉1007上，第二螺钉1007旋入螺纹孔B 1042后压紧固定钢丝绳的末端。
进一步地，所述绕线固定及预紧模块还可包括固定基座102，以及固定在所述固定基座102上的第一绕线轮1001、第二绕线轮1002、第三绕线轮1003和第四绕线轮1004；所述第二绕线轮1002、所述第三绕线轮1003和所述第四绕线轮1004的轴线可与所述第一接线柱103的轴线平行，所述第一绕线轮1001的轴线可与所述第一接线柱103的轴线正交；从所述第一接线柱103的环形凹槽A1035引出的所述钢丝绳，可绕经所述第四绕线轮1004后至所述绕线张力检测模块；从所述第二接线柱104的环形凹槽B1044引出的所述钢丝绳，可依次绕经所述第一绕线轮1001、所述第二绕线轮1002和所述第三绕线轮1003后至所述绕线张力检测模块。
所述绕线张力检测模块可包括两个对称设置的张力检测单元，每个所述张力检测单元可包括一个S型压力传感器2005，以及依次与所述钢丝绳绕接的检测绕线轮A 2002、检测绕线轮B 2003和检测绕线轮C 2004；所述检测绕线轮A 2002、所述检测绕线轮B 2003和所述检测绕线轮C2004的轴线可平行且三者的轴心连线可构成等腰三角形；所述检测绕线轮B2003的轴心位于该等腰三角形的中轴线上；所述检测绕线轮B2003的安装座可压接在所述S型压力传感器2005上。
所述绕线张力调节模块可包括两个对称设置的张力调节单元，每个所述张力调节单元可包括依次与所述钢丝绳绕接的张力绕线轮A、张力绕线轮B和张力绕线轮C，所述张力绕线轮A、所述张力绕线轮B和所述张力绕线轮C的轴线可平行且三者的轴心连线可构成等腰三角形；所述张力绕线轮B的轴心可沿该等腰三角形的中轴线移动。
所述绕线张力调节模块可设有张力调节基座；所述张力调节基座上可设有滑槽，所述张力绕线轮B的安装座可位于所述滑槽内并与之滑动连接；所述绕线张力调节模块还可包括调节螺钉以及开有通孔的张紧板，所述张紧板可固定在所述张力调节基座上，所述张力绕线轮B的安装座可设有螺纹孔C，所述调节螺钉可穿过所述张紧板的通孔并与所述螺纹孔C螺纹连接。所述调节螺钉可为十字螺钉3004。
本系统还可包括模块化的连接座，所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块安装在所述连接座上。连接座可包括第二连接座201、第三连接座301以及第四连接座401；所述绕线张力检测模块安装在第二连接座201上；所述绕线张力调节模块安装在第三连接座301以及第四连接座401上，并位于两者之间；第四连接座401还可以安装其他绕线模块。
以下对本发明的优选实施例的结构及工作原理进行说明：
如图1所示，固定基座102通过螺钉固定在电机101上，固定基座102上设置4个绕线轮供钢丝绳的绕线用以改变传动方向；第一接线柱103右端设有法兰1036，第一接线柱103的法兰1036，通过螺钉与联轴器连接，联轴器和电机101输出轴固连，第一接线柱103末端设置一段光滑轴段和一段螺纹轴段1031；第二接线柱104通过轴孔1041与第一接线柱103末端光滑轴段间隙配合即相对转动连接进而实现预紧功能；而后通过法兰螺母1005与第一接线柱103末端的螺纹轴段1031拧紧，实现第二接线柱104和第一接线柱103的压紧固定；第一接线柱103和第二接线柱104上均设置有卷绕钢丝绳的环形凹槽以及螺纹孔，用以实现固丝装置的固定钢丝绳的功能；第二连接座201通过螺钉固定在固定基座102上，钢丝绳张力测量绕线装置安装固定在第二连接座201上；第三连接座301通过螺钉固定在第二连接座201上，第四连接座401通过螺钉固定在第三连接座301上，钢丝绳第二预紧装置安装固定在第三连接座301和第四连接座401上。
