CN217434366U - 用于关节驱动机构的绞盘和驱动器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器；绞盘设置在驱动器的输出端并随所述输出端旋转，驱动器通过绞盘牵拉腱以驱动受控关节；所述绞盘包括：连接部,用于与驱动器的输出端固定连接；转盘，沿着所述转盘的侧壁周向设置有收容槽；固定部，设置在转盘上，所述腱上任一部分固定连接在固定部处；所述腱从固定部引出后部分绕在转盘的收容槽中。该绞盘，一方面可以将旋转运动转化为直线运动，一方面可以扩大驱动器输出的传动比。当用到的驱动机构较多，而容纳空间较小时，可以通过设置绞盘的大小差异，以避免腱之间的相互干涉。在实现高自由度的设计需求同时，布局结构也更加合理紧凑。

Description

用于关节驱动机构的绞盘和驱动器

技术领域

本申请属于机器人技术领域，更具体地说，涉及一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器。

背景技术

新一代机器人，为了实现更加灵巧、精细地操作物体，需要具有更多的自由度，这些机器人(例如，功能接近人手的机械手/灵巧手)往往采用腱传动。如何使驱动机构与腱传动安全可靠，适合生产、装配、应用、维护，以及便于测量驱动力/力矩是本领域技术人员所要考虑的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于关节驱动机构的绞盘和包含该绞盘的驱动器。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供了一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器；所述绞盘设置在驱动器的输出端并随所述输出端旋转，驱动器通过绞盘牵拉腱以驱动受控关节；所述绞盘包括：

连接部,用于与驱动器的输出端固定连接；

转盘，沿着所述转盘的侧壁周向设置有收容槽，所述转盘与连接部相连接；

固定部，设置在转盘上，所述腱上任一部分固定连接在固定部处；所述腱从固定部引出后部分绕在转盘的环形收容槽中。

在本申请的一种实施例中，所述固定部还包括固定件，所述腱上任一部分缠绕和/或固定在固定件上。

在本申请的一种实施例中，所述转盘上设置有安装孔，所述固定件设置在安装孔处。

在本申请的一种实施例中，所述转盘包括引出孔，所述腱上任一部分固定在固定部，经引出孔导向引出，所述引出孔与收容槽相连通。

在本申请的一种实施例中，所述引出孔与收容槽相连通的位置处设置有过渡部；所述过渡部为过渡面或者过渡保护元件。

在本申请的一种实施例中，所述固定部包括安装槽，所述固定件穿过安装槽，在安装槽处，固定件和安装槽内壁之间具有间隙。

在本申请的一种实施例中，所述安装槽处形成引出孔；所述引出孔为安装槽与收容槽的贯穿孔。

在本申请的一种实施例中，在腱上安装有腱张力传感器，所述张力传感器安装在引出孔内。

在本申请的一种实施例中，所述收容槽的截面形状为U型、V型、矩形或者半圆形。

在本申请的一种实施例中，所述转盘上设置有减轻孔。

本申请还提供了一种驱动器，所述驱动器的输出端设置有如上所述的绞盘。

在本申请的一种实施例中，所述驱动器的输出端包括具有第一定位部的输出轴，所述连接部包括第二定位部，所述绞盘通过第二定位部设置在驱动器的输出轴处，所述第二定位部与第一定位部相匹配。

在本申请的一种实施例中，所述输出轴上安装有轴向定位元件，所述轴向定位元件用于防止绞盘沿轴向滑脱。

在本申请的一种实施例中，所述绞盘高度可调节地设置在所述输出端上。

在本申请的一种实施例中，所述绞盘与驱动器为一体设计。

在本申请的一种实施例中，所述绞盘上设置有力传感器和/或力矩传感器。力传感器/力矩传感器的使用便于测量驱动力/力矩，更加有利于灵巧或精细控制。

在本申请的一种实施例中，所述力传感器或力矩传感器包括应变敏感元件，所述应变敏感元件(可采用应变片)安装在驱动器输出轴与绞盘内孔之间。

本申请的有益效果在于：

本申请提供了一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器，所述绞盘设置在驱动器的输出端并随输出端旋转，使得驱动器通过绞盘牵拉腱以驱动受控关节。绞盘一方面可以将旋转运动转化为直线运动，一方面可以扩大驱动器输出的传动比。当用到的驱动机构较多，而容纳空间较小时，可以通过设置绞盘的大小差异，以避免腱之间的相互干涉。在实现高自由度的设计需求同时，布局结构也更加合理紧凑。本方案结构可靠，便于灵活拆装腱，适合生产、装配、应用、维护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的一种关节驱动机构的部分机构示意图；

