CN110259906A - 一种双模式绳驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模式绳驱动器，包括控制器、支撑座和可相对支撑座转动的主轴，主轴上固定连接有轴套，一端套装有可沿主轴移动的同步轴套，主轴的另一端连接有第一动力装置，主轴靠近轴套的一端开设有至少两个供绳索穿过的第一通孔；同步轴套连接有驱动锁定装置，同步轴套上开设有至少两个供绳索穿过的第二通孔，驱动锁定装置驱动同步轴套相对轴套移动并锁定成两种状态模式；第一动力装置、驱动锁定装置电性连接控制器，在控制器的作用下，两种状态模式可自主转换。该驱动器集成度高、体积小、质量轻、结构简单、减速比大、动作速度快，能够满足对于驱动器的结构尺寸、质量、输出力、输出速度具有苛刻要求的机械。

Description

一种双模式绳驱动器

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，特别涉及一种双模式绳驱动器。

背景技术

传统的驱动装置为了实现较大的减速比不得不采用具有众多齿轮的减速箱对原动机的输出轴进行减速处理，虽然它能够满足增大减速比的要求，但是减速箱的存在使得驱动装置的体积与质量大大增加。这严重的阻碍了这类驱动装置在对于体积与质量具有限制的机械产品当中的应用。传统的绳索驱动器虽然满足了体积小、结构简单以及质量轻的要求，但是它的动作速度慢，这也限制了绳索驱动器作为驱动装置在机械产品中的应用。因此，如何设计出一种同时能够满足“体积小”、“质量轻”、“结构简单”、“减速比大”、“动作速度快”、“自动化程度高”的驱动装置一直是动力机械领域尤其是机器人驱动领域的一个研究的热点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双模式绳驱动器，集成度高、体积小、质量轻、结构简单、减速比大、动作速度快、自动化程度高，能够满足对于驱动器的结构尺寸、质量、输出力、输出速度具有苛刻要求的机械。

本发明采取的技术方案是：

一种双模式绳驱动器，包括控制器、支撑座和可相对所述支撑座转动的主轴，所述主轴上固定连接有轴套，所述主轴的一端套装有可沿所述主轴移动的同步轴套，所述主轴的另一端连接有第一动力装置，所述主轴靠近所述轴套的一端开设有至少两个供绳索穿过的第一通孔；所述同步轴套连接有驱动锁定装置，所述同步轴套上开设有至少两个供绳索穿过的第二通孔，所述驱动锁定装置驱动所述同步轴套相对所述轴套移动并锁定成两种状态，第一状态为所述同步轴套与所述轴套分离，所述同步轴套静止，所述主轴转动以带动绳索在所述轴套上缠绕；第二状态为所述同步轴套与所述轴套连接，所述主轴转动而驱动所述同步轴套转动，绳索在所述同步轴套的外部缠绕；所述第一动力装置、驱动锁定装置电性连接所述控制器。

进一步的，所述轴套的外径为绳索直径的五倍以上。

进一步的，所述驱动锁定装置包括丝杠、滑块和第二动力装置，所述丝杠连接所述第二动力装置，所述丝杠与所述滑块螺旋配合，所述同步轴套上设置有与所述滑块接触配合的法兰，所述滑块与所述法兰接触以实现推动和锁定所述同步轴套，所述第二通孔贯穿所述法兰，所述第二动力装置电性连接所述控制器。

进一步的，所述滑块上设置有凸出部和突出块，所述凸出部与所述法兰靠近所述轴套的端面抵接，以推动所述同步轴套远离所述轴套；所述突出块与所述法兰背离所述轴套的端面抵接，以推动所述同步轴套靠近所述轴套。