如图2至图4所示，第一绕线轮1001，第二绕线轮1002，第三绕线轮1003和第四绕线轮1004固定在固定基座102上。正转的钢丝绳首先缠绕在第一螺钉1006上，通过第一螺钉1006的拧紧固定在第一接线柱103上，达到固定钢丝绳的目的，接着缠绕在第一接线柱103的环形凹槽A1035上，接着绕过第四绕线轮1004，最终传动方向变为竖直向上。反转的钢丝绳首先缠绕在第二螺钉1007上，通过第二螺钉1007的拧紧固定在第二接线柱104上，达到固定钢丝绳的目的，接着缠绕在第二接线柱104的环形凹槽B1044上，接着绕过第一绕线轮1001，接着绕过第二绕线轮1002，接着绕过第三绕线轮1003，最终传动方向变为竖直向上。通过压紧螺母的拧紧，实现第二接线柱104和第一接线柱103的压紧固定，即可通过电机101驱动两根钢丝绳的运动。当需要预紧钢丝绳，首先松开压紧螺母，通过电机101的顺时针转动预紧正转的钢丝绳，通过第二接线柱104的逆时针转动预紧反转的钢丝绳，接着拧紧压紧螺母，达到第一预紧装置预紧钢丝绳的功能。
如图5所示，检测绕线轮A2002，检测绕线轮B2003和检测绕线轮C2004作为一个张力检测单元的组成，用以测量电机101反转的钢丝绳的张力。钢丝绳自第五绕线轮2001的顶部开始走线，途经检测绕线轮A2002的底部，再经过检测绕线轮B2003的顶部，再经过检测绕线轮C2004的底部，最终传动方向仍然是竖直向上。S型压力传感器2005固定在第二连接座201上，位于检测绕线轮B2003的正下方，用以测量检测绕线轮B2003因为两端钢丝绳的张力而产生的压力。相对称的，第二连接座201的另一侧设置同样布置的张力检测单元，用以测量电机101正转的钢丝绳的张力。S型压力传感器2005的工作原理是由于正上方的压力而使得传感器的间隙发生改变，进而通过这种变化测得压力。
请参考图6，对绕线张力检测模块如何测量钢丝绳的张力加以说明。检测绕线轮A2002，检测绕线轮B2003和检测绕线轮C2004的中心分别为点A，点B和点C，三个绕线轮的半径均为r，检测绕线轮A2002和检测绕线轮B2003的中心距为AB,检测绕线轮A2002和检测绕线轮C2004的中心距为AC,S型压力传感器2005测得的压力为FN，钢丝绳的张力为F。则，钢丝绳的张力F＝FN/2sinθ，其中θ＝θ1+∠BAC，θ1＝arcsin(2r/AB)，∠BAC＝arccos(AC/2AB)。
如图7所示，预紧绕线轮A3001固定在第三连接座301上，预紧绕线轮B 3002与第三连接座301通过移动副连接，预紧绕线轮C3003固定在第四连接座401上，用以预紧反转的钢丝绳。钢丝绳自预紧绕线轮A3001的最右侧开始走线，途经预紧绕线轮B3002的最左侧，再经过预紧绕线轮C3003的最右侧，最终传动方向仍然是竖直向上。十字螺钉3004通过螺旋运动副与预紧绕线轮B3002和第三连接座301相连，因此十字螺钉3004的螺旋运动可以转换为预紧绕线轮B3002沿第三连接座301的移动，达到预紧钢丝绳的目的。相对称的，第三连接座301和第四连接座401的另一侧设置同样布置的第二预紧绕线装置。
本发明分体设置了所述绕线固定及预紧模块、所述绕线张力检测模块以及所述绕线张力调节模块，绕线固定及预紧模块实现了对钢丝绳端部的固定及对钢丝绳初步预紧，其绕线张力检测模块实现了对钢丝绳的张力检测，其绕线张力调节模块实现了对钢丝绳的张力调节，本发明进而实现电机101驱动的正反转丝驱动，体积小巧，会为狭小空间的丝传动在小巧度、美观度，可测量性和可靠性方面带来重要的改进。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (6)
