CN111410101A - 一种柔性钢带驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种柔性钢带驱动器，属于机电一体化技术领域。本发明解决了现有的采用直线驱动方式实现直线运动输出的结构存在的体积过大、空间利用率低的问题。主动传动轴通过电机及减速器控制动作，每个主动传动轴上均套装有主动摩擦轮，每个从动传动轴上均套装有从动摩擦轮，且两个从动摩擦轮对应与两个主动摩擦轮配合，尺囊转动装设在壳体内的上部，其上盘设的柔性钢带由上至下穿设在主动摩擦轮与从动摩擦轮之间的间隙，通过主动摩擦轮的转动，带动柔性钢带伸出或收回，壳体的底部竖直开设有通孔，当柔性钢带伸出时，柔性钢带穿过所述通孔，位于最下方的从动摩擦轮的一端部固装有用于检测柔性钢带速度和位移的检测装置。

Description

一种柔性钢带驱动器
技术领域
本发明涉及一种柔性钢带驱动器，属于机电一体化技术领域。
背景技术
现有的直线驱动方式分为两种：一种是使用滚珠丝杠、齿轮齿条等特殊的机构，将回转电机输出的回转运动转换为直线运动；另一种是直线电机、电动推杆、液压缸、气缸等特殊动力源，可直接输出直线运动。
然而，上述提到的两种方式都存在一个共性问题：要达到一定的有效行程，则直线运动输出部分需要相应的体积空间(长度)，如需要1m的直线行程，则滚珠丝杠或者齿条的长度起码要达到一米。这样的结构体积庞大、空间利用率低，无法满足现代机电设备轻量化、小型化的要求。
而且，第二种方式中的液压(气压)缸等动力输出方式，需要液(气)压泵、液(气)压管路和液(气)压控制元器件，不但增大了系统的复杂性，还要占用巨大的空间，设备的保养与维护也十分麻烦。
发明内容
本发明是为了解决现有的采用直线驱动方式实现直线运动输出的结构存在的体积过大、空间利用率低的问题，进而提供了一种柔性钢带驱动器。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性钢带驱动器，它包括壳体以及布置在壳体内的尺囊和摩擦轮驱动组件，
其中所述摩擦轮驱动组件包括至少两个主动传动轴及至少两个从动传动轴，每个传动轴均水平布置，且所述至少两个主动传动轴上下平行布置，所述至少两个从动传动轴上下平行布置，每个主动传动轴的两端部及每个从动传动轴的两端部均转动穿装在壳体的侧壁上，主动传动轴通过电机及减速器控制动作，每个主动传动轴上均套装有主动摩擦轮，每个从动传动轴上均套装有从动摩擦轮，且两个从动摩擦轮对应与两个主动摩擦轮配合，尺囊转动装设在壳体内的上部，其上盘设的柔性钢带由上至下穿设在主动摩擦轮与从动摩擦轮之间的间隙，通过主动摩擦轮的转动，带动柔性钢带伸出或收回，壳体的底部竖直开设有通孔，当柔性钢带伸出时，柔性钢带穿过所述通孔，位于最下方的从动摩擦轮的一端部固装有用于检测柔性钢带速度和位移的检测装置。
进一步地，电机及减速器的数量均为一个，至少两个主动传动轴与减速器之间布置有齿轮传动组件，电机及减速器通过齿轮传动组件同时控制所述至少两个主动传动轴动作。
进一步地，主动传动轴的数量为两个，所述齿轮传动组件包括主动齿轮、传递齿轮及两个从动齿轮，其中主动齿轮固装在减速器的输出轴上，两个从动齿轮分别固装在两个主动传动轴的一端部，主动齿轮通过传递齿轮及两个从动齿轮将减速器的动力传递给两个主动传动轴，所述传递齿轮通过定位轴转动安装在壳体的侧壁上。
进一步地，每个从动传动轴的两端部均通过第二轴承转动装设在壳体两侧壁，且第二轴承与壳体之间设置有滑动轴承座，每个从动传动轴远离主动传动轴的一侧均布置有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括导向轴、调节螺栓及预紧弹簧，壳体上相对布置的两侧壁上均沿水平方向开设有槽道，所述滑动轴承座内嵌在所述槽道内，导向轴沿槽道长度方向水平布置且导向轴的一端部螺纹穿装在滑动轴承座上，所述调节螺栓为空心螺栓且其螺纹穿装在壳体上，导向轴的另一端部同轴穿设在调节螺栓内，所述预紧弹簧套装在调节螺栓与滑动轴承座之间的导向轴上。
