CN117283537A - 一种绳驱直线模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种绳驱直线模组，包括：底座、直线导轨、滑块、电机、电机输出轴、电机减速轮、输出钢丝轮、转向钢丝轮、转接架、制动器、钢丝绳。与现有技术相比较，本发明具有以下技术优点：由于绳驱具有柔顺的良好效果，绳驱直线模组的末端工具可以采用手动柔性拖动；通过多编码器定位的方式，能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑，且绳驱直线模组运行和定位精度更高；钢丝绳涨紧结构简单，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴，松开即实现锁紧；所述绳驱直线模组可适配机械臂使用，采用机械臂加该绳驱直线模组的形式，既可以做到末端尺寸小巧，又能实现控制简单。

Description

一种绳驱直线模组

技术领域

本发明涉及机械结构领域，具体涉及一种绳驱直线模组。

背景技术

直线模组又叫线性模组或直线滑台，具有单体运动速度快、重复定位精度高、本体质量轻、占设备空间小、寿命长等优点。直线模组当前已普遍运用于测量、激光焊接、激光切割相关任务，是涂胶机、喷涂机、打孔机、点胶机、小型数控机床、移载机、分类机、试验机等器械的组成部分。

直线模组主要有两种形式，滚珠丝杠型和同步带型。其中滚珠丝杆型直线模组主要由滚珠丝杆、直线导轨、铝合金型材、滚珠丝杆支撑座、联轴器、马达、光电开关等组成；同步带型直线模组主要由皮带、直线导轨、铝合金型材、联轴器、马达、光电开关等组成。然而目前常见的直线模组都会外悬伺服电机或同步电机，整体尺寸较长，当直线模组的行程较短时，体现的更明显。

由于绳驱传动具有柔顺性和质量轻的特点，越来越多的机器人或机械臂上开始采用绳驱结构，然而现有的绳驱传动结构存在一些难点，例如钢丝绳缠绕和涨紧结构比较复杂，钢丝绳容易打滑或磨损等，因此亟需一种绳驱直线模组能够克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中描述的现有技术方案的缺点，提供一种绳驱直线模组。所述绳驱直线模组可适配机械臂使用，且钢丝绳涨紧结构简单，另外通过多编码器定位的方式，能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种绳驱直线模组，包括：底座、直线导轨、滑块、电机、电机输出轴、电机减速轮、输出钢丝轮、转向钢丝轮、转接架、制动器、钢丝绳。其中，所述钢丝绳包括减速钢丝绳和输出钢丝绳。

进一步地，所述底座的端部用于与机械臂关节模组或机械臂的末端关节连接，当机械臂的末端只需执行直线运动时，机械臂的其他关节可以不运动只需让直线模组运动即可。

进一步地，所述电机的定子固定安装在所述底座上，所述电机的转子与所述电机输出轴的一端固定连接，所述电机输出轴通过大轴承安装在所述底座上，所述减速钢丝绳的两端缠绕和固定在所述电机输出轴上，所述减速钢丝绳穿过所述电机减速轮并缠绕在所述电机减速轮上，当所述电机输出轴转动时带动所述电机减速轮转动。

进一步地，所述电机输出轴缠绕所述减速钢丝绳的外径小于所述电机减速轮缠绕所述减速钢丝绳的外径，用于实现所述电机输出动力后的减速。

进一步地，所述电机减速轮外部设置有电机减速轮压盖。

进一步地，所述输出钢丝轮与所述转向钢丝轮通过大轴承和小轴承安装在所述底座上，所述输出钢丝轮与所述电机减速轮固连，当所述电机减速轮转动时带动所述输出钢丝轮同步转动，所述输出钢丝绳的两端缠绕和固定在所述输出钢丝轮上，所述输出钢丝绳穿过所述转向钢丝轮并缠绕在所述转向钢丝轮上，当所述输出钢丝轮转动时带动所述转向钢丝轮转动。

进一步地，所述输出钢丝轮和所述转向钢丝轮缠绕所述输出钢丝绳的外径相等。

进一步地，所述直线导轨固定安装在底座上，所述滑块安装在所述直线导轨上，所述转接架安装在所述滑块上，所述输出钢丝绳穿过并固定在所述转接架上；当所述输出钢丝轮和所述转向钢丝轮转动时，带动所述输出钢丝绳运动，从而带动所述转接架沿所述直线导轨做直线运动。