1.一种模块化的丝驱动机构绕线系统，包括驱动装置和用于传动的钢丝绳，其特征在于，还包括：用于固定所述钢丝绳末端并初步预紧所述钢丝绳的绕线固定及预紧模块，用于检测所述钢丝绳张力的绕线张力检测模块，以及用于调节所述钢丝绳张力的绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块、所述绕线张力检测模块以及所述绕线张力调节模块依次连接；所述钢丝绳从所述绕线固定及预紧模块导向引出，依次绕经所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块；所述绕线固定及预紧模块与所述驱动装置连接，并在所述驱动装置的驱动下卷绕所述钢丝绳；
所述绕线固定及预紧模块包括第一接线柱和第二接线柱；所述第一接线柱，其右端与所述驱动装置的输出轴固接；其左端呈阶梯轴状，从左至右依次包括小直径段、中直径段和大直径段；所述小直径段外周表面设有螺纹；所述大直径段外周表面设有径向的沉孔式螺纹孔A以及环形凹槽A，所述螺纹孔A的沉孔部和所述环形凹槽A之间设有通过所述钢丝绳的开口槽A；所述第二接线柱为圆筒状，其套接在所述中直径段并与之间隙配合；所述小直径段从所述第二接线柱左端伸出并连接有压紧螺母；所述第二接线柱外周表面设有径向的沉孔式螺纹孔B以及环形凹槽B，所述螺纹孔B的沉孔部和所述环形凹槽B之间设有通过所述钢丝绳的开口槽B；所述螺纹孔A连接有用于固定所述钢丝绳末端的第一螺钉，所述螺纹孔B连接有用于固定所述钢丝绳末端的第二螺钉；
所述绕线固定及预紧模块还包括固定基座，以及固定在所述固定基座上的第一绕线轮、第二绕线轮、第三绕线轮和第四绕线轮；所述第二绕线轮、所述第三绕线轮和所述第四绕线轮的轴线与所述第一接线柱的轴线平行，所述第一绕线轮的轴线与所述第一接线柱的轴线正交；从所述第一接线柱的环形凹槽A引出的所述钢丝绳，绕经所述第四绕线轮后至所述绕线张力检测模块；从所述第二接线柱的环形凹槽B引出的所述钢丝绳，依次绕经所述第一绕线轮、所述第二绕线轮和所述第三绕线轮后至所述绕线张力检测模块；
所述绕线张力检测模块包括两个对称设置的张力检测单元，每个所述张力检测单元包括一个S型压力传感器，以及依次与所述钢丝绳绕接的检测绕线轮A、检测绕线轮B和检测绕线轮C；所述检测绕线轮A、所述检测绕线轮B和所述检测绕线轮C的轴线平行且三者的轴心连线构成等腰三角形；所述检测绕线轮B的轴心位于该等腰三角形的中轴线上；所述检测绕线轮B的安装座压接在所述S型压力传感器上；
所述绕线张力调节模块包括两个对称设置的张力调节单元，每个所述张力调节单元包括依次与所述钢丝绳绕接的张力绕线轮A、张力绕线轮B和张力绕线轮C，所述张力绕线轮A、所述张力绕线轮B和所述张力绕线轮C的轴线平行且三者的轴心连线构成等腰三角形；所述张力绕线轮B的轴心沿该等腰三角形的中轴线移动。
2.根据权利要求1所述的模块化的丝驱动机构绕线系统，其特征在于，所述压紧螺母为法兰螺母。
3.根据权利要求1所述的模块化的丝驱动机构绕线系统，其特征在于，所述绕线张力调节模块设有张力调节基座；所述张力调节基座上设有滑槽，所述张力绕线轮B的安装座位于所述滑槽内并与之滑动连接；所述绕线张力调节模块还包括调节螺钉以及开有通孔的张紧板，所述张紧板固定在所述张力调节基座上，所述张力绕线轮B的安装座设有螺纹孔C，所述调节螺钉穿过所述张紧板的通孔并与所述螺纹孔C螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的模块化的丝驱动机构绕线系统，其特征在于，所述调节螺钉为十字螺钉。
5.根据权利要求1所述的模块化的丝驱动机构绕线系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机。
6.根据权利要求1所述的模块化的丝驱动机构绕线系统，其特征在于，还包括模块化的连接座，所述绕线张力检测模块和所述绕线张力调节模块安装在所述连接座上。
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