优选的，所述轴套朝向所述法兰的一端延伸有凸台，所述法兰相应位置开设有与所述凸台匹配的凹槽。

进一步的，所述支撑座下端设置有用于支撑所述丝杠的丝杠座，所述滑块朝向所述丝杠座的一端延伸有凸块，所述丝杠座上相应位置开设有与所述凸块匹配的导向槽。

进一步的，所述第二动力装置是第二电机，所述第二电机布置在所述丝杠座上，所述第二电机的电机轴通过联轴器与所述丝杠固定连接，所述第二电机电性连接所述控制器。

进一步的，所述主轴靠近所述轴套的一端周向延伸有圆盘，所述圆盘上周向均布有四个所述第一通孔。

进一步的，所述第一动力装置是第一电机，所述支撑座上设置有用于支撑所述第一电机的电机座，所述第一电机的电机轴穿过所述电机座，通过紧定螺钉与所述主轴固定连接，所述第一电机电性连接所述控制器。

进一步的，还包括安装座，所述控制器设置在所述安装座上，所述安装座上开设有安装槽，所述支撑座、丝杠座、电机座的一端嵌入所述安装槽，并通过螺钉固定连接；所述支撑座和所述丝杠座的另一端通过连接板固定连接。

上述技术方案的有益效果是：主轴上固定连接有轴套，一端套装有可沿所述主轴移动的同步轴套，主轴靠近轴套的一端开设有至少两个供绳索穿过的第一通孔，同步轴套上开设有至少两个供绳索穿过的第二通孔，该驱动器集成度高、体积小、质量轻、结构简单。两根绳索分别从第一通孔穿过，经轴套的外侧再从第二通孔穿过，控制器控制第一动力装置驱动主轴转动，使两根绳索缠绕在一起。控制器控制驱动锁定装置驱动同步轴套沿主轴相对轴套移动并锁定成两种状态模式，当同步轴套与轴套分离至驱动器的最右端时，同步轴套静止，主轴转动以带动绳索在轴套上发生缠绕，轴套半径较大，即绳索的缠绕半径增大，绳索将会快速的收缩，从而实现该驱动器快速动作的性能。当同步轴套与轴套连接时，主轴驱动同步轴套转动以带动绳索在同步轴套的外部发生缠绕，此时绳索的缠绕半径仅为绳索自身的半径，绳索的收缩速度会变得很慢，驱动器的减速比增大，这就使得在电机功率不变的条件下使得驱动器的输出力变得很大，从而实现了驱动器较大的输出力的性能要求。在控制器的作用下，两种状态模式可自主转换。上述技术方案中的驱动器，减速比大、动作速度快，能够满足对于驱动器的结构尺寸、质量、输出力、输出速度具有苛刻要求的机械。

