CN114851183A - 一种传动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传动机构，包括左侧板、右侧板、左侧电机、右侧电机、左侧主动轮、左侧从动轮、右侧主动轮、右侧从动轮、支撑架、末端轮、第一至第四拉线。通过拉线控制末端轮进行活动，在传动过程中保持拉线张紧，进而在传动过程中运动是无间断的，因此整个机器人关节处于无间隙状态，即零背隙传动，提高传动精度，解决了机器人关节传动的背隙问题。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种传动机构。
背景技术
目前市场上存在的机器人及其减速关节大多都是伺服电机加减速器的模式，传统的减速机有行星减速机、谐波减速机、RV减速机、摆线钢球减速机、蜗轮蜗杆减速机等，无论任何一种都不可避免的存在传动背隙，而机器人的精度误差的主要来源就是减速机的传动背隙，以及机器人其自身的重量所带来的精度误差。伺服电机加减速机的这种减速关节模式存在以下缺点，一是传动精度差，虽然谐波和高精度的减速机都已一定程度上的减小了传动背隙，但始终是无法消除；二是自身重量大，直接影响就是机器人必须在克服自身极大的重量的前提下才能满足对外输出功率，造成了资源的浪费且效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传动机构，用于解决机器人关节传动的背隙问题。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种传动机构，包括左侧板、右侧板、左侧电机、右侧电机、左侧主动轮、左侧从动轮、右侧主动轮、右侧从动轮、支撑架、末端轮、第一至第四拉线；
左侧板和右侧板的下端均设有电机安装孔，左侧板和右侧板的上端内侧均设有从动轮安装轴；
左侧主动轮和右侧主动轮均包括大直径部和小直径部；
左侧电机设置在左侧板的外侧，左侧主动轮设置在左侧板的内侧，左侧主动轮大直径部通过左侧板的电机安装孔连接左侧电机的输出端；
右侧电机设置在右侧板的外侧，右侧主动轮设置在右侧板的内侧，右侧主动轮大直径部通过右侧板的电机安装孔连接右侧电机的输出端；
左侧从动轮和右侧从动轮均包括大直径部和小直径部；
左侧从动轮大直径部安装在左侧板的从动轮安装轴上，右侧从动轮大直径部安装在右侧板的从动轮安装轴上；
支撑架包括左安装部、右安装部和上安装部，左侧从动轮小直径部转动连接支撑架的左安装部，右侧从动轮小直径部转动连接支撑架的右安装部，支撑架的上安装部转动连接末端轮；
末端轮包括直径依次递增的第一至第四输出盘，支撑架的上安装部转动连接末端轮的第一输出盘；
第一拉线先缠绕在左侧主动轮大直径部上，然后缠绕在左侧从动轮大直径部上，最后缠绕在第四输出盘上；第二拉线先缠绕在右侧主动轮大直径部上，然后缠绕在右侧从动轮大直径部上，最后缠绕在第三输出盘上；第三拉线先缠绕在左侧主动轮小直径部上，然后缠绕在左侧从动轮小直径部上，最后缠绕在第二输出盘上；第四拉线先缠绕在右侧主动轮小直径部上，然后缠绕在右侧从动轮小直径部上，最后缠绕在第一输出盘上；
第一拉线在第四输出盘上的缠绕方向与第二拉线在第三输出盘上的缠绕方向相反；第三拉线在第二输出盘上的缠绕方向与第四拉线在第一输出盘上的缠绕方向相反。
本发明的有益效果为：
通过拉线控制末端轮进行活动，在传动过程中保持拉线张紧，进而在传动过程中运动是无间断的，因此整个机器人关节处于无间隙状态，即零背隙传动，提高传动精度，解决了机器人关节传动的背隙问题。
进一步地，左侧主动轮、左侧从动轮、右侧主动轮、右侧从电动轮和末端轮的第一至第四输出盘上设置有用于拉线缠绕的线槽。
进一步地，第一至第四拉线上分别设置有用于调整拉线松紧程度的调节装置。
进一步地，左侧主动轮大直径部的直径与左侧从动轮大直径部的直径之比等于左侧主动轮小直径部的直径与左侧从动轮小直径部的直径之比；右侧主动轮大直径部的直径与右侧从动轮大直径部的直径之比等于右侧主动轮小直径部的直径与右侧从动轮小直径部的直径之比。
进一步地，第四输出盘的直径与左侧从动轮大直径部的直径相等。
进一步地，第三输出盘的直径与右侧从动轮大直径部的直径相等。
进一步地，第二输出盘的直径与左侧从动轮小直径部的直径相等。
进一步地，第一输出盘的直径与右侧从动轮小直径部的直径相等。
进一步地，第一至第四拉线缠绕后保持张紧状态。
附图说明
图1是本发明一种传动机构的整体示意图；
图2是本发明一种传动机构的拉线方式示意图；
图3是本发明一种传动机构的局部示意图之一；
图4是本发明一种传动机构的局部示意图之二。