进一步地，所述壳体包括机架主体、竖直固装在机架主体开口端的端部盖板以及罩设在机架主体一侧的罩板，所述主动摩擦轮、从动摩擦轮及尺囊均位于机架主体内，所述槽道分别开设在端部盖板上以及机架主体上与端部盖板平行布置的一侧壁上，调节螺栓螺纹穿装在端部盖板的一端部以及机架主体一侧壁的一端部，主动传动轴的一端部及从动传动轴的一端部均转动安装在机架主体的一侧壁上，另一端部均转动安装在端部盖板上，检测装置穿装在罩板上。
进一步地，所述主动摩擦轮为腰型轮，所述从动摩擦轮为与主动摩擦轮相配合的鼓型轮。
进一步地，每个从动摩擦轮的中部外表面均沿其周向开设有环形通槽。
进一步地，所述尺囊包括卷簧轴及盘设在卷簧轴上的柔性钢带，卷簧轴的两端部转动穿装在壳体两侧壁上，柔性钢带的末端嵌入卷簧轴内。
进一步地，所述检测装置为光电编码器。
进一步地，壳体底端开设有至少四个螺纹孔。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请通过使用柔性钢带作为驱动载体，与现有技术中的驱动方式相比较，柔性钢带在缠绕状态下结构简单且紧凑，质量更轻，占用空间更小，拉直后可达相应长度，折展比大，驱动器动力来源于电机，操控简单，使用简便；
当使用本申请所述柔性钢带驱动器实现直线驱动时，在需要实现直线驱动的结构上开设与柔性钢带配合的限位槽，柔性钢带伸出后，经过限位槽的周向限位后，使其只能沿限位槽长度方向运动，如此便能具有一定的刚度，能抵抗一定的轴向和径向扰动，沿限位槽方向传动运动和力，对外界做功；
柔性钢带可突破土壤表层，进入土壤表层后，土壤会提供类似于限位槽的限位功能，保证柔性钢带能具有一定的刚度。
附图说明
图1为本申请的第一立体结构示意图；
图2为本申请的第二立体结构示意图；
图3为本申请的正视示意图；
图4为本申请的左视示意图；
图5为本申请的后视示意图(局部剖视，且检测装置未示出。)；
图6为图5的A-A向剖视示意图；
图7为本申请的右视示意图(局部剖视)；
图8为图7的左视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～8说明本实施方式，一种柔性钢带驱动器，它包括壳体1以及布置在壳体1内的尺囊2和摩擦轮驱动组件，
其中所述摩擦轮驱动组件包括至少两个主动传动轴3及至少两个从动传动轴4，每个传动轴均水平布置，且所述至少两个主动传动轴3上下平行布置，所述至少两个从动传动轴4上下平行布置，每个主动传动轴3的两端部及每个从动传动轴4的两端部均转动穿装在壳体1的侧壁上，主动传动轴3通过电机5及减速器6控制动作，每个主动传动轴3上均套装有主动摩擦轮7，每个从动传动轴4上均套装有从动摩擦轮8，且两个从动摩擦轮8对应与两个主动摩擦轮7配合，尺囊2转动装设在壳体1内的上部，其上盘设的柔性钢带9由上至下穿设在主动摩擦轮7与从动摩擦轮8之间的间隙，通过主动摩擦轮7的转动，带动柔性钢带9伸出或收回，壳体1的底部竖直开设有通孔，当柔性钢带9伸出时，柔性钢带9穿过所述通孔，位于最下方的从动摩擦轮8的一端部固装有用于检测柔性钢带9速度和位移的检测装置10。
电机5是整个柔性钢带驱动器的动力源，尺囊2用以存储柔性钢带9，检测装置10用以检测钢带的速度和位移，壳体1用于安装其他零部件。所述电机5与减速器6固接，减速器6通过螺钉固装在壳体1上，电机5与减速器6固接且穿装在壳体1上。
至少两个主动传动轴3可以分别配置电机5及减速器6实现控制其动作，也可以同时通过一组电机5及减速器6控制动作，通过一组电机5及减速器6控制时，至少两个主动传动轴3同时通过齿轮传动组件与减速器6的输出轴连接，进而实现通过一组电机5及减速器6同时带动至少两个主动传动轴3转动。