附图说明

图1是本发明实施例的分解图；

图2是本发明实施例的整体结构示意图；

图3是本发明实施例的整体结构的剖视图；

图4是本发明实施例中轴套的结构示意图；

图5本发明实施例中主轴的结构示意图；

图6是本发明实施例中主轴的仰视图；

图7是图6的剖视图；

图8是本发明实施例中同步轴套的结构示意图；

图9是本发明实施例中同步轴套的一个角度的剖视图；

图10是本发明实施例中同步轴套的另一个角度的剖视图。

具体实施方式

以下结合优选实例及其附图对本发明的一种双模式绳驱动器的结构进行详细说明。

参考图1至图3所示，本发明实施例中的一种双模式绳驱动器，整体结构如下：包括控制器(图中未示出)、支撑座11和可相对支撑座11转动的主轴4，主轴4通过轴承安装在支撑座11上，轴承两端均设置有轴承挡板。主轴4上固定连接有轴套5，主轴4一端套装有可沿主轴4移动的同步轴套10，同步轴套10一端通过轴承与支撑座11连接，轴承两端均设置有轴承挡板。主轴4另一端连接有第一动力装置，第一动力装置与控制器电性连接，主轴4靠近轴套5的一端开设有四个供绳索穿过的第一通孔41；同步轴套10连接有驱动锁定装置，驱动锁定装置与控制器电性连接，同步轴套10上开设有两个供绳索穿过的第二通孔101，两根绳索分别从第一通孔41穿过，经轴套5的外侧再从第二通孔101穿过。控制器控制驱动锁定装置驱动同步轴套10沿主轴4相对轴套5移动并锁定成速度模式和力模式两种状态，当同步轴套10与轴套5分离至驱动器的最右端时，同步轴套10静止，主轴4转动以带动绳索在轴套5上发生缠绕；同步轴套10与轴套5连接时，主轴4驱动同步轴套10转动以带动绳索在同步轴套10的输出端发生缠绕。绳索在轴套5上发生缠绕时，由于轴套5具有较大的半径，所以在同步轴套10的外部的绳索将会快速的收缩，从而实现该驱动器在速度模式下快速动作的性能。绳索在同步轴套10的外部发生缠绕时，由于缠绕半径仅为绳索自身的半径，所以同步轴套10外部的绳索的收缩速度会变得很慢，但是由于此时驱动器具有很大的减速比，这就使得在电机功率不变的条件下使得驱动器的输出力变得很大，从而实现了力模式下具有较大的输出力的性能要求。

具体结构如下：

参考图4所示，轴套5侧面开设有两个与主轴4轴向垂直且贯穿轴套5的第一螺纹孔52，轴套5通过紧定螺钉与主轴4固定连接。第一螺纹孔52的数量可根据实际需要选择，只需保证轴套5与主轴4对中，轴套5跟随主轴4转动的过程中，不发生窜动即可。轴套5的外径为绳索直径的五倍以上，在本实施例中，轴套5的外径为绳索直径的八倍；轴套5朝向同步轴套10的一端周向均布延伸有两个凸台51。

参考图5至图7所示，主轴4靠近轴套5的一端周向延伸有圆盘42，四个第一通孔41周向均布在圆盘42上。在本实施例中，第一动力装置是第一电机3，第一电机3电性连接控制器，支撑座11上端通过螺钉固定连接有用于支撑第一电机3的电机座6，圆盘42中部开设有与第一电机3的电机轴匹配的连接孔44，圆盘42侧面开设有与连接孔44连通的第二螺纹孔43，第一电机3的电机轴穿过电机座6，插入连接孔44并通过紧定螺钉与主轴4固定连接。

参考图8至图10所示，同步轴套10中部开设有供主轴4的一端穿过的第三通孔102，两个第二通孔101均布在第三通孔102周围。主轴4与第三通孔102间隙配合。同步轴套10靠近轴套5的一端延伸有法兰103，两个第二通孔101贯穿法兰103。法兰103的端面在与凸台51相应的位置开设有与凸台51匹配且与第三通孔102连通的凹槽104。在本实施例中，凹槽104设置为腰型孔槽，称其为耦合槽，凸台51称之为耦合爪，为实现轴套5与法兰103的顺利耦合，也即是主轴4与同步轴套10的耦合，凸台51设有一定角度的倒角，并且该倒角两侧各具有一个倾角。主轴4穿过同步轴套10上的第三通孔102，同步轴套10在驱动锁定装置的作用下沿着主轴4移动，靠近或远离轴套5。当同步轴套10靠近轴套5时，通过凸台51与凹槽104耦合连接，同步轴套10跟随轴套5一起转动。

参考图1所示，驱动锁定装置包括丝杠18、滑块14和第二动力装置，丝杠18连接第二动力装置，第二动力装置电性连接控制器，第二动力装置驱动丝杠18转动，滑块14与丝杠18螺旋配合，滑块14与法兰103接触配合以推动同步轴套10移动和锁定同步轴套10。支撑座11下端通过螺钉固定连接有用于支撑丝杠18的丝杠座16，丝杠座16底端通过连接板17与支撑座11采用螺钉固定连接。

