CN211852704U

CN211852704U - 一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构

Info

Publication number: CN211852704U
Application number: CN202020222229.0U
Authority: CN
Inventors: 庞冬雪; 赵德明; 胡明; 王丙旭; 吴梅; 高云
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2030-02-27

Abstract

本公开提供了一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，包括伸缩执行模块、齿轮张紧轮驱动模块、涡卷弹簧卷筒模块和安装架。伸缩执行模块包括伸缩套筒和横截面为弧形的钢带。所述齿轮张紧轮驱动模块，包括减速电机、传动组件和凹凸张紧轮组件。所述涡卷弹簧卷筒模块，包括钢带卷筒、涡卷弹簧组件和转轴。所述钢带从自由端至连接端，先穿过伸缩套筒的腔体，再穿过凹轮与凸轮之间的间隙，然后缠绕在钢带卷筒上；凹轮与凸轮旋转时通过摩擦力带动钢带移动。本公开中伸缩套筒使索杆伸缩机构具备抗压的特性，钢带使索杆伸缩机构具备抗拉的特性；本公开中的索杆伸缩机构兼具绳索轻便和杆件抗压的特性，提高了索杆伸缩机构的通用性和适用范围。

Description

一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构

技术领域

本公开属于索杆伸缩构机构领域，具体涉及一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构。

背景技术

索杆伸缩机构主要用于驱动张拉整体机构机器人的杆件或者绳索的伸缩，以实现张拉整体机构机器人的运动。索杆绳索机构可以控制张拉整体机构机器人的杆或者索的长短，使张拉整体机构机器人实现变形，从而使张拉整体机构机器人实现翻滚或者爬行步态。目前存在的张拉整体机构机器人的驱动方式如下：

1、驱动绳索的伸缩：

方式一：直接由电机通过滑轮对绳索进行卷绕；用电机控制与之连接的卷轮正向转动把绳索卷进卷轮实现绳索的缩短；电机反向转动时，可以将绳索从卷轮上释放实现绳索的伸长。采用这种驱动方式的张拉整体机构机器人存在以下缺点：卷绕绳索时，当张拉整体机构机器人进行翻滚时，卷绕的绳索会从滑轮上脱落，发生脱扣现象。

方式二：卷扬方式驱动绳索的伸缩；通过电机卷扬使绳索搅在一起实现绳索缩短，反之释放绳索使其伸长；采用这种驱动方式的张拉整体机构机器人存在以下缺点：这种机构在机构最开始运动时只能缩短绳索，无法在初始时刻伸长绳索；卷扬方式的驱动使绳索的伸长量随时间呈非线性变化，对张拉整体机构的控制带来不便。

2、驱动杆件的伸缩：

采用直线电机完成杆件伸缩。但这采用这种方式使得机构变得笨重，失去了质量轻便这一特点，使机器人性能下降。

此外，采用上述的驱动方式控制张拉整体机构机器人变形，只能单独实现绳索或者杆件的伸缩，无法兼具绳索抗拉和杆件抗压这两者的综合优点。

实用新型内容

本公开提供了一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，旨在解决现有驱动方式无法兼具绳索抗拉和杆件抗压这两者综合优点的问题。

为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：

一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，包括：伸缩执行模块、齿轮张紧轮驱动模块、涡卷弹簧卷筒模块和安装架。

所述伸缩执行模块，包括伸缩套筒和横截面为弧形的钢带；所述伸缩套筒由若干根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成，伸缩套筒的两端分别为自由端和固定端，所述伸缩套筒的固定端固定在安装架上；所述钢带的两端分别为自由端和连接端，钢带的自由端插接在伸缩套筒的腔体内且与伸缩套筒的自由端固定连接。

所述齿轮张紧轮驱动模块，包括减速电机、传动组件和凹凸张紧轮组件；所述传动组件包括第一齿轮轴和第二齿轮轴，第一齿轮轴和第二齿轮轴均通过深沟球轴承安装在安装架上；第一齿轮轴上的齿轮与第二齿轮轴上的齿轮相啮合且传动比为1∶1，所述减速电机与第一齿轮轴通过联轴器相连；所述凹凸张紧轮组件包括凹轮和凸轮，凹轮设置在第一齿轮轴上，凸轮设置在第二齿轮轴上，所述凹轮的轮廓侧面上设有与凸轮的轮廓侧面相匹配的凹槽，凹轮的轮廓侧面与凸轮的轮廓侧面之间形成用于穿过钢带的间隙。

