一種鋼絲傳動(dòng)串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，具體涉及一種鋼絲傳動(dòng)串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)是機(jī)器人整體系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成模塊，而柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可以有效的減小沖擊，提高機(jī)器人使用壽命，并且具有良好的人機(jī)交互性，因此基于柔性驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)逐漸興起。串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)方式具有自然柔順性，生物力學(xué)類(lèi)似特性以及較好的緩沖功能等優(yōu)點(diǎn)，所以在仿生機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、外骨骼機(jī)器以及人機(jī)交互性較強(qiáng)的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)需要專(zhuān)門(mén)串聯(lián)一個(gè)柔性部件，整體結(jié)構(gòu)冗余，關(guān)節(jié)重量較大，結(jié)構(gòu)適應(yīng)性也較差，同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)精確的力控制，關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性與精度較差。因此，隨著柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)技術(shù)的發(fā)展，提高關(guān)節(jié)的適應(yīng)性、精度與穩(wěn)定性，此外配合柔性控制方法，可以有效的提高機(jī)器人的關(guān)節(jié)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)冗余、質(zhì)量大、空間適應(yīng)性差、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，而提供一種鋼絲傳動(dòng)串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。
[0004]本發(fā)明的一種鋼絲傳動(dòng)串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括支撐底板、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件和外部支撐殼體，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、行星減速器、支撐法蘭、換向小錐齒輪、傳動(dòng)鋼絲繩、換向大錐齒輪、小繩輪、大繩輪、大繩輪軸、輸出件、繩預(yù)緊裝置、兩個(gè)小繩輪支撐軸承和兩個(gè)大繩輪軸支撐軸承，輸出件由倒U型撥叉和輸出桿組成，倒U型撥叉的倒U型壁下端設(shè)有安裝槽，輸出桿設(shè)置在倒U型撥叉的上面，輸出桿與倒U型撥叉的一側(cè)倒U型壁正對(duì)，倒U型撥叉與輸出桿制成一體，行星減速器的輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端連接，行星減速器固定在支撐法蘭上，支撐法蘭固定在支撐底板上，換向小錐齒輪與行星減速器的輸出軸鍵連接，換向大錐齒輪與換向小錐齒輪嚙合，換向大錐齒輪與小繩輪鍵連接，小繩輪的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的小繩輪支撐軸承中，傳動(dòng)鋼絲繩的一端纏繞在小繩輪上，傳動(dòng)鋼絲繩的另一端繞過(guò)大繩輪后再繞回小繩輪上并固定在小繩輪上，大繩輪與大繩輪軸鍵連接，大繩輪軸的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的大繩輪軸支撐軸承中，大繩輪為輪輻式構(gòu)型，大繩輪的圓周上設(shè)有一平面，繩預(yù)緊裝置位于平面上方，繩預(yù)緊裝置和大繩輪的平面一端設(shè)置在倒U型撥叉的倒U型槽中，且大繩輪軸位于安裝槽中，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在支撐底板的一側(cè)端面上，外部支撐殼體扣合在支撐底板上，且輸出桿外露在支撐底板和外部支撐殼體的外面，兩個(gè)小繩輪支撐軸承和大繩輪軸支撐軸承分別支撐在相對(duì)應(yīng)的支撐底板1和外部支撐殼體上。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0006]一、本發(fā)明設(shè)計(jì)了輪輻式的大繩輪，利用其結(jié)構(gòu)自身輪輻的微變形實(shí)現(xiàn)串聯(lián)柔性，同時(shí)通過(guò)檢測(cè)輪輻的變形將大繩輪本身作為力矩傳感器，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的反向驅(qū)動(dòng)。通過(guò)“一件多用”的形式，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)的柔性驅(qū)動(dòng)與反向驅(qū)動(dòng)，提高了結(jié)構(gòu)的緊湊度。
[0007]二、本發(fā)明通過(guò)改變大繩輪的外圓形狀與輸出端相對(duì)于大繩輪的位置便可以調(diào)節(jié)所需的關(guān)節(jié)輸出運(yùn)動(dòng)范圍。
[0008]三、采用高速端齒輪加末端鋼絲繩傳動(dòng)的形式，提高輸出軸運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)減小齒輪組所受的載荷，減少了齒輪的級(jí)數(shù)與體積，整體上減輕了關(guān)節(jié)重量，也提高了整體結(jié)構(gòu)的緊湊性。