主动传动轴3的数量与从动传动轴4的数量相等。
主动传动轴3与主动摩擦轮7之间以及从动传动轴4与从动摩擦轮8之间均是通过平键传递运动和动力。
一个主动摩擦轮7和其对应的一个从动摩擦轮8构成一组摩擦驱动轮，其中从动摩擦轮8没有驱动力。
摩擦驱动轮的组数可以为两组、三组或若干组，摩擦驱动轮的组数更多更有利于钢带的驱动，但是驱动器的结构也会越复杂，以两至三组为最适宜。使用三组或者三组以上的摩擦驱动轮驱动时，可每组摩擦驱动轮都配置电机5进行驱动，以省去复杂的传递装置，减轻系统复杂性。
检测装置10穿装在壳体1上，即通过壳体1起到对检测装置10的支撑作用，防止检测装置10随从动传动轴4转动过程中因自重原因而影响从动摩擦轮8与主动摩擦轮7之间的配合。检测装置10的轴端削平，插入连接检测装置10的从动传动轴4一端相对应的孔内，当从动传动轴4开始转动时，检测装置10就将轴的转动位移量转换成脉冲或数字量，以检测轴的转速和位移，从而计算出柔性钢带9的速度和位移。
检测装置10可以为光电编码器，也可以使用其他类型的检测装置10，如拉线位移编码器等。
主动摩擦轮7和柔性钢带9表面产生摩擦驱动力，驱使柔性钢带9运动。电机5正向或者反向转动，柔性钢带9则相应伸出或者回收。当使用本申请所述柔性钢带驱动器实现直线驱动时，在需要实现直线驱动的结构上开设与柔性钢带9配合的限位槽，柔性钢带9伸出后，经过限位槽的周向限位后，使其只能沿限位槽长度方向运动，如此便能具有一定的刚度，能抵抗一定的轴向和径向扰动，沿限位槽方向传动运动和力，对外界做功。
尺囊2位于整个柔性钢带驱动器的上部。
柔性钢带9的横截面可以为弧形结构，也可以为矩形结构，根据柔性钢带9的横截面形状，选择合适的主、从动摩擦轮，即当柔性钢带9的横截面为弧形结构时，所述主动摩擦轮7为腰型轮，所述从动摩擦轮8为与主动摩擦轮7相配合的鼓型轮；当柔性钢带9的横截面为矩结构时，所述主动摩擦轮7及从动摩擦轮8均为圆柱形。
该柔性驱动器还能用于航天或地质勘探领域。柔性钢带9可突破土壤表层，进入土壤表层后，土壤会提供类似于限位槽的限位功能，保证柔性钢带9能具有一定的刚度。柔性钢带9上可集成有传感器及相应电路，可探测纵深方向上土壤的物理性质。
电机5及减速器6的数量均为一个，至少两个主动传动轴3与减速器6之间布置有齿轮传动组件，电机5及减速器6通过齿轮传动组件同时控制所述至少两个主动传动轴3动作。如此设计，每个主动传动轴3以及每个从动传动轴4均平行于减速器6的输出轴设置。齿轮传动组件用于动力的传递。
主动传动轴3的数量为两个，所述齿轮传动组件包括主动齿轮11、传递齿轮12及两个从动齿轮13，其中主动齿轮11固装在减速器6的输出轴上，两个从动齿轮13分别固装在两个主动传动轴3的一端部，主动齿轮11通过传递齿轮12及两个从动齿轮13将减速器6的动力传递给两个主动传动轴3，所述传递齿轮12通过定位轴14转动安装在壳体1的侧壁上。如此设计，减速器6的输出轴通过紧定螺钉与主动齿轮11连接，经传递齿轮12将动力输出至两个从动齿轮13。定位轴14与壳体1之间设置有第一轴承15。两个从动齿轮13分别通过紧定螺钉固装在两个主动传动轴3上，以将运动和动力传递至主动传动轴3。