所述涡卷弹簧卷筒模块，包括钢带卷筒、涡卷弹簧组件和转轴；所述钢带的连接端连接在钢带卷筒上；所述转轴的两端均通过深沟球轴承安装在安装架上；所述钢带卷筒套接并固定在转轴上；涡卷弹簧组件包括弹簧外壳和涡卷弹簧，弹簧外壳固定在安装架上，涡卷弹簧位于弹簧外壳内且套接在转轴上，涡卷弹簧的内端连接在转轴上且涡卷弹簧的外端连接在弹簧外壳上。

所述钢带从自由端至连接端，先穿过伸缩套筒的腔体，再穿过凹轮与凸轮之间的间隙，然后缠绕在钢带卷筒上；凹轮与凸轮旋转时通过摩擦力带动钢带移动。

进一步改进的方案：所述伸缩套筒由三根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成。

进一步改进的方案：所述钢带的自由端通过螺钉连接有连接块，连接块上设有两个卡块，所述伸缩套筒的自由端设有两个相对设置的卡槽，两个卡块分别设置在两个卡槽内。

进一步改进的方案：所述安装架为由一个底板和两个侧板构成的U形板；所述伸缩套筒的固定端固定在安装架的底板上；所述第一齿轮轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上，所述第二齿轮轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上；所述转轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上。

进一步改进的方案：所述弹簧外壳固定在安装架侧板的外侧壁上。

进一步改进的方案：所述凹轮和所述凸轮外部均涂有一层橡胶材料。

进一步改进的方案：所述凹轮通过键设置在第一齿轮轴上，所述凸轮通过键设置在第二齿轮轴上。

进一步改进的方案：所述钢带卷筒与转轴之间通过键固定连接。

进一步改进的方案：所述钢带卷筒上设有凹槽，钢带的连接端卡接在凹槽内且用沉头螺钉固定；所述转轴上设有凹槽，涡卷弹簧的内端通过螺钉固连在转轴的凹槽内。

进一步改进的方案：当所述伸缩套筒伸长至最长时的长度为钢带的最长伸长量。

本公开的有益效果为：

1、伸缩执行模块包括伸缩套筒和钢带，伸缩套筒套接在钢带的外部，伸缩套筒与钢带配合使用，伸缩套筒使索杆伸缩机构具备抗压的特性，钢带使索杆伸缩机构具备抗拉的特性；因此，本公开中的索杆伸缩机构兼具绳索轻便和杆件抗压的特性，提高了索杆伸缩机构的通用性和适用范围。

2、钢带具备一定的刚性，可以实现对伸缩套筒的推拉；钢带采用弧形结构，伸缩套筒的套筒采用圆筒型，可以提高伸缩执行模块的刚度。

3、钢带的自由端插接在伸缩套筒的腔体内且与伸缩套筒的自由端固定连接，在钢带的自由端移动时，可以带动伸缩套筒的伸缩。

4、减速电机通过传动组件带动凹凸张紧轮组件中的凹轮和凸轮进行旋转，凹轮和凸轮在旋转时通过摩擦力带动钢带的往复移动，从而带动伸缩套筒的伸缩。传动组件采用第一齿轮轴和第二齿轮轴，只需采用一个减速电机便可以实现第一齿轮轴和第二齿轮轴转向相反，从而使凹轮和凸轮转向相反，使凹轮和凸轮给钢带上下表面的摩擦驱动力方向相同；第一齿轮轴上的齿轮与第二齿轮轴上的齿轮传动比为1∶1，可以使第一齿轮轴和第二齿轮轴转速相同，使凹轮和凸轮速度相同方向相反。

5、采用钢带卷筒对钢带进行收放，通过涡卷弹簧组件可以使钢带始终紧密缠绕在钢带卷筒上，在张拉整体机构机器人进行翻滚时，防止卷绕的钢带会从钢带卷筒上脱落。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关附图。

图1是本公开中索杆伸缩机构的结构示意图。

图2是本公开中伸缩套筒与钢带配合在一起时的结构示意图。

图3是本公开中钢带与连接块配合的结构示意图。

图4是本公开中索杆伸缩机构省略部分结构后的结构示意图。

图5是本公开中索杆伸缩机构省略部分结构后的结构示意图。

图中标号说明：

11-伸缩套筒；12-钢带；21-减速电机；22-凹轮；23-第一齿轮轴；24-第二齿轮轴；25-凸轮；31-底板；32-侧板；41-钢带卷筒；42-转轴；43-弹簧外壳；44-涡卷弹簧；121-连接块；122-卡块。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。