[0009]四、整體電機(jī)組件可以繞大錐齒輪的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)布置，同時(shí)大繩輪可以繞大繩輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)布置，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)外形的適應(yīng)性很強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的分解立體圖；
[0012]圖3是關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0013]圖4是驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、行星減速器3、支撐法蘭4、換向小錐齒輪5、換向大錐齒輪8、小繩輪9和兩個(gè)小繩輪支撐軸承6的連接關(guān)系示意圖；
[0014]圖5是傳動(dòng)鋼絲繩7、換向大錐齒輪8、小繩輪9、大繩輪10、大繩輪軸11、輸出件13、繩預(yù)緊裝置14、兩個(gè)小繩輪支撐軸承6和兩個(gè)大繩輪軸支撐軸承12的連接關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括支撐底板1、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件和外部支撐殼體15，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、行星減速器3、支撐法蘭4、換向小錐齒輪5、傳動(dòng)鋼絲繩7、換向大錐齒輪8、小繩輪9、大繩輪10、大繩輪軸11、輸出件13、繩預(yù)緊裝置14、兩個(gè)小繩輪支撐軸承6和兩個(gè)大繩輪軸支撐軸承12，輸出件13由倒U型撥叉13-1和輸出桿13-2組成，倒U型撥叉13-1的倒U型壁下端設(shè)有安裝槽13-1-1，輸出桿13-2設(shè)置在倒U型撥叉13-1的上面，輸出桿13-2與倒U型撥叉13-1的一側(cè)倒U型壁正對(duì)，倒U型撥叉13-1與輸出桿13-2制成一體，行星減速器3的輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出端連接，行星減速器3固定在支撐法蘭4上，支撐法蘭4固定在支撐底板1上，換向小錐齒輪5與行星減速器3的輸出軸鍵連接，換向大錐齒輪8與換向小錐齒輪5嚙合，換向大錐齒輪8與小繩輪9鍵連接，小繩輪9的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的小繩輪支撐軸承6中，傳動(dòng)鋼絲繩7的一端纏繞在小繩輪9上，傳動(dòng)鋼絲繩7的另一端繞過(guò)大繩輪10后再繞回小繩輪上并固定在小繩輪9上，即傳動(dòng)鋼絲繩7的兩個(gè)固定端都在小繩輪9上，大繩輪10與大繩輪軸11鍵連接，大繩輪軸11的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的大繩輪軸支撐軸承12中，大繩輪10為輪輻式構(gòu)型，大繩輪10的圓周上設(shè)有一平面10-1，繩預(yù)緊裝置14位于平面10-1上方，繩預(yù)緊裝置14和大繩輪10的平面10-1—端設(shè)置在倒U型撥叉13-1的倒U型槽中，且大繩輪軸11位于安裝槽13-1-1中，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在支撐底板1的一側(cè)端面上，外部支撐殼體15扣合在支撐底板1上，且輸出桿13-2外露在支撐底板1和外部支撐殼體15的外面，兩個(gè)小繩輪支撐軸承6和大繩輪軸支撐軸承12分別支撐在相對(duì)應(yīng)的支撐底板1和外部支撐殼體15上。
[0016]由于大繩輪10的輪輻式構(gòu)型，受到傳動(dòng)鋼絲繩7作用的外圈與輸出件13相連的內(nèi)圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有相對(duì)的微轉(zhuǎn)動(dòng)(即大繩輪10的輪輻變形)，從而使輸出具有柔性特點(diǎn)。
[0017]此外，通過(guò)檢測(cè)輪輻上的變形量可以得知大繩輪10的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即大繩輪10本身可以作為轉(zhuǎn)矩傳感器使用，從而經(jīng)過(guò)控制器可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的反向驅(qū)動(dòng)。
[0018]通過(guò)設(shè)計(jì)大繩輪10外圓的形狀與改變輸出件13在大繩輪10上的安裝位置可以調(diào)節(jié)輸出件13的所需轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0019]可以根據(jù)需求合理選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、行星減速器3、換向小錐齒輪5、換向大錐齒輪
8、小繩輪9、大繩輪10的配比，調(diào)整整體的傳動(dòng)比，進(jìn)而滿足負(fù)載輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩的需求。
[0020]驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、行星減速器3、支撐法蘭4、換向小錐齒輪5所組成整體的安裝位置可以繞換向大錐齒輪8的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)布置;小繩輪9相對(duì)于大繩輪10的安裝位置也可以繞大繩輪10的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)布置，因此，整體關(guān)節(jié)外形適應(yīng)性很強(qiáng)。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的小繩輪9上設(shè)有小繩輪螺旋槽9-1，小繩輪螺旋槽9-1的起始位置和末尾位置分別設(shè)有傳動(dòng)繩固定孔9-2。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施