图2为本申请的第一实施例提供的一种关节驱动机构的绞盘和腱的结构示意图；

图3为本申请的第一实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘的立体结构示意图；

图4为本申请的第一实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘的剖视图；

图5为本申请的第二实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘的立体结构示意图；

图6为本申请的第二实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘的透视图；

图7为本申请的第二实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘的俯视图。

其中，图中各附图标记：

100-驱动器；200-绞盘；300-腱；101-输出端；210-连接部；211-D型凸台；220-转盘；221-环形收容槽；231-过渡部；232-安装槽；233-第二凸台；234-安装孔；240-固定件；250-引出孔；260-减轻孔；400-腱张力传感器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“

外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图7，现对本申请实施例提供的用于关节驱动机构的绞盘200和驱动器100进行说明。

图1所示，为本申请的一个实施例提供的一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器的部分机构示意图。绞盘200设置在驱动器100的输出端101并随所述输出端101旋转，驱动器100通过绞盘200牵拉腱300以驱动受控关节(图中未示出)。腱300选用在受力时不可被拉伸或者被拉伸后变化量极小的细长物体,如钢丝线、大力马线或者碳素线等。

图2-图4所示，为本申请的第一实施例。图5-图7所示，为本申请的第二实施例。

如图2-图7所示，绞盘200包括连接部210。该连接部210用于与驱动器100的输出端101固定连接。绞盘200还包括作为主体机构的转盘220，该转盘220与连接部210相连接。在沿着转盘220的侧壁周向，设置有收容槽221。可以理解的，收容槽221可凹陷或者凸出地设置在转盘220的侧壁。绞盘200还包括固定部，腱300上任一部分固定连接在该固定部处；固定部设置在转盘220上。腱300上任一部分可以位于腱300的端部或者中部，固定连接位置可以是一点或者多点。

所述腱300从固定部引出后，部分绕在收容槽221中；腱300在转盘220旋转时能够绕进或者绕出转盘220的收容槽221。腱300上另一处的任一部分与受控关节相连接。驱动器100通过绞盘200牵拉腱300以驱动受控关节。

收容槽221的形状可以是如图2、图3、图5、图6所示的环形结构，也可以是螺旋形状。

本申请一个实施例的绞盘200，设置在驱动器100的输出端101并随输出端101旋转，驱动器100通过绞盘200牵拉腱300以驱动受控关节。绞盘200一方面可以将旋转运动转化为直线运动，一方面可以扩大驱动器100输出的传动比。当用到的驱动机构较多，而容纳空间较小时，可以通过设置绞盘200的大小差异，以避免腱300之间的相互干涉。在实现高自由度的设计需求同时，布局结构也更加合理紧凑。

驱动器100的输出端101包括具有第一定位部的输出轴，绞盘200的连接部210包括第二定位部。绞盘200通过第二定位部设置在驱动器100的输出轴处，所述第二定位部与第一定位部相匹配。例如，驱动器100的输出端101包括具有D型扁位的输出轴。绞盘200的连接部210包括D型凸台211，D型凸台211具有与输出轴相匹配设置的内孔。所述D型扁位构成第一定位部，所述内孔构成第二定位部。

绞盘200和驱动器100的输出轴之间可以通过螺丝，销钉，卡簧固联等紧固件作为轴向定位元件进行固定连接，以防止绞盘200沿轴向滑脱。

在一个实施例中，收容槽221和固定部的位置可以分开设置，即腱300上任一部分固定在固定部后，可以通过一定路径进入到收容槽221中，例如从转盘220的侧壁进入收容槽221中，但该方案，难以通过腱300实现精细控制关节的动作，因为腱300移动的距离无法精准确认。

在本申请的具体实施例中，转盘220包括引出孔250；腱300上任一部分固定在固定部后，经引出孔250导向引出。该引出孔250与收容槽221相连通，腱300可通过引出孔250的导向直接进入到收容槽221中。