参阅图1至图5，本实施例公开了一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，包括：伸缩执行模块、齿轮张紧轮驱动模块、涡卷弹簧卷筒模块和安装架。

参阅图1、图2和图3，所述伸缩执行模块，包括伸缩套筒11和横截面为弧形的钢带12；所述伸缩套筒11由若干根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成，伸缩套筒11的两端分别为自由端和固定端，所述伸缩套筒11的固定端固定在安装架上；所述钢带12的两端分别为自由端和连接端，钢带12的自由端插接在伸缩套筒11的腔体内且与伸缩套筒11的自由端固定连接(即钢带12的自由端与伸缩套筒11自由端的套筒相连)。

其中，所述伸缩套筒11可以由2根套筒、3根套筒、4根套筒等构成，可以根据实际需要进行设置，本实施例中伸缩套筒11由三根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成。

参阅图2和图3，钢带12的自由端与伸缩套筒11的自由端固定连接，钢带12的自由端与伸缩套筒11的自由端固定连接方式可以采用现有的固定方式连接，作为其中一种改进型的固定连接方式：所述钢带12的自由端通过螺钉连接有连接块121，连接块121上设有两个卡块122，所述伸缩套筒11的自由端设有两个相对设置的卡槽，两个卡块122分别设置在两个卡槽内。

其中，钢带12的弧度大约为20度，厚度为1mm。

参阅图1、图4和图5，所述齿轮张紧轮驱动模块，包括减速电机21、传动组件和凹凸张紧轮组件；所述传动组件包括第一齿轮轴23和第二齿轮轴24，第一齿轮轴23和第二齿轮轴24均通过深沟球轴承安装在安装架上；第一齿轮轴23上的齿轮与第二齿轮轴24上的齿轮相啮合且传动比为1∶1(齿轮齿数相同、直径相同)，所述减速电机21与第一齿轮轴23通过联轴器相连；所述凹凸张紧轮组件包括凹轮22和凸轮25，凹轮22设置在第一齿轮轴23上，凸轮25设置在第二齿轮轴24上，所述凹轮22的轮廓侧面上设有与凸轮25的轮廓侧面相匹配的凹槽，凹轮22的轮廓侧面与凸轮25的轮廓侧面之间形成用于穿过钢带12的间隙。

其中，所述凹轮22通过键设置在第一齿轮轴23上，所述凸轮25通过键设置在第二齿轮轴24上。

参阅图1、图4和图5，所述涡卷弹簧卷筒模块，包括钢带卷筒41、涡卷弹簧44组件和转轴42；所述钢带12的连接端连接在钢带卷筒41上；所述转轴42的两端均通过深沟球轴承安装在安装架上；所述钢带卷筒41套接并固定在转轴42上；涡卷弹簧44组件包括弹簧外壳43和涡卷弹簧44，弹簧外壳43固定在安装架上，涡卷弹簧44位于弹簧外壳43内且套接在转轴42上，涡卷弹簧44的内端连接在转轴42上且涡卷弹簧44的外端连接在弹簧外壳43上。

其中，钢带卷筒41与转轴42之间通过键固定连接。

其中，钢带卷筒41上设有凹槽，钢带12的连接端卡接在凹槽内且用沉头螺钉固定；所述转轴42上设有凹槽，涡卷弹簧44的内端通过螺钉固连在转轴42的凹槽内。

钢带12从自由端至连接端，先穿过伸缩套筒11的腔体，再穿过凹轮22与凸轮25之间的间隙，然后缠绕在钢带卷筒41上；凹轮22与凸轮25旋转时通过摩擦力带动钢带12移动。

在上述任一方案的基础上，作为进一步改进的方案：当所述伸缩套筒11伸长至最长时的长度为钢带12的最长伸长量。

参阅图1，在上述任一方案的基础上，作为进一步改进的方案：所述安装架为由一个底板31和两个侧板32构成的U形板；所述伸缩套筒11的固定端固定在安装架的底板31上；所述第一齿轮轴23的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板32上，所述第二齿轮轴24的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板32上；所述转轴42的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板32上。所述弹簧外壳43固定在安装架侧板32的外侧壁上。

在上述任一方案的基础上，为了提高凹轮22和凸轮25对钢带12的摩擦驱动力，所述凹轮22和所述凸轮25外部均涂有一层橡胶材料。

下面结合工作原理对本公开做进一步说明：

参阅图1至图5，当索杆伸缩机构进行伸长时，启动减速电机21正向旋转，减速电机21的转动经过联轴器传递给第一齿轮轴23，第一齿轮轴23通过齿轮将动力传递给第二齿轮轴24，第一齿轮轴23带动凹轮22进行正向旋转和第二齿轮轴24带动凸轮25反向旋转，凹轮22和凸轮25通过摩擦驱动力带动钢带12相前运动伸长，钢带12从钢带卷筒41上展开出来，钢带12的自由端带动伸缩套筒11伸长；同时涡卷弹簧44的弹力小于凹轮22与凸轮25对钢条向前的摩擦力，从而涡卷弹簧44被拉紧。