具体实施方式
如图1至图4所示，传动机构包括左侧板1、右侧板2、左侧电机3、右侧电机4、左侧主动轮5、左侧从动轮6、右侧主动轮7、右侧从动轮8、支撑架9、末端轮10、第一至第四拉线。
左侧板1和右侧板2的下端均设有电机安装孔，左侧板1和右侧板2的上端内侧均设有从动轮安装轴。
左侧主动轮5和右侧主动轮7均包括大直径部和小直径部。
左侧电机3设置在左侧板1的外侧，左侧主动轮5设置在左侧板1的内侧，左侧主动轮大直径部501通过左侧板1的电机安装孔连接左侧电机3的输出端。
右侧电机4设置在右侧板2的外侧，右侧主动轮7设置在右侧板2的内侧，右侧主动轮大直径部701通过右侧板2的电机安装孔连接右侧电机4的输出端。
左侧从动轮6和右侧从动轮8均包括大直径部和小直径部。
左侧从动轮大直径部601安装在左侧板1的从动轮安装轴上，右侧从动轮大直径部801安装在右侧板2的从动轮安装轴上。
支撑架9包括左安装部901、右安装部902和上安装部903，左侧从动轮小直径部602转动连接支撑架9的左安装部901，右侧从动轮小直径部802转动连接支撑架9的右安装部902，支撑架9的上安装部903转动连接末端轮10。
末端轮10包括直径依次递增的第一至第四输出盘，支撑架9的上安装部903转动连接末端轮10的第一输出盘1001。
第一拉线11先缠绕在左侧主动轮大直径部501上，然后缠绕在左侧从动轮大直径部601上，最后缠绕在第四输出盘1004上；第二拉线12先缠绕在右侧主动轮大直径部701上，然后缠绕在右侧从动轮大直径部801上，最后缠绕在第三输出盘1003上；第三拉线13先缠绕在左侧主动轮小直径部502上，然后缠绕在左侧从动轮小直径部602上，最后缠绕在第二输出盘1002上；第四拉线14先缠绕在右侧主动轮小直径部702上，然后缠绕在右侧从动轮小直径部802上，最后缠绕在第一输出盘1001上；
第一拉线11在第四输出盘1004上的缠绕方向与第二拉线12在第三输出盘1003上的缠绕方向相反；第三拉线13在第二输出盘1002上的缠绕方向与第四拉线14在第一输出盘1001上的缠绕方向相反。
优选地，左侧主动轮5、左侧从动轮6、右侧主动轮7、右侧从电动轮8和末端轮10的第一至第四输出盘上设置有用于拉线缠绕的线槽。具体的，左侧主动轮大直径部501和左侧主动轮小直径部502上设置有多圈螺旋线槽。同样的，左侧从动轮6、右侧主动轮7、右侧从电动轮8的大直径部和小直径部上均设置有多圈螺旋线槽。末端轮10的第一至第四输出盘上设置有单圈线槽。
优选地，左侧主动轮大直径部501的直径与左侧从动轮大直径部601的直径之比等于左侧主动轮小直径部502的直径与左侧从动轮小直径部602的直径之比；右侧主动轮大直径部701的直径与右侧从动轮大直径部801的直径之比等于右侧主动轮小直径部702的直径与右侧从动轮小直径部802的直径之比。这种设置方式能够保证动力从左侧主动轮5传动至左侧从动轮6上时拉线线长不会发生变化，且时刻处于张紧状态。同理，能够保证动力从右侧主动轮7传动至右侧从动轮8上时拉线线长不会发生变化。
左侧主动轮5、左侧从动轮6、右侧主动轮7、右侧从电动轮8和末端轮10上设置有固定孔位用于与对应的拉线进行固定。
第一至第四拉线上分别设置有用于调整拉线松紧程度的调节装置15，此时需将拉线分为两端再用调节装置15连接在一起，调节装置15由正牙螺丝压头、正反牙拉杆螺母、反牙螺丝压头构成，通过调节正反牙拉杆螺母来实现两端钢丝向中间收紧的过程，使钢丝达到张紧状态。
作为一种优选的方式，以图1中的视角为基准，面对左侧电机时，左侧主动轮大直径部501上的线槽的方向为逆时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；左侧主动轮小直径部502上的线槽的方向为顺时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；左侧从动轮大直径部601上的线槽的方向为逆时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；左侧从动轮小直径部602上的线槽的方向为顺时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧。
