CN117260690A - 一种三移动绳索牵引装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三移动绳索牵引装置，涉及绳索牵引机构领域，其包括绳索驱动装置和可变形中间平台；可变形中间平台呈四面体形状，位于绳索牵引装置的中间位置；绳索驱动装置共有3个，均布于可变形中间平台周围，每个绳索驱动装置均通过绳索与可变形平台的一角相连；绳索驱动装置能够控制绳索伸缩长度和拉力，3个驱动装置共同作用可以改变可变形中间平台的位置和形状。本发明当3个伸缩驱动装置控制3段绳索伸出长度不同且变化时，能够实现可变形中间平台的动平台在驱动平面上两个方向的移动，当绳索驱动装置施加的绳索拉力变化时，通过可变形中间平台形状改变实现动平台在垂直于驱动平面方向上的移动。

Description

一种三移动绳索牵引装置

技术领域

本发明涉及绳索牵引机构领域，特别是涉及一种三移动绳索牵引装置。

背景技术

绳索牵引机构具有质量轻，运动范围广等优点，且与一般的刚性并联机构相比，能够产生更高的速度和加速度，具有负载大，工作空间大等优点。

近五十年来，绳索牵引机构的研究一直在蓬勃发展，其中不少已经实现了产品化，在港口货物装卸、运动模拟器、体育直播系统、货物仓储、风洞实验设备等领域均有较为成熟的应用，例如我国的500米口径的射电望远镜FAST便采用绳索牵引机构驱动馈源调姿系统；专利CN115862407A公开一种绳索牵引模拟器，通过绳索牵引装置对模拟仓进行牵引，根据各个绳索之间的拉力方向和大小的不同，使模拟仓表现出不同的动态特性、倾斜或转向特性；专利CN114435629A公开一种应用于太空物资运输和装配的绳索牵引机器人，用绳索牵引机构在太空中进行长距离物资运输和装置装配。

区别于传统并联机构驱动装置数量与自由度数量相等的特性，绳索牵引机构因为绳索自身的柔性，为了达到需求的自由度数量，往往需要多一个驱动装置，从而增加了成本和控制难度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是设计一种三移动绳索牵引装置，仅使用位于同一平面上的三个驱动装置进行驱动，解决传统绳索牵引装置为了获得3个移动自由度往往需要4个驱动的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种三移动绳索牵引装置，包括绳索驱动装置1和可变形中间平台2；所述绳索驱动装置共有3个，并以圆周阵列的方式排布；所述可变形中间平台呈四面体形状，位于三个绳索牵引装置的阵列中心；

所述可变形中间平台包括定平台3、定平台连接杆、拉簧和定平台；所述定平台主要由3个V型组件构成，每一V型组件均包括端部连接的滑杆和滑套；3个V型组件首尾相连，其中一V型组件的滑杆套在另一相邻V型组件的滑套内；相套接的滑杆和滑套上分别连接同一拉簧的两端；所述定平台连接杆的两端分别铰接在定平台的下表面和同一V型组件滑杆与滑套的连接位置；

所述绳索驱动装置通过绳索与同一V型组件滑杆与滑套的连接位置连接。

进一步的：还包括连接轴A，所述定平台的下表面设有3个折板，每一折板均垂直于定平台；所述折板主要由呈夹角的两折枝组成；

所述折板圆周阵列，每一折板的夹角位置均位于定平台中心的正下方；所述连接轴A的两端分别轴承连接在相邻折板的折枝上。

进一步的：所述折板的夹角为120°。每一折枝上均设有与连接轴A对应的安装孔。

进一步的：所述滑套上设有沿滑套长度方向延伸的滑槽，滑杆上设有与其垂直的限位杆，限位杆位于对应的滑槽中，并可沿滑槽移动。

进一步的：所述拉簧位于滑套的外侧，滑套和滑杆上均设有与其垂直的固定杆，拉簧的两端分别连接对应的固定杆上。

进一步的：所述绳索牵引装置包括驱动框架、绳索挤压辊A、绳索挤压辊B、挤压辊B转轴、滚筒、卷簧、滚筒转轴、驱动电机、电机支架、联轴器、挤压辊A转轴；

所述的驱动框架具有挤压辊A转轴安装孔和挤压辊B转轴安装孔，后侧具有滚筒转轴安装孔；所述的滚筒转轴固定安装在滚筒转轴安装孔上；所述的滚筒安装在滚筒转轴上，能够绕其转动，滚筒左右两侧有卷簧连接凸起；所述的卷簧共有2个，分别位于滚筒左右两侧，卷簧的里侧一端与滚筒转轴连接，外侧一端与卷簧连接凸起连接，卷簧与绳索的缠绕方向相同，始终保持收缩施力状态；