为了防止腱300的过度摩擦、减少尖锐部分对腱300的损伤，在引出孔250与收容槽221相连通的位置处，设置有过渡部231。该过渡部231可以是直接设置在绞盘200上引出孔250与收容槽221相连通位置处的圆滑的过渡面，如圆弧面或者倒圆角；也可以是额外设置的具有保护性能的过渡保护元件，如橡胶片等具有保护功能的元件。

固定部包括固定件240，腱300上任一部分连接在固定件240上。可以通过多种方式(如压、扣等)将腱300上任一部分连接在固定件240处。所述腱300上任一部分可缠绕和/或固定在固定件240上,固定件240例如固定销。转盘220上可设置安装孔234，作为固定件240的固定销设置在安装孔234处；利用固定件240的螺纹与安装孔234的螺纹旋紧。可以理解的是，固定件240包括但并不仅限于固定销。

优选的，固定件240上设置有便于利用工具进行旋扭操作的槽，所述槽可以为一字槽或十字槽。

固定部包括安装槽232，腱300上任一部分位于安装槽232内。固定件240穿过安装槽232。在安装槽232处，固定件240和安装槽232内壁之间具有间隙，所述间隙可为腱300的固定连接提供容纳空间，所述腱300上任一部分可固定或者缠绕在安装槽232处的固定件240上。腱300固定后从安装槽232引出。

在本申请的第二实施例中，引出孔250与安装槽232相连接。

在腱300上可安装腱张力传感器400，用于测量腱300的张力。腱张力传感器400在腱300的收、放过程中，由于腱300容易出现颤动/扰动。因此，腱张力传感器400在随着腱300运动的过程中，腱张力传感器400的信号容易干扰而产生不稳定信号。

作为优选的方案，腱张力传感器400安装在引出孔250内，如图6所示。在引出孔内的腱300相对稳定，不容易出现颤动/扰动，因此，腱张力传感器400的信号会更稳定。

在本申请的第一实施例中,在安装槽232处形成引出孔250。如图2、图3、图4所示，安装槽232位于绞盘200的收容槽221位置处。转盘220上设置有第二凸台233，第二凸台233侧面连接D型凸台211。安装槽232形成在第二凸台233的下方，并穿过收容槽221；该安装槽232的开口，即安装槽232与收容槽221的贯穿孔，为引出孔250。第二凸台233上设置有安装孔234，作为固定件240的固定销从该安装孔234穿过安装槽232。

在本申请的第一实施例中，腱300上任一部分固定在固定件240后，直接从安装槽232进入到收容槽221中；该结构设计比较紧凑。在安装槽232与收容槽221相连通的位置处，设置有上述过渡部231。

如图7所示，转盘220上可设置减轻孔260，减轻孔260例如为一个或者多个，减轻孔260的设置可以减少绞盘200的重量。

本申请的转盘220的形状为圆形或者椭圆形，转盘220还可以是偏心绞盘、异形绞盘等。优选的，转盘220的形状为圆形。

本申请的收容槽221的截面形状可以为U型、V型、矩形或者半圆形。绞盘200的转盘220可以是扁平的设计，不占用较大空间。

在收容槽221与转盘220的侧壁连接位置处，设置有圆滑的过渡面，该过渡面可以是圆弧面。

本申请还提供了一种驱动器100，所述驱动器100用于关节驱动机构。该驱动器100的输出端101设置有如上所述的绞盘200。在绞盘200处可设置力传感器或者力矩传感器，用于检测并反馈驱动器100输出轴作用于绞盘200的力的大小。

在一个实施例中，可在绞盘200处设置力传感器，力传感器可以是应变敏感元件，例如应变片或微纳敏感材料。一种实施例配置为：在驱动器100输出轴的D型位与绞盘200内孔之间安装应变敏感元件。如将应变片环绕D型位设置时，可以测量力矩；如将应变片分为几片，分别分布在D型位与绞盘200内孔之间的不同位置，既可以测量力矩(包括周向旋转力矩，以及挠向偏矩)，也可以测各个特定方向的力；力矩(包括周向旋转力矩，以及挠向偏矩)可根据各个特定方向的力通过算法综合计算出来的。