进一步地，所述底座上还设置有阻挡块支座。

进一步地，所述直线导轨的两端设置有阻挡块，所述阻挡块采用非金属弹性材料，固定安装在所述阻挡块支座上，起到限位和保护的作用。

进一步地，所述电机输出轴的另一端设置有制动器，所述制动器通过制动器轮毂与所述电机输出轴连接，所述制动器安装在制动器支撑座上，用于给电机增加抱闸功能。

进一步地，所述输出钢丝轮的端部设置有输出轮编码器，所述转向钢丝轮的端部设置有转向轮编码器，所述电机内也设置有编码器，通过电机编码器、输出轮编码器和转向轮编码器能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑。

进一步地，所述输出钢丝轮的端部安装有输出轮码盘轴和码盘固定座，所述转向钢丝轮的端部安装有转向轮码盘轴和码盘固定座，所述绳驱直线模组还包括输出轮编码器支座和转向轮编码器支座，所述输出轮编码器固定在所述输出轮编码器支座上，所述转向轮编码器固定在所述转向轮编码器支座上，采用这种多编码器定位的方式，绳驱直线模组运行和定位精度更高。

进一步地，所述绳驱直线模组还包括涨紧轴和单向轴承，所述减速钢丝绳穿过所述电机减速轮时一并穿过所述涨紧轴，所述输出钢丝绳穿过所述转向钢丝轮时一并穿过所述涨紧轴，所述涨紧轴通过所述单向轴承安装在所述电机减速轮和所述转向钢丝轮内，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴，松开即实现锁紧。采用这种依靠所述涨紧轴和所述单向轴承的涨紧方式，涨紧结构简单。

进一步地，为了防止钢丝绳出现打滑现象，所述减速钢丝绳缠绕在所述电机输出轴和所述电机减速轮上的圈数，以及所述输出钢丝绳缠绕在所述输出钢丝轮和所述转向钢丝轮上的圈数大于两圈。

进一步地，所述绳驱直线模组还包括本体外壳和护套外壳，所述本体外壳和所述护套外壳安装在绳驱直线模组的外周。

进一步地，所述转接架上安装有末端工具座，末端工具安装在所述末端工具座上，所述末端工具座和末端工具暴露在所述本体外壳和所述护套外壳之外。其中，所述末端工具可以是钻、针、刀、锯、注射器等中的一种。

进一步地，所述绳驱直线模组的底座端部设计有穿线孔，当绳驱直线模组安装在机械臂末端时也可以采用内部走线的形式，实现外观整洁。

本发明提供一种绳驱直线模组，与现有技术相比较，具有以下技术优点：

在医学手术上，很多手术操作为直线运动，由于绳驱具有柔顺的良好效果，绳驱直线模组的末端工具可以采用手动柔性拖动；

通过电机编码器、输出轮编码器和转向轮编码器能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑，同时采用这种多编码器定位的方式，绳驱直线模组运行和定位精度更高；

绳驱直线模组的钢丝绳涨紧结构简单，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴，松开即实现锁紧；

所述绳驱直线模组可适配机械臂使用，采用机械臂加该绳驱直线模组的形式，既可以做到末端尺寸小巧，又能实现控制简单。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的绳驱直线模组在某一角度下的装配示意图；

图2是本发明实施例提供的绳驱直线模组在另一角度下的装配示意图；

图3是本发明实施例提供的绳驱直线模组的俯视图；

图4是本发明实施例提供的绳驱直线模组在B-B截面的剖视图；

图5是本发明实施例提供的绳驱直线模组在某一角度下的钢丝绳传动结构示意图；

图6是本发明实施例提供的绳驱直线模组在另一角度下的钢丝绳传动结构示意图；

图7是本发明实施例提供的绳驱直线模组作为独立单元的工作状态示意图；

图8是本发明实施例提供的绳驱直线模组作为独立单元的另一工作状态示意图；

图9是本发明实施例提供的绳驱直线模组安装在机械臂末端的结构示意图；

附图标记说明：1.底座；2.直线导轨；3.滑块；4.电机；5.电机输出轴；6.电机减速轮；7.减速钢丝绳；8.输出钢丝轮；9.转向钢丝轮；10.输出钢丝绳；11.转接架；12.制动器；13.制动器轮毂；14.制动器支撑座；15.大轴承；16.小轴承；17.电机减速轮压盖；18.涨紧轴；19.单向轴承；20.输出轮码盘轴；21.码盘固定座；22.输出轮编码器；23.输出轮编码器支座； 24.转向轮码盘轴；25.转向轮编码器；26.转向轮编码器支座；27.阻挡块；28.阻挡块支座；29.末端工具座；30.末端工具；31.本体外壳；32.护套外壳。