所述的挤压辊A转轴、挤压辊B转轴分别安装在驱动框架上的挤压辊A转轴安装孔、挤压辊B转轴安装孔上，与驱动框架形成转动副联接；所述的绳索挤压辊A、绳索挤压辊B分别与挤压辊A转轴、挤压辊B转轴固定连接；所述的电机支架安装在驱动框架上；所述的驱动电机安装在电机支架上，电机轴头通过联轴器与挤压辊A转轴连接。

进一步的：所述的挤压辊A和挤压辊B之间存在缝隙，缝隙尺寸小于绳索直径；所述的绳索缠绕在滚筒上，绳头从挤压辊A和挤压辊B之间的缝隙中穿过并与V型组件连接。

进一步的：所述V型组件的尾部有绳索拉环，绳索驱动装置的绳索与绳索拉环连接。

本发明具有的创新特点主要如下：

(1)绳索驱动装置前端通过绳索挤压辊控制绳索伸缩，能够轻易实现对绳索的位置控制、速度控制和拉力控制，绳索装置后端通过滚筒收束或释放绳索，并通过尺簧提供绳索收束力，实现对绳索的自动且灵活地收束和释放，相较于传统绳索牵引装置用直接驱动滚筒的方式实现对绳索的控制，具有更好的控制效果。

(2)位于装置中间位置的可变形中间平台，在周围3个驱动装置的牵引作用下，具有在驱动装置所在平面上的2个移动自由度，同时当3个驱动装置施加的绳索拉力变化时，可变形中间平台受力改变形态，底部等边三角形结构的边长增加，定平台下降，实现垂直于驱动装置所在平面的第3个移动自由度，解决了传统绳索牵引装置为了获得3个移动自由度往往需要4个驱动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种新型三移动绳索驱动装置整体结构示意图。

图2为可变性中间平台的部分剖切示意图。

图3为定平台零件结构示意图。

图4为三角组合件零件示意图。

图5为驱动装置的结构示意与

图6为图5的部分剖切示意图。

图7为驱动框架零件结构示意图。

图中：1-绳索驱动装置、2-可变形中间平台；

3-定平台、4-连接轴A、5-定平台连接杆A、6-定平台连接杆B、7-定平台连接杆C、8-连接轴B、9-V型组件A、10-V型组件B、11-V型组件C、12-拉簧、13-驱动框架、14-绳索、15-绳索挤压辊A、16-绳索挤压辊B、17-挤压辊B转轴、18-滚筒、19-卷簧、20-滚筒转轴、21-驱动电机、22-电机支架、23-联轴器、24-挤压辊A转轴；

301-连接孔A、302-连接孔B、303-连接孔C、901-限位凸起、902-连接杆连接孔、903-绳索拉环、904-拉簧连接轴、905-限位槽、1301-滚筒转轴安装孔、1302-挤压辊A转轴安装孔、1303-挤压辊B转轴安装孔、1801-尺簧连接凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

如图1和图2所示，本发明提出的一种新型三移动绳索牵引装置，包括绳索驱动装置1和可变形中间平台2；可变形中间平台2位于装置的中间位置，呈四面体形状，底部为等边三角形结构且边长能够变化，底部边长增减伴随着定平台3的升降；所述绳索驱动装置1共有3个，均布于可变形中间平台2的周围，每个绳索驱动装置1均通过绳索14与可变形中间平台2一角上的绳索拉环903相连；所述绳索驱动装置1能够控制绳索14的伸缩长度和拉力，3个绳索驱动装置2共同作用控制3段绳索14的伸长量可以改变可变形中间平台2在绳索驱动装置1所在平面(驱动平面)上的位置，控制3段绳索14的拉力能够使得可变形中间平台2底部边长增加或减少，从而改变可变形中间平台2的形状，控制定平台3在垂直于驱动平面的方向上移动。

