CN111872930A - 通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构 - Google Patents

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刘华欣
张志�
王海超
余张国
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Abstract

本发明提供一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，具有通过十字轴连接而能够相互运动的上体与下体，上体与十字轴的X向轴可转动地连接，在十字轴的X向轴与Y向轴之间设有依次垂直啮合连接的第一大滑轮、第二大滑轮、第三大滑轮以及第一小滑轮、第二小滑轮、第三小滑轮，通过在大、小滑轮组上分别饶设绳体，即可凭借两条绳体的正反运动及速度对比，形成下体相对于十字轴的X向轴与Y向轴的不同方向运动。

Description

通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构
技术领域
本发明涉及腿足式智能仿人机器的机械结构设计领域，是一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，用于腿足式智能仿人机器的末端关节。
背景技术
随着机器人技术的发展，腿足式智能仿人机器也得到了快速的发展，但大多腿足式智能仿人机器的机械结构还是使用的传统的机械方式，即动力输入端(电机)和动力输出端(减速器)就在本动力控制的关节内部，稍好的会把动力输入端(电机)通过皮带平移出来。
传统的机械结构用于机器人的末端关节，会出现三个问题：
1、末端关节重量大；
2、末端关节的惯量大；
3、不利于电控的控制，运动误差会变大。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，解决传统机械结构的上述三个问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，具有通过十字轴连接而能够相互运动的上体与下体，所述十字轴具有相互垂直的X向轴与Y向轴；
上体与十字轴的X向轴可转动地连接，十字轴的Y向轴两端与下体可转动地连接；
在十字轴的Y向轴的其中一端可转动地连接一个第一大滑轮与一个第一小滑轮；围绕十字轴的X向轴设有一个第二大滑轮与一个第二小滑轮，所述第二大滑轮与第二小滑轮均固定在上体上；在十字轴的Y向轴的另一端可转动地连接一个第三大滑轮与一个第三小滑轮；其中，所述第一大滑轮、第二大滑轮、第三大滑轮、第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮在轮缘均设有轮槽，所述第一大滑轮、第二大滑轮与第三大滑轮依次啮合连接，第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮依次啮合连接；
带第一绳头和第一绳尾的绳体依次绕过第一大滑轮、第二大滑轮以及第三大滑轮，并与第二大滑轮形成固定连接；带第二绳头和第二绳尾的绳体依次绕过第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮，并与第二小滑轮形成固定连接；
所述第一绳头与第一绳尾与固定在上体上的一个远端动力部件形成动力连接；所述第二绳头与第二绳尾与固定在上体上的另一个远端动力部件形成动力连接。
所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其中，所述第一绳头向下延伸，先在第一大滑轮的下半圆走绳，再沿着第二大滑轮的上半圆走绳，并且在第二大滑轮的半程走绳位置用压块将绳体固定在第二大滑轮上，然后沿着第三大滑轮的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第一绳尾；
所述第二绳头向下延伸，先在第一小滑轮的下半圆走绳，再沿着第二小滑轮的上半圆走绳，并且在第二小滑轮的半程走绳位置用另一压块将绳体固定在第二小滑轮上，然后沿着第三小滑轮的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第二绳尾。
所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其中，所述绳体通过压块与第二大滑轮、第二小滑轮分别形成固定连接。