每个从动传动轴4的两端部均通过第二轴承16转动装设在壳体1两侧壁，且第二轴承16与壳体1之间设置有滑动轴承座17，每个从动传动轴4远离主动传动轴3的一侧均布置有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括导向轴18、调节螺栓19及预紧弹簧20，壳体1上相对布置的两侧壁上均沿水平方向开设有槽道，所述滑动轴承座17内嵌在所述槽道内，导向轴18沿槽道长度方向水平布置且导向轴18的一端部螺纹穿装在滑动轴承座17上，所述调节螺栓19为空心螺栓且其螺纹穿装在壳体1上，导向轴18的另一端部同轴穿设在调节螺栓19内，所述预紧弹簧20套装在调节螺栓19与滑动轴承座17之间的导向轴18上。如此设计，由于槽道和从动传动轴4的限制，滑动轴承座17只能在槽道内水平移动。两个从动摩擦轮8的位置可在水平方向浮动，通过预紧力调节组件可以调节主、从动摩擦轮8之间的预紧力，即通过预紧力调节组件可调节从动摩擦轮8与主动摩擦轮7之间的摩擦力大小。通过正向或者反向拧紧调节螺栓19，预紧弹簧20则会相应的压缩或者伸长，主、从动摩擦轮8之间的压紧力也会相应增大或减小，以此达到增大或者减小预紧力的目的。
检测装置10用螺钉固定在检测支撑架上，检测支撑架通过螺钉固定在滑动轴承座17一端，可随滑动轴承座17转动。调节螺栓19可沿导向轴18轴向水平移动。预紧弹簧20的一端与调节螺栓19之间设置有垫片21。
所述壳体1包括机架主体22、竖直固装在机架主体22开口端的端部盖板23以及罩设在机架主体22一侧的罩板24，所述主动摩擦轮7、从动摩擦轮8及尺囊2均位于机架主体22内，所述槽道分别开设在端部盖板23上以及机架主体22上与端部盖板23平行布置的一侧壁上，调节螺栓19螺纹穿装在端部盖板23的一端部以及机架主体22一侧壁的一端部，主动传动轴3的一端部及从动传动轴4的一端部均转动安装在机架主体22的一侧壁上，另一端部均转动安装在端部盖板23上，检测装置10穿装在罩板24上。如此设计，通过罩板24起到对检测装置10的限位作用，齿轮传动组件布置在罩板24与机架主体22一侧壁之间的空间内。通过设置端部盖板23，便于机架主体22内部结构件的安装与拆卸。
所述主动摩擦轮7为腰型轮，所述从动摩擦轮8为与主动摩擦轮7相配合的鼓型轮。
每个从动摩擦轮8的中部外表面均沿其周向开设有环形通槽25。如此设计，适用于柔性驱动器用于航天或地质勘探领域时，柔性钢带9上贴有传感器和相应线缆，通过开设环形通槽25，避免损坏柔性钢带9上的线缆及传感器。
所述尺囊2包括卷簧轴26及盘设在卷簧轴26上的柔性钢带9，卷簧轴26的两端部转动穿装在壳体1两侧壁上，柔性钢带9的末端嵌入卷簧轴26内。如此设计，柔性钢带9的末端嵌入卷簧轴26内，以保证具有一定的回收力。从尺囊2伸出的柔性钢带9夹持在两组主、被动摩擦轮之间，钢带方向竖直向下，垂直穿过所述通孔。
所述检测装置10为光电编码器。
壳体1底端开设有至少四个螺纹孔27。如此设计，可通过四个螺纹孔27将整个柔性钢带驱动器安装或连接在相应的需要实现直线驱动的结构上。

Claims (10)

1.一种柔性钢带驱动器，其特征在于：它包括壳体(1)以及布置在壳体(1)内的尺囊(2)和摩擦轮驱动组件，
其中所述摩擦轮驱动组件包括至少两个主动传动轴(3)及至少两个从动传动轴(4)，每个传动轴均水平布置，且所述至少两个主动传动轴(3)上下平行布置，所述至少两个从动传动轴(4)上下平行布置，每个主动传动轴(3)的两端部及每个从动传动轴(4)的两端部均转动穿装在壳体(1)的侧壁上，主动传动轴(3)通过电机(5)及减速器(6)控制动作，每个主动传动轴(3)上均套装有主动摩擦轮(7)，每个从动传动轴(4)上均套装有从动摩擦轮(8)，且两个从动摩擦轮(8)对应与两个主动摩擦轮(7)配合，尺囊(2)转动装设在壳体(1)内的上部，其上盘设的柔性钢带(9)由上至下穿设在主动摩擦轮(7)与从动摩擦轮(8)之间的间隙，通过主动摩擦轮(7)的转动，带动柔性钢带(9)伸出或收回，壳体(1)的底部竖直开设有通孔，当柔性钢带(9)伸出时，柔性钢带(9)穿过所述通孔，位于最下方的从动摩擦轮(8)的一端部固装有用于检测柔性钢带(9)速度和位移的检测装置(10)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：电机(5)及减速器(6)的数量均为一个，至少两个主动传动轴(3)与减速器(6)之间布置有齿轮传动组件，电机(5)及减速器(6)通过齿轮传动组件同时控制所述至少两个主动传动轴(3)动作。