具体实施方式

下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开 的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开， 而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体 细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本 公开的示例来提供对本公开更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本文中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明实施例提供的绳驱直线模组进行详细描述。

如图1-6所示，本发明提供一种绳驱直线模组，包括：底座1、直线导轨2、滑块3、电机4、电机输出轴5、电机减速轮6、输出钢丝轮8、转向钢丝轮9、转接架11、制动器12、钢丝绳。其中，所述钢丝绳包括减速钢丝绳7和输出钢丝绳10。

作为一种可选的实施方式，所述底座1的端部用于与机械臂关节模组或机械臂的末端关节连接。

如图1所示，所述电机4的定子固定安装在所述底座1上，如图4和图5所示，所述电机4的转子与所述电机输出轴5的一端固定连接，所述电机输出轴5通过大轴承15安装在所述底座1上，所述减速钢丝绳7的两端缠绕和固定在所述电机输出轴5上，所述减速钢丝绳7穿过所述电机减速轮6并缠绕在所述电机减速轮6上，当所述电机输出轴5转动时带动所述电机减速轮6转动。

如图5所示，所述电机输出轴5缠绕所述减速钢丝绳7的外径小于所述电机减速轮6缠绕所述减速钢丝绳7的外径，用于实现所述电机4输出动力后的减速。

如图2所示，所述电机减速轮6外部设置有电机减速轮压盖17。

如图4和图5所示，所述输出钢丝轮8与所述转向钢丝轮9通过大轴承15和小轴承16安装在所述底座1上，所述输出钢丝轮8与所述电机减速轮6固连，当所述电机减速轮6转动时带动所述输出钢丝轮8同步转动，所述输出钢丝绳10的两端缠绕和固定在所述输出钢丝轮8上，所述输出钢丝绳10穿过所述转向钢丝轮9并缠绕在所述转向钢丝轮9上，当所述输出钢丝轮8转动时带动所述转向钢丝轮9转动。

作为一种可选的实施方式，所述输出钢丝轮8和所述转向钢丝轮9缠绕所述输出钢丝绳10的外径相等。

如图1和图2所示，所述直线导轨2固定安装在底座1上，所述滑块3安装在所述直线导轨2上，所述转接架11安装在所述滑块3上，如图5所示，所述输出钢丝绳10穿过并固定在所述转接架11上，当所述输出钢丝轮8和所述转向钢丝轮9转动时，带动所述输出钢丝绳10运动，从而带动所述转接架11沿所述直线导轨2做直线运动。

如图1和图3所示，所述底座1上还设置有阻挡块支座28。

作为一种可选的实施方式，所述直线导轨2的两端设置有阻挡块27，所述阻挡块27采用非金属弹性材料，固定安装在所述阻挡块支座28上，起到限位和保护的作用。

如图5所示，所述电机输出轴5的另一端设置有制动器12，所述制动器12通过制动器轮毂13与所述电机输出轴5连接，如图4所示，所述制动器12安装在制动器支撑座14上，用于给电机4增加抱闸功能。

作为一种可选的实施方式，所述输出钢丝轮8的端部设置有输出轮编码器22，所述转向钢丝轮9的端部设置有转向轮编码器25，所述电机4内也设置有编码器，通过电机编码器、输出轮编码器22和转向轮编码器25能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑。

如图4所示，所述输出钢丝轮8的端部安装有输出轮码盘轴20和码盘固定座21，所述转向钢丝轮9的端部安装有转向轮码盘轴24和码盘固定座21，所述绳驱直线模组还包括输出轮编码器支座23和转向轮编码器支座26，所述输出轮编码器22固定在所述输出轮编码器支座23上，所述转向轮编码器25固定在所述转向轮编码器支座26上，采用这种多编码器定位的方式，绳驱直线模组运行和定位精度更高。