如图2、图3和图4所示，可变形中间平台2包括定平台3、连接轴A4、定平台连接杆A5、定平台连接杆B6、定平台连接杆C7、连接轴B8、V型组件A9、V型组件B10、V型组件C11、拉簧12；定平台的一侧具有连接孔A301、连接孔B302和连接孔C303；V型组件A9、V型组件B10和V型组件C11结构相同，呈“V”字形，其右侧为杆结构，左侧为杆套结构，V型组件A9右侧的杆结构插入到V型组件B10左侧的杆套结构中，使得V型组件A9和V型组件B10之间形成移动副联接，同理，所述的V型组件B10和V型组件C11之间、V型组件C11和V型组件A9之间均形成移动副联接，在可变形中间平台2底侧构成了边长可变的等边三角形结构；V型组件A9、B10、C11右侧的杆结构前端有限位凸起901，左侧的杆套结构上有限位槽905，V型组件A9上的限位凸起901在V型组件B10上的限位槽905之中，只能在限位槽905之间移动，因此对V型组件A9和V型组件B10之间形成的移动副起到长度限制作用，同理，不同V型组件(9、10或11)之间的限位凸起901和限位槽905相互配合，分别对V型组件B10和C11、C11和A9之间形成的移动副起到长度限制作用；V型组件A9、B10和C11的尾部设置有绳索拉环903，绳索拉环903为环状结构，绳索驱动装置1的绳索14从中穿过并固定在上面，方便绳索14施加拉力；V型组件A9、B10、C11左侧杆结构和右侧杆套结构的根部设置有拉簧连接轴904，上面具有方便拉簧12连接的环状凹陷，为拉簧12的安装提供多个连接位置；所述的拉簧12共有3组，每组有多个，分布于V型组件A9、B10、C11之间形成的三个移动副周围；V型组件A9和V型组件B10之间形成的移动副周围的弹簧首尾两端分别连接在V型组件A9右侧杆结构根部的拉簧连接轴902和V型组件B10左侧杆套结构根部的拉簧连接轴902上，并且保持拉伸状态，始终对移动副施加收缩力，其他组拉簧安装位置和作用同理；连接轴B8共有3个，分别固定安装在V型组件A9、B10、C11尾部上侧设置的连接杆连接孔902中；所述连接轴A4共有3个，分别固定安装在定平台3一侧的连接孔A301、连接孔B302和连接孔C303中；所述的定平台连接杆A5、B6和C7的下侧均与3个连接轴B8形成转动副联接，从而可以分别绕V型组件A9、B10和C11转动；所述定平台连接杆A5、B6和C7的上侧均与3个连接轴A4形成转动副联接，从而均可绕定平台3转动；定平台通过定平台连接杆A5、B6、C7安装到可变形中间平台2上侧。

可变形中间平台2能够随着3段绳索14的拉力不同改变形状，原理如下：当绳索14拉力增大时，拉簧12被拉长，V型组件A9、B10、C11之间形成的移动副长度增加，可变形中间平台2底侧等边三角形结构边长增加，定平台3的高度随之下降；当绳索14拉力减小时，拉簧12长度减小，拉动V型组件A9、B10、C11，使其之间形成的移动副长度缩短，东平台3高度随之上升。

如图5和图6、图7所示，绳索驱动装置1包括驱动框架13、绳索14、绳索挤压辊A15、绳索挤压辊B16、挤压辊B转轴17、滚筒18、卷簧19、滚筒转轴20、驱动电机21、电机支架22、联轴器23、挤压辊A转轴24；驱动框架13为绳索驱动装置1的其他零部件提供安装位置，其前侧具有挤压辊A转轴安装孔1302和挤压辊B转轴安装孔1303，后侧具有滚筒转轴安装孔1301；所述的滚筒转轴20固定安装在滚筒转轴安装孔1301上；滚筒18作用是为绳索14提供缠绕位置，安装在滚筒转轴20上，与其形成转动副联接，滚筒18绕滚筒转轴转动时可实现绳索14的收束和释放，滚筒18左右两侧均具有的尺簧连接凸起1801；尺簧19共有2个，分别位于滚筒18的左右两侧，尺簧19的里侧一端与滚筒转轴20固定连接，外侧一端与滚筒一侧的尺簧连接凸起1801固定连接，尺簧19的缠绕方向与绳索14的缠绕方向相同，始终保持收缩状态，对滚筒18施加收束绳索方向的旋转力矩；挤压辊B转轴17安装在驱动框架13上的挤压辊B转轴安装孔1303上，与驱动框架13形成转动副联接；绳索挤压辊B16与挤压辊B转轴17固定连接，能够与挤压辊B转轴一起绕驱动框架13转动；挤压辊A转轴24安装在驱动框架13上的挤压辊A转轴安装孔1302上，与驱动框架13形成转动副联接；绳索挤压辊A15与挤压辊A转轴24固定连接，能够与挤压辊A转轴一起绕驱动框架13转动；电机支架22位于绳索挤压辊A15的正上方，固定安装在驱动框架13上；驱动电机21固定安装在电机支架22上侧，驱动电机21的轴头通过联轴器23与挤压辊A转轴24上侧固定连接，因此驱动电机21能够带动绳索挤压辊A15转动；挤压辊A15和挤压辊B16之间存在缝隙，缝隙尺寸小于绳索14直径；绳索14后端缠绕在滚筒18上，伸出绳头从挤压辊A15和挤压辊B16之间的缝隙中穿过，最终与可变形中间平台2的绳索拉环903连接。