所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其中，所述压块呈U形，开有一个与绳体直径大小接近的孔，所述绳体穿在孔中间，凭借螺丝将压块开口夹紧地固定在各滑轮的卡槽内。
所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其中，所述十字轴的X向轴与Y向轴的两端分别用X向轴承、Y向轴承与上体与下体连接，并用轴承压盖固定所述X向轴承与Y向轴承。
所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其中，所述第二大滑轮与第二小滑轮分别位于十字轴的X向轴的不同端。
本发明凭借两个远端动力部件可以复合出X向轴和Y向轴的在一定范围内的任何运动，从而将动力输入端和输出端移出所控的关节本体的位置(下体)，移到上一级的关节位置(上体)，这样会使本关节的重量下降，惯量降低，有利于电控控制，从而减小运动误差。
附图说明
图1是本发明的机构正视图。
图2、图3分别是图1的A-A、B-B剖视图。
图4是钢丝绳压块的结构示意图。
图5是本发明的机构爆炸示意图。
附图标记说明：1-钢丝绳；2-钢丝保护套；3-上体；4-下体；5-第一大滑轮；6-十字轴；7-第一小滑轮；8-轴承压盖；9-第二小滑轮；10-第三大滑轮；11-Y向轴承；12-小轴承；13-第三小滑轮；14-第二大滑轮；15-第二钢丝绳压块；16-第一钢丝绳压块；17-第一绳头17；18-第一绳尾；19-第二绳头19；20-第二绳尾；21-X向轴承。
具体实施方式
如图1、图5所示，本发明提供一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，具有通过十字轴6连接而能够相互运动的上体3与下体4；
在本实施例中，如图1、图2所示，上体3定义为固定件，与远端动力部件(未显示)固定为一体，上体3通过X向轴承21与十字轴6的X向轴连接，因而能够围绕十字轴6的X向轴转动；十字轴6的Y向轴两端各通过Y向轴承11与下体4连接，因而能够围绕十字轴6的Y向轴转动；其中，十字轴6的X向轴与Y向轴的两端均用轴承压盖8固定所述X向轴承与Y向轴承；
如图2所示，在十字轴6的Y向轴的其中一端通过小轴承12连接一个第一大滑轮5与一个第一小滑轮7；围绕十字轴6的X向轴的一端设有一个第二大滑轮14，围绕十字轴6的X向轴的另一端设有一个第二小滑轮9，所述第二大滑轮14与第二小滑轮9均固定在上体3上；在十字轴6的Y向轴的另一端通过小轴承12连接一个第三大滑轮10与一个第三小滑轮13；其中，所述第一大滑轮5、第二大滑轮14、第三大滑轮10、第一小滑轮7、第二小滑轮9以及第三小滑轮13在轮缘均设有轮槽，以供绳体绕过，而且，所述第一大滑轮5、第二大滑轮14与第三大滑轮10依次啮合连接，第一小滑轮7、第二小滑轮9以及第三小滑轮13依次啮合连接；当第一大滑轮5围绕Y向轴转动时，由于第二大滑轮14固定在上体3上不动，会使十字轴6产生绕X向轴的旋转动作，并带动第三大滑轮10产生与第一大滑轮5相反方向的旋转运动；当第一小滑轮7围绕Y向轴转动时，由于第二小滑轮9固定在上体3上不动，也会使十字轴6产生绕X向轴的旋转动作，并带动第三小滑轮13产生与第一小滑轮5相反方向的旋转运动；
再请参阅图3、图5，带第一绳头17和第一绳尾18的钢丝绳的走绳方向是：第一绳头17向下延伸，先在第一大滑轮5的下半圆走绳，再沿着第二大滑轮的上半圆走绳，并且在第二大滑轮14的半程走绳位置用第一钢丝绳压块16将钢丝绳1固定在第二大滑轮14上，然后沿着第三大滑轮10的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第一绳尾18；
而，带第二绳头19和第二绳尾20的钢丝绳走绳方向是：第二绳头19向下延伸，先在第一小滑轮7的下半圆走绳，再沿着第二小滑轮9的上半圆走绳，并且在第二小滑轮9的半程走绳位置用第二钢丝绳压块15将钢丝绳1固定在第二小滑轮9上，然后沿着第三小滑轮13的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第二绳尾20；
其中，所述第一绳头17和第一绳尾18固定在同一个远端动力部件(未显示)上，所述第二绳头19与第二绳尾20固定在另一个远端动力部件上，当第一绳头17拉出，则第一绳尾18必然下陷；若第二绳头19下陷，则第二绳尾20必然拉出；反之则全部向反方向运动。