作为一种可选的实施方式，所述绳驱直线模组还包括涨紧轴18和单向轴承19，所述减速钢丝绳7穿过所述电机减速轮6时一并穿过所述涨紧轴18，所述输出钢丝绳10穿过所述转向钢丝轮9时一并穿过所述涨紧轴18，所述涨紧轴18通过所述单向轴承19安装在所述电机减速轮6和所述转向钢丝轮9内，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴18，松开即实现锁紧。采用这种依靠所述涨紧轴和所述单向轴承的涨紧方式，涨紧结构简单。

作为一种可选的实施方式，为了防止钢丝绳出现打滑现象，所述减速钢丝绳7缠绕在所述电机输出轴5和所述电机减速轮6上的圈数，以及所述输出钢丝绳10缠绕在所述输出钢丝轮8和所述转向钢丝轮9上的圈数大于两圈。

如图7-9所示，所述绳驱直线模组还包括本体外壳31和护套外壳32，所述本体外壳31和所述护套外壳32安装在绳驱直线模组的外周。

如图1和图2所示，所述转接架11上安装有末端工具座29，如图7-9所示，末端工具30安装在所述末端工具座29上，所述末端工具座29和末端工具30暴露在所述本体外壳31和所述护套外壳32之外。图7和图8是本发明实施例提供的绳驱直线模组作为独立单元的工作状态示意图，即绳驱直线模组带动所述末端工具座29和末端工具30做直线运动。

作为一种可选的实施方式，所述末端工具可以是钻、针、刀、锯、注射器中的一种，也可以为其他工具。

如图9所示，所述绳驱直线模组可适配机械臂使用，当机械臂的末端只需执行直线运动时，机械臂的其他关节可以不运动只需让直线模组运动即可。

作为一种可选的实施方式，所述绳驱直线模组的底座端部设计有穿线孔，当绳驱直线模组安装在机械臂末端时也可以采用内部走线的形式，实现外观整洁。

本发明提供一种绳驱直线模组，与现有技术相比较，具有以下技术优点：

在医学手术上，很多手术操作为直线运动，由于绳驱具有柔顺的良好效果，绳驱直线模组的末端工具可以采用手动柔性拖动；

通过电机编码器、输出轮编码器和转向轮编码器能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑，同时采用这种多编码器定位的方式，绳驱直线模组运行和定位精度更高；

绳驱直线模组的钢丝绳涨紧结构简单，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴，松开即实现锁紧；

所述绳驱直线模组可适配机械臂使用，采用机械臂加该绳驱直线模组的形式，既可以做到末端尺寸小巧，又能实现控制简单。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种绳驱直线模组，其特征在于，包括：底座（1）、直线导轨（2）、滑块（3）、电机（4）、电机输出轴（5）、电机减速轮（6）、输出钢丝轮（8）、转向钢丝轮（9）、转接架（11）、制动器（12）、钢丝绳；

其中，所述钢丝绳包括减速钢丝绳（7）和输出钢丝绳（10）；所述底座（1）的端部用于与机械臂关节模组或机械臂的末端关节连接；所述制动器（12）用于给电机（4）提供抱闸功能；

所述电机（4）与所述电机输出轴（5）固连，所述减速钢丝绳（7）缠绕和固定在所述电机输出轴（5）和所述电机减速轮（6）上，所述输出钢丝轮（8）与电机减速轮（6）固连，所述输出钢丝绳（10）缠绕和固定在输出钢丝轮（8）和转向钢丝轮（9）上，当电机输出轴（5）转动时带动电机减速轮（6）转动时，输出钢丝轮（8）和转向钢丝轮（9）同步转动；

所述输出钢丝绳（10）穿过并固定在所述转接架（11）上，所述转接架（11）通过所述滑块（3）安装在所述直线导轨（2）上，当所述输出钢丝轮（8）和所述转向钢丝轮（9）转动时，带动所述输出钢丝绳（10）运动，从而带动所述转接架（11）沿所述直线导轨（2）做直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述电机（4）的定子固定安装在所述底座（1）上，所述电机（4）的转子与所述电机输出轴（5）的一端固定连接，所述电机输出轴（5）通过大轴承（15）安装在所述底座（1）上，所述减速钢丝绳（7）的两端缠绕和固定在所述电机输出轴（5）上，所述减速钢丝绳（7）穿过所述电机减速轮（6）并缠绕在所述电机减速轮（6）上，当所述电机输出轴（5）转动时带动所述电机减速轮（6）转动，且所述电机减速轮（6）外部设置有电机减速轮压盖（17）。