当索杆伸缩机构进行收缩时，启动减速电机21反向旋转，减速电机21的转动经过联轴器传递给第一齿轮轴23，第一齿轮轴23通过齿轮将动力传递给第二齿轮轴24，第一齿轮轴23带动凹轮22进行反向旋转和第二齿轮轴24带动凸轮25正向旋转，凹轮22和凸轮25通过摩擦驱动力带动钢带12向后运动收缩，钢带12缠绕在钢带卷筒41上，钢带12的自由端带动伸缩套筒11收缩；同时涡卷弹簧44有恢复至初始状态的趋势，在凹轮22与凸轮25对钢条向后的摩擦力和涡卷弹簧44弹力的双重拉力作用下，钢带12卷在钢带卷筒41上，避免了钢带12从钢带卷筒41上脱扣现象的发生。

本公开不局限于上述可选实施方式，在互不抵触的前提下，各方案之间可任意组合；任何人在本公开的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本公开权利要求界定范围内的技术方案，均落在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，包括：伸缩执行模块、齿轮张紧轮驱动模块、涡卷弹簧卷筒模块和安装架；

所述伸缩执行模块，包括伸缩套筒和横截面为弧形的钢带；所述伸缩套筒由若干根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成，伸缩套筒的两端分别为自由端和固定端，所述伸缩套筒的固定端固定在安装架上；所述钢带的两端分别为自由端和连接端，钢带的自由端插接在伸缩套筒的腔体内且与伸缩套筒的自由端固定连接；

所述齿轮张紧轮驱动模块，包括减速电机、传动组件和凹凸张紧轮组件；所述传动组件包括第一齿轮轴和第二齿轮轴，第一齿轮轴和第二齿轮轴均通过深沟球轴承安装在安装架上；第一齿轮轴上的齿轮与第二齿轮轴上的齿轮相啮合且传动比为1∶1，所述减速电机与第一齿轮轴通过联轴器相连；所述凹凸张紧轮组件包括凹轮和凸轮，凹轮设置在第一齿轮轴上，凸轮设置在第二齿轮轴上，所述凹轮的轮廓侧面上设有与凸轮的轮廓侧面相匹配的凹槽，凹轮的轮廓侧面与凸轮的轮廓侧面之间形成用于穿过钢带的间隙；

所述涡卷弹簧卷筒模块，包括钢带卷筒、涡卷弹簧组件和转轴；所述钢带的连接端连接在钢带卷筒上；所述转轴的两端均通过深沟球轴承安装在安装架上；所述钢带卷筒套接并固定在转轴上；涡卷弹簧组件包括弹簧外壳和涡卷弹簧，弹簧外壳固定在安装架上，涡卷弹簧位于弹簧外壳内且套接在转轴上，涡卷弹簧的内端连接在转轴上且涡卷弹簧的外端连接在弹簧外壳上；

2.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述伸缩套筒由三根依次套接在一起的圆筒型的套筒构成。

3.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，当所述伸缩套筒伸长至最长时的长度为钢带的最长伸长量。

4.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述钢带的自由端通过螺钉连接有连接块，连接块上设有两个卡块，所述伸缩套筒的自由端设有两个相对设置的卡槽，两个卡块分别设置在两个卡槽内。

5.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述安装架为由一个底板和两个侧板构成的U形板；所述伸缩套筒的固定端固定在安装架的底板上；所述第一齿轮轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上，所述第二齿轮轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上；所述转轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个侧板上。

6.根据权利要求5所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述弹簧外壳固定在安装架侧板的外侧壁上。

7.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述凹轮和所述凸轮外部均涂有一层橡胶材料。

8.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述凹轮通过键设置在第一齿轮轴上，所述凸轮通过键设置在第二齿轮轴上。

9.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述钢带卷筒与转轴之间通过键固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于控制张拉整体结构变形的索杆伸缩机构，其特征在于，所述钢带卷筒上设有凹槽，钢带的连接端卡接在凹槽内且用沉头螺钉固定；所述转轴上设有凹槽，涡卷弹簧的内端通过螺钉固连在转轴的凹槽内。