3.根据权利要求2所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：主动传动轴(3)的数量为两个，所述齿轮传动组件包括主动齿轮(11)、传递齿轮(12)及两个从动齿轮(13)，其中主动齿轮(11)固装在减速器(6)的输出轴上，两个从动齿轮(13)分别固装在两个主动传动轴(3)的一端部，主动齿轮(11)通过传递齿轮(12)及两个从动齿轮(13)将减速器(6)的动力传递给两个主动传动轴(3)，所述传递齿轮(12)通过定位轴(14)转动安装在壳体(1)的侧壁上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：每个从动传动轴(4)的两端部均通过第二轴承(16)转动装设在壳体(1)两侧壁，且第二轴承(16)与壳体(1)之间设置有滑动轴承座(17)，每个从动传动轴(4)远离主动传动轴(3)的一侧均布置有预紧力调节组件，所述预紧力调节组件包括导向轴(18)、调节螺栓(19)及预紧弹簧(20)，壳体(1)上相对布置的两侧壁上均沿水平方向开设有槽道，所述滑动轴承座(17)内嵌在所述槽道内，导向轴(18)沿槽道长度方向水平布置且导向轴(18)的一端部螺纹穿装在滑动轴承座(17)上，所述调节螺栓(19)为空心螺栓且其螺纹穿装在壳体(1)上，导向轴(18)的另一端部同轴穿设在调节螺栓(19)内，所述预紧弹簧(20)套装在调节螺栓(19)与滑动轴承座(17)之间的导向轴(18)上。
5.根据权利要求4所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：所述壳体(1)包括机架主体(22)、竖直固装在机架主体(22)开口端的端部盖板(23)以及罩设在机架主体(22)一侧的罩板(24)，所述主动摩擦轮(7)、从动摩擦轮(8)及尺囊(2)均位于机架主体(22)内，所述槽道分别开设在端部盖板(23)上以及机架主体(22)上与端部盖板(23)平行布置的一侧壁上，调节螺栓(19)螺纹穿装在端部盖板(23)的一端部以及机架主体(22)一侧壁的一端部，主动传动轴(3)的一端部及从动传动轴(4)的一端部均转动安装在机架主体(22)的一侧壁上，另一端部均转动安装在端部盖板(23)上，检测装置(10)穿装在罩板(24)上。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：所述主动摩擦轮(7)为腰型轮，所述从动摩擦轮(8)为与主动摩擦轮(7)相配合的鼓型轮。
7.根据权利要求6所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：每个从动摩擦轮(8)的中部外表面均沿其周向开设有环形通槽(25)。
8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：所述尺囊(2)包括卷簧轴(26)及盘设在卷簧轴(26)上的柔性钢带(9)，卷簧轴(26)的两端部转动穿装在壳体(1)两侧壁上，柔性钢带(9)的末端嵌入卷簧轴(26)内。
9.根据权利要求8所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：所述检测装置(10)为光电编码器。
10.根据权利要求1、2、3、5、7或9所述的一种柔性钢带驱动器，其特征在于：壳体(1)底端开设有至少四个螺纹孔(27)。
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