在一个实施例中，绞盘200高度可调节地设置在所述输出端101上。例如，可通过调整绞盘200在输出端101的位置，相应调整绞盘200的高度。

在一个优选的实施例中，所述绞盘200与驱动器100为一体设计，即驱动器100的转子部分包括所述绞盘200。

本申请的驱动器100，可采用电机(如直流电机、无刷电机)、舵机等；也可以替换为其它动力元件，如气动驱动(旋转气缸)，液压驱动器(旋转型液压马达)等。

可以理解的是，本申请的用于关节驱动机构的绞盘和驱动器，不仅可以用于机器人的灵巧手，还可以用于机器人身上的多自由度部分，如具有多个自由度的仿生机械足。或者，还可以用于其它类别多关节机器的关节驱动，其它类别多关节机器可以是具有多个关节的机器动物或者机器昆虫等；再或者，还可以用于驱动具有运动副的设备。

本申请提供了一种用于关节驱动机构的绞盘和驱动器，所述绞盘设置在驱动器的输出端并随输出端旋转，使得驱动器通过绞盘牵拉腱以驱动受控关节。绞盘一方面可以将旋转运动转化为直线运动，一方面可以扩大驱动器输出的传动比。当用到的驱动机构较多，而容纳空间较小时，可以通过设置绞盘的大小差异，以避免腱之间的相互干涉。在实现高自由度的设计需求同时，布局结构也更加合理紧凑。本方案结构可靠，便于灵活拆装腱，适合生产、装配、应用、维护；且腱张力传感器、力传感器/力矩传感器的使用便于测量驱动力/力矩，更加有利于灵巧或精细控制。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于关节驱动机构的绞盘；其特征在于，所述绞盘设置在驱动器的输出端并随所述输出端旋转，驱动器通过绞盘牵拉腱以驱动受控关节；所述绞盘包括：

连接部,用于与驱动器的输出端固定连接；

转盘，沿着所述转盘的侧壁周向设置有收容槽，所述转盘与连接部相连接；

固定部，设置在转盘上，所述腱上任一部分固定连接在固定部处；

所述腱从固定部引出后部分绕在转盘的收容槽中。

2.如权利要求1所述的绞盘，其特征在于，所述固定部还包括固定件，所述腱上任一部分缠绕和/或固定在固定件上。

3.如权利要求2所述的绞盘，其特征在于，所述转盘上设置有安装孔，所述固定件设置在安装孔处。

4.如权利要求1所述的绞盘，其特征在于，所述转盘包括引出孔，所述腱上任一部分固定在固定部，经引出孔导向引出，所述引出孔与收容槽相连通。

5.如权利要求4所述的绞盘，其特征在于，所述引出孔与收容槽相连通的位置处设置有过渡部；所述过渡部为过渡面或者过渡保护元件。

6.如权利要求2所述的绞盘，其特征在于，所述固定部包括安装槽，所述固定件穿过安装槽，在安装槽处，固定件和安装槽内壁之间具有间隙。

7.如权利要求6所述的绞盘，其特征在于，所述安装槽处形成引出孔；所述引出孔为安装槽与收容槽的贯穿孔。

8.如权利要求4所述的绞盘，其特征在于，在腱上安装有腱张力传感器，所述张力传感器安装在引出孔内。

9.如权利要求1所述的绞盘，其特征在于，所述收容槽的截面形状为U型、V型、矩形或者半圆形。

10.如权利要求1所述的绞盘，其特征在于，所述转盘上设置有减轻孔。

11.一种驱动器，其特征在于，所述驱动器的输出端设置有如权利要求1-10任一项所述的绞盘。

12.如权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器的输出端包括具有第一定位部的输出轴，所述连接部包括第二定位部，所述绞盘通过第二定位部设置在驱动器的输出轴处，所述第二定位部与第一定位部相匹配。

13.如权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述输出轴上安装有轴向定位元件，所述轴向定位元件用于防止绞盘沿轴向滑脱。

14.如权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述绞盘高度可调节地设置在所述输出端上。

15.如权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述绞盘与驱动器为一体设计。

16.如权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述绞盘上设置有力传感器和/或力矩传感器。

17.如权利要求16所述的驱动器，其特征在于，所述力传感器或力矩传感器包括应变敏感元件，所述应变敏感元件安装在驱动器输出轴与绞盘内孔之间。

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