3.根据权利要求2所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述电机输出轴（5）缠绕所述减速钢丝绳（7）的外径小于所述电机减速轮（6）缠绕所述减速钢丝绳（7）的外径，用于实现所述电机（4）输出动力后的减速。

4.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述输出钢丝轮（8）与所述转向钢丝轮（9）通过大轴承（15）和小轴承（16）安装在所述底座（1）上，所述输出钢丝轮（8）与所述电机减速轮（6）固连，当所述电机减速轮（6）转动时带动所述输出钢丝轮（8）同步转动，所述输出钢丝绳（10）的两端缠绕和固定在所述输出钢丝轮（8）上，所述输出钢丝绳（10）穿过所述转向钢丝轮（9）并缠绕在所述转向钢丝轮（9）上，当所述输出钢丝轮（8）转动时带动所述转向钢丝轮（9）转动，其中，所述输出钢丝轮（8）和所述转向钢丝轮（9）缠绕所述输出钢丝绳（10）的外径相等。

5.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述直线导轨（2）固定安装在底座（1）上，所述滑块（3）安装在所述直线导轨（2）上，所述转接架（11）安装在所述滑块（3）上，所述输出钢丝绳（10）穿过并固定在所述转接架（11）上；当所述输出钢丝轮（8）和所述转向钢丝轮（9）转动时，带动所述输出钢丝绳（10）运动，从而带动所述转接架（11）沿所述直线导轨（2）做直线运动。

6.根据权利要求5所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述底座（1）上还设置有阻挡块支座（28），所述直线导轨（2）的两端设置有阻挡块（27），所述阻挡块（27）固定安装在所述阻挡块支座（28）上，起到限位和保护的作用。

7.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述电机输出轴（5）的另一端设置有制动器（12），所述制动器（12）通过制动器轮毂（13）与所述电机输出轴（5）连接，所述制动器（12）安装在制动器支撑座（14）上，用于给电机（4）增加抱闸功能。

8.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述输出钢丝轮（8）的端部设置有输出轮编码器（22），所述转向钢丝轮（9）的端部设置有转向轮编码器（25），所述电机（4）内也设置有编码器，通过电机编码器、输出轮编码器（22）和转向轮编码器（25）能够精确得知钢丝绳运动的距离和判断钢丝绳是否打滑。

9.根据权利要求8所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述输出钢丝轮（8）的端部安装有输出轮码盘轴（20）和码盘固定座（21），所述转向钢丝轮（9）的端部安装有转向轮码盘轴（24）和码盘固定座（21），所述绳驱直线模组还包括输出轮编码器支座（23）和转向轮编码器支座（26），所述输出轮编码器（22）固定在所述输出轮编码器支座（23）上，所述转向轮编码器（25）固定在所述转向轮编码器支座（26）上，采用这种多编码器定位的方式，绳驱直线模组运行和定位精度更高。

10.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述绳驱直线模组还包括涨紧轴（18）和单向轴承（19），所述减速钢丝绳（7）穿过所述电机减速轮（6）时一并穿过所述涨紧轴（18），所述输出钢丝绳（10）穿过所述转向钢丝轮（9）时一并穿过所述涨紧轴（18），所述涨紧轴（18）通过所述单向轴承（19）安装在所述电机减速轮（6）和所述转向钢丝轮（9）内，当需要涨紧钢丝绳时沿钢丝绳涨紧方向转动所述涨紧轴（18），松开即实现锁紧。

11.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，为了防止钢丝绳出现打滑现象，所述减速钢丝绳（7）缠绕在所述电机输出轴（5）和所述电机减速轮（6）上的圈数，以及所述输出钢丝绳（10）缠绕在所述输出钢丝轮（8）和所述转向钢丝轮（9）上的圈数大于两圈。

12.根据权利要求1所述的一种绳驱直线模组，其特征在于，所述绳驱直线模组还包括本体外壳（31）和护套外壳（32），所述本体外壳（31）和所述护套外壳（32）安装在绳驱直线模组的外周；所述转接架（11）上安装有末端工具座（29），末端工具（30）安装在所述末端工具座（29）上，所述末端工具座（29）和末端工具（30）暴露在所述本体外壳（31）和所述护套外壳（32）之外。