面对右侧电机时，右侧主动轮大直径部701上的线槽的方向为逆时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；右侧主动轮小直径部702上的线槽的方向为顺时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；右侧从动轮大直径部801上的线槽的方向为逆时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧；右侧从动轮小直径部802上的线槽的方向为顺时针方向，轴向方向朝左侧电机外侧。
作为一种优选的拉线缠绕方式，本缠绕方式中的方向及坐标系与上述优选的方式中相同。第一拉线11的一端固定在左侧主动轮大直径部501上的线槽的固定孔位上，第一拉线11沿线槽方向逆时针缠绕多圈，然后沿左侧从动轮大直径部601上的线槽逆时针方向进行缠绕，随后绕至第四输出盘1004上的单圈线槽，缠绕半圈后于第四输出盘1004的固定孔位将第一拉线11的另一端进行固定。第三拉线13的一端固定在左侧主动轮小直径部502上的线槽的固定孔位上，第三拉线13沿线槽方向顺时针缠绕多圈，然后沿左侧从动轮小直径部602上的线槽顺时针方向进行缠绕，随后绕至第二输出盘1002上的单圈线槽，缠绕半圈后于第二输出盘1002的固定孔位将第三拉线13的另一端进行固定。第二拉线12的一端固定在右侧主动轮大直径部701上的线槽的固定孔位上，第二拉线12沿线槽方向逆时针缠绕多圈，然后沿右侧从动轮大直径部801上的线槽逆时针方向进行缠绕，随后绕至第三输出盘1003上的单圈线槽，缠绕半圈后于第三输出盘1003的固定孔位将第二拉线12的另一端进行固定。第四拉线14的一端固定在右侧主动轮小直径部702上的线槽的固定孔位上，第四拉线14沿线槽方向顺时针缠绕多圈，然后沿右侧从动轮小直径部802上的线槽顺时针方向进行缠绕，随后绕至第一输出盘1001上的单圈线槽，缠绕半圈后于第一输出盘1001的固定孔位将第四拉线14的另一端进行固定。第一至第四拉线缠绕后保持张紧状态。
左侧从动轮6与左侧板1的从动轮安装轴间有轴承连接。左侧从动轮6与支撑件9的左安装部901间通过轴承16和轴承端盖17连接。右侧从动轮8与支撑件9的右安装部902间通过轴承18和轴承端盖19连接。末端轮10与支撑件9的上安装部903间通过轴承连接。
优选地，第四输出盘1004与左侧从动轮大直径部601相存在近似空间相切关系，其相距间隙一般为拉线的直径。
优选地，第四输出盘1004的直径与左侧从动轮大直径部601的直径相等。
优选地，第三输出盘1003的直径与右侧从动轮大直径部801的直径相等。
优选地，第二输出盘1002的直径与左侧从动轮小直径部602的直径相等。
优选地，第一输出盘1001的直径与右侧从动轮小直径部802的直径相等。
传动机构工作时，当左侧电机3顺时针转动，在拉线的驱动下，带动左侧从动轮6顺时针转动，同时右侧电机4顺时针转动，在拉线的驱动下，带动右侧从动轮8顺时针转动，进而使末端轮10在两拉线的驱动下顺时针转动。反之，当左侧电机3逆时针转动，在拉线的驱动下，带动左侧从动轮6逆时针转动，同时右侧电机4逆时针转动，在拉线的驱动下，带动右侧从动轮8逆时针转动，进而使末端轮10在两拉线的驱动下逆时针转动。
当左侧电机3顺时针转动，在拉线的驱动下，带动左侧从动轮6顺时针转动，同时右侧电机4逆时针转动，在拉线的驱动下，带动右侧从动轮8逆时针转动，进而使末端轮10在两拉线的驱动下做向上俯仰动作(方向为朝向读者方向)。反之，当左侧电机3逆时针转动，在拉线的驱动下，带动左侧从动轮6逆时针转动，同时右侧电机4顺时针转动，在拉线的驱动下，带动右侧从动轮8顺时针转动，进而使末端轮10在两拉线的驱动下做向下俯仰动作(方向为背向读者方向)。在此过程中，拉线始终处于张紧状态，整个传动过程中都是连续的，因此整个传动机构作为机器人关节处于无间隙状态，即零背隙传动，大大提高传动精度。在此过程中，所有接触均为滚动，传动摩擦非常小，因此能量损耗也很低，传动效率大大提高。此传动机构作为机器人关节通过拉线将驱动器放置在远端，降低了整体质量，同时降低整体能耗。此传动机构作为机器人关节存在一定传动比，提高了末端负载能力。此传动机构作为机器人关节可通过模块化拼装，组合实现多自由度机器人，能够实现多自由度机器人的零背隙传动，无需传感器就能够实现高精度扭矩控制与反馈，安全性高。
上述实施例中，第一至第四拉线的材质选取为钢丝绳。
上述实施例仅以一种具体的实施方式说明本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种传动机构，其特征在于：包括左侧板(1)、右侧板(2)、左侧电机(3)、右侧电机(4)、左侧主动轮(5)、左侧从动轮(6)、右侧主动轮(7)、右侧从动轮(8)、支撑架(9)、末端轮(10)、第一至第四拉线；