绳索驱动装置1能够对绳索14进行位置、速度和拉力控制，原理如下：在挤压辊A15和挤压辊B16对绳索14的挤压力作用下，挤压辊A15、挤压辊B16与绳索14之间存在较大摩擦力，驱动电机21带动挤压辊A15转动时，绳索14随之伸缩，挤压辊B16与挤压辊A15转动方向相反，因此驱动电机21能够通过输出速度和转矩变化实现对绳索14的位置、速度和拉力控制；当绳索14伸长时，滚筒18做与绳索缠绕方向相反运动，尺簧19被压缩，弹性势能增大；当绳索14缩短时，尺簧19储存的弹性势能释放，驱动滚筒18做与绳索缠绕方向相同运动，从而将缩短的绳索14缠绕到滚筒18上。

本发明提出的一种新型三移动绳索牵引装置具有三个方向上移动自由度的原理如下：当3个绳索驱动装置1控制绳索14的伸出长度不同且变化时，能够实现可变形中间平台2的定平台3在驱动平面上两个方向的移动，当3个绳索驱动装置1施加的绳索拉力变化时，可变形中间平台2会变形，定平台3与驱动平面的距离随之改变，实现定平台3在垂直于驱动面方向上的移动。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：包括绳索驱动装置(1)和可变形中间平台(2)；所述绳索驱动装置共有3个，并以圆周阵列的方式排布；所述可变形中间平台呈四面体形状，位于三个绳索牵引装置的阵列中心；

所述可变形中间平台包括定平台(3)、定平台连接杆、拉簧和动平台；所述动平台主要由3个V型组件构成，每一V型组件均包括端部连接的滑杆和滑套；3个V型组件首尾相连，其中一V型组件的滑杆套在另一相邻V型组件的滑套内；相套接的滑杆和滑套上分别连接同一拉簧的两端；所述定平台连接杆的两端分别铰接在定平台的下表面和同一V型组件滑杆与滑套的连接位置；

所述绳索驱动装置通过绳索与同一V型组件滑杆与滑套的连接位置连接。

2.根据权利要求1所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：还包括连接轴A，所述定平台的下表面设有3个折板，每一折板均垂直于定平台；所述折板主要由呈夹角的两折枝组成；

所述折板圆周阵列，每一折板的夹角位置均位于定平台中心的正下方；所述连接轴A的两端分别轴承连接在相邻折板的折枝上。

3.根据权利要求2所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述折板的夹角为120°。每一折枝上均设有与连接轴A对应的安装孔。

4.根据权利要求1所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述滑套上设有沿滑套长度方向延伸的滑槽，滑杆上设有与其垂直的限位凸起，限位凸起位于对应的滑槽中，并可沿滑槽移动。

5.根据权利要求1所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述拉簧位于滑套的外侧，滑套和滑杆上均设有与其垂直的固定杆，拉簧的两端分别连接对应的固定杆上。

6.根据权利要求1所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述绳索牵引装置包括驱动框架、绳索挤压辊A、绳索挤压辊B、挤压辊B转轴、滚筒、卷簧、滚筒转轴、驱动电机、电机支架、联轴器、挤压辊A转轴；

所述的驱动框架具有挤压辊A转轴安装孔和挤压辊B转轴安装孔，后侧具有滚筒转轴安装孔；所述的滚筒转轴固定安装在滚筒转轴安装孔上；所述的滚筒安装在滚筒转轴上，能够绕其转动，滚筒左右两侧有卷簧连接凸起；所述的卷簧共有2个，分别位于滚筒左右两侧，卷簧的里侧一端与滚筒转轴连接，外侧一端与卷簧连接凸起连接，卷簧与绳索的缠绕方向相同，始终保持收缩施力状态；

所述的挤压辊A转轴、挤压辊B转轴分别安装在驱动框架上的挤压辊A转轴安装孔、挤压辊B转轴安装孔上，与驱动框架形成转动副联接；所述的绳索挤压辊A、绳索挤压辊B分别与挤压辊A转轴、挤压辊B转轴固定连接；所述的电机支架安装在驱动框架上；所述的驱动电机安装在电机支架上，电机轴头通过联轴器与挤压辊A转轴连接。

7.根据权利要求6所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述的挤压辊A和挤压辊B之间存在缝隙，缝隙尺寸小于绳索直径；所述的绳索缠绕在滚筒上，绳头从挤压辊A和挤压辊B之间的缝隙中穿过并与V型组件连接。

8.根据权利要求6所述的一种三移动绳索牵引装置，其特征在于：所述V型组件的尾部有绳索拉环，绳索驱动装置的绳索与绳索拉环连接。