如图4所示，所述第一、第二钢丝绳压块15、16呈U形，开有一个与钢丝绳直径大小同等的孔，使用时，将钢丝绳穿在孔中间，然后用螺丝将第一、第二钢丝绳压块15、16开口夹紧地固定在各滑轮的卡槽内，凭借夹紧钢丝绳1，能够使钢丝绳1固定在第二大滑轮14与第二小滑轮9上，抵抗沿钢丝绳1方向的拉力。
本发明的工作过程说明(以图3角度为例)：
当两个远端动力部件同时正向转动且速度(指滑轮的角速度，下同)相同时，第一绳头17拉进纸面，第二绳头19伸出纸面，第一绳尾18伸出纸面，第二绳尾20拉进纸面，下体4转动且只是围绕X向轴正向转动。
当两个远端动力部件同时反向转动且速度相同时，第一绳头17伸出纸面，第二绳头19拉进纸面，第一绳尾18拉进纸面，第二绳尾20伸出纸面，下体4转动且只是围绕X向轴反向转动。
当两个远端动力部件一个正向转动、另一个反向转动且速度相同时，第一绳头17伸出纸面，第二绳头19拉进纸面，第一绳尾18伸出纸面，第二绳尾20拉进纸面，下体4转动且只是围绕Y向轴正向转动。
当两个远端动力部件一个反向转动、另一个正向转动且速度相同时，第一绳头17拉进纸面，第二绳头19伸出纸面，第一绳尾18拉进纸面，第二绳尾20伸出纸面，下体4转动且只是围绕Y向轴反向转动。
当两个远端动力部件运动不同方向和不同速度时，就可以复合出下体4同时在X向轴和Y向轴上转动的情况，也就是说，凭借两个远端动力部件可以复合出X向轴和Y向轴的在一定范围内的任何运动，且位置与两个远端动力部件一一对应。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，具有通过十字轴连接而能够相互运动的上体与下体，所述十字轴具有相互垂直的X向轴与Y向轴；
上体与十字轴的X向轴可转动地连接，十字轴的Y向轴两端与下体可转动地连接；
在十字轴的Y向轴的其中一端可转动地连接一个第一大滑轮与一个第一小滑轮；围绕十字轴的X向轴设有一个第二大滑轮与一个第二小滑轮，所述第二大滑轮与第二小滑轮均固定在上体上；在十字轴的Y向轴的另一端可转动地连接一个第三大滑轮与一个第三小滑轮；其中，所述第一大滑轮、第二大滑轮、第三大滑轮、第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮在轮缘均设有轮槽，所述第一大滑轮、第二大滑轮与第三大滑轮依次啮合连接，第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮依次啮合连接；
带第一绳头和第一绳尾的绳体依次绕过第一大滑轮、第二大滑轮以及第三大滑轮，并与第二大滑轮形成固定连接；带第二绳头和第二绳尾的绳体依次绕过第一小滑轮、第二小滑轮以及第三小滑轮，并与第二小滑轮形成固定连接；
所述第一绳头与第一绳尾与固定在上体上的一个远端动力部件形成动力连接；所述第二绳头与第二绳尾与固定在上体上的另一个远端动力部件形成动力连接。
2.根据权利要求1所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，所述第一绳头向下延伸，先在第一大滑轮的下半圆走绳，再沿着第二大滑轮的上半圆走绳，并且在第二大滑轮的半程走绳位置用压块将绳体固定在第二大滑轮上，然后沿着第三大滑轮的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第一绳尾；
所述第二绳头向下延伸，先在第一小滑轮的下半圆走绳，再沿着第二小滑轮的上半圆走绳，并且在第二小滑轮的半程走绳位置用另一压块将绳体固定在第二小滑轮上，然后沿着第三小滑轮的下半圆走绳，最后向上延伸至所述第二绳尾。
3.根据权利要求1所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，所述绳体通过压块与第二大滑轮、第二小滑轮分别形成固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，所述压块呈U形，开有一个与绳体直径大小接近的孔，所述绳体穿在孔中间，凭借螺丝将压块开口夹紧地固定在各滑轮的卡槽内。
5.根据权利要求1所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，所述十字轴的X向轴与Y向轴的两端分别用X向轴承、Y向轴承与上体与下体连接，并用轴承压盖固定所述X向轴承与Y向轴承。
6.根据权利要求1所述的通过绳体和滑轮组实现的并联差分机械机构，其特征在于，所述第二大滑轮与第二小滑轮分别位于十字轴的X向轴的不同端。
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