所述左侧板(1)和右侧板(2)的下端均设有电机安装孔，所述左侧板(1)和右侧板(2)的上端内侧均设有从动轮安装轴；
所述左侧主动轮(5)和右侧主动轮(7)均包括大直径部和小直径部；
所述左侧电机(3)设置在所述左侧板(1)的外侧，所述左侧主动轮(5)设置在所述左侧板(1)的内侧，左侧主动轮大直径部(501)通过所述左侧板(1)的电机安装孔连接所述左侧电机(3)的输出端；
所述右侧电机(4)设置在所述右侧板(2)的外侧，所述右侧主动轮(7)设置在所述右侧板(2)的内侧，右侧主动轮大直径部(701)通过所述右侧板(2)的电机安装孔连接所述右侧电机(4)的输出端；
所述左侧从动轮(6)和右侧从动轮(8)均包括大直径部和小直径部；
左侧从动轮大直径部(601)安装在所述左侧板(1)的从动轮安装轴上，右侧从动轮大直径部(801)安装在所述右侧板(2)的从动轮安装轴上；
所述支撑架(9)包括左安装部(901)、右安装部(902)和上安装部(903)，左侧从动轮小直径部(602)转动连接所述支撑架(9)的左安装部(901)，右侧从动轮小直径部(802)转动连接所述支撑架(9)的右安装部(902)，所述支撑架(9)的上安装部(903)转动连接所述末端轮(10)；
所述末端轮(10)包括直径依次递增的第一至第四输出盘，所述支撑架(9)的上安装部(903)转动连接所述末端轮(10)的第一输出盘(1001)；
第一拉线(11)先缠绕在所述左侧主动轮大直径部(501)上，然后缠绕在所述左侧从动轮大直径部(601)上，最后缠绕在第四输出盘(1004)上；第二拉线(12)先缠绕在所述右侧主动轮大直径部(701)上，然后缠绕在所述右侧从动轮大直径部(801)上，最后缠绕在第三输出盘(1003)上；第三拉线(13)先缠绕在所述左侧主动轮小直径部(502)上，然后缠绕在所述左侧从动轮小直径部(602)上，最后缠绕在第二输出盘(1002)上；第四拉线(14)先缠绕在所述右侧主动轮小直径部(702)上，然后缠绕在所述右侧从动轮小直径部(802)上，最后缠绕在第一输出盘(1001)上；
所述第一拉线(11)在所述第四输出盘(1004)上的缠绕方向与所述第二拉线(12)在所述第三输出盘(1003)上的缠绕方向相反；所述第三拉线(13)在所述第二输出盘(1002)上的缠绕方向与所述第四拉线(14)在所述第一输出盘(1001)上的缠绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述左侧主动轮(5)、左侧从动轮(6)、右侧主动轮(7)、右侧从电动轮(8)和末端轮(10)的第一至第四输出盘上设置有用于拉线缠绕的线槽。
3.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第一至第四拉线上分别设置有用于调整拉线松紧程度的调节装置(15)。
4.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述左侧主动轮大直径部(501)的直径与所述左侧从动轮大直径部(601)的直径之比等于所述左侧主动轮小直径部(502)的直径与所述左侧从动轮小直径部(602)的直径之比；所述右侧主动轮大直径部(701)的直径与所述右侧从动轮大直径部(801)的直径之比等于所述右侧主动轮小直径部(702)的直径与所述右侧从动轮小直径部(802)的直径之比。
5.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第四输出盘(1004)的直径与所述左侧从动轮大直径部(601)的直径相等。
6.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第三输出盘(1003)的直径与所述右侧从动轮大直径部(801)的直径相等。
7.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第二输出盘(1002)的直径与所述左侧从动轮小直径部(602)的直径相等。
8.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第一输出盘(1001)的直径与所述右侧从动轮小直径部(802)的直径相等。
9.根据权利要求1所述的一种传动机构，其特征在于：所述第一至第四拉线缠绕后保持张紧状态。
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