在本实施例中，第二动力装置是第二电机2，第二电机2电性连接控制器，丝杠座16上开设有与第二电机2外形匹配的弧形槽，第二电机2布置在弧形槽内，第二电机2的电机轴通过联轴器19与丝杠18固定连接。第二电机2驱动丝杠18转动，滑块14与丝杠18螺旋配合滑动。

滑块14上设置有凸出部141和突出块13，凸出部141与法兰103靠近轴套5的端面抵接，以推动同步轴套10远离轴套5；当滑块14推动同步轴套10至驱动器的最右端时，凸出部141与轴套5的端面抵接以锁紧同步轴套10。突出块13与法兰103背离轴套5的端面抵接，以推动同步轴套10靠近轴套5直至同步轴套10与轴套5耦合。当同步轴套10跟随轴套5转动的过程中，突出块13会与法兰103背离轴套5的端面接触产生滑动摩擦，会磨损法兰103且会增加第一电机3的损耗。在本实施例中，将突出块13设置为通过轴承螺钉12安装在滑块14上的轴承，轴承侧面与法兰103端面接触，以滚动摩擦取代滑动摩擦以达到减少法兰103磨损及降低第一电机3损耗的目的。

滑块14朝向丝杠座16的一端延伸有凸块142，丝杠座16上相应位置开设有与凸块142匹配的导向槽161，通过凸块142在导向槽161内滑动以保证滑块14的运行轨迹，防止发生偏移，也即是保证同步轴套10的运行轨迹。

该驱动器还包括用以进一步固定第一电机3和第二电机2的安装座1，控制器设置在安装座1上，安装座1上开设有安装槽111，电机座6、支撑座11、丝杠座16的一端嵌入安装槽111，并通过螺钉固定连接。

上述技术方案中的驱动器在速度模式和力模式之间的自主转换主要依靠控制器通过程序控制第二电机2的正反转来实现，第二电机2正转，驱动丝杠18顺时针转动，滑块14通过凸出部141推动同步轴套10向右移动与轴套5分离，并移动至驱动器的最右端，此时驱动器处于速度模式。第二电机2反转，驱动丝杠18逆时针转动，滑块14通过突出块13推动同步轴套10向左移动与轴套5接触耦合，此时驱动器处于力模式。绳索的缠绕或解绕主要依靠控制器通过程序控制第一电机3的正反转来实现。

上述技术方案中的驱动器具有体积小，质量轻，结构简单，机械效率高、自动化程度高的特点，不仅克服了带有减速箱的驱动装置所具有的体积大，质量大，结构复杂，能量损失较大的缺点；同时它又克服了传统的绳驱动器动作速度慢的缺点。该驱动器采用速度模式与力模式的结合，在保证了较大的输出力的同时具有了较快的动作速度。因此该驱动器适用于对体积、质量、输出力以及输出速度具有严格要求的场合，尤其适用于仿人多指灵巧手的嵌入式驱动设计

以上具体结构是对本发明的较佳实施例进行了具体的说明，但并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出种种的等同变形或者替换，这些等同的变形或者替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种双模式绳驱动器，其特征在于：包括控制器、支撑座(11)和可相对所述支撑座(11)转动的主轴(4)，所述主轴(4)上固定连接有轴套(5)，所述主轴(4)的一端套装有可沿所述主轴(4)移动的同步轴套(10)，所述主轴(4)的另一端连接有第一动力装置，所述主轴(4)靠近所述轴套(5)的一端开设有至少两个供绳索穿过的第一通孔(41)；所述同步轴套(10)连接有驱动锁定装置，所述同步轴套(10)上开设有至少两个供绳索穿过的第二通孔(101)，所述驱动锁定装置驱动所述同步轴套(10)相对所述轴套(5)移动并锁定成两种状态，第一状态为所述同步轴套(10)与所述轴套(5)分离，所述同步轴套(10)静止，所述主轴(4)转动以带动绳索在所述轴套(5)上缠绕；第二状态为所述同步轴套(10)与所述轴套(5)连接，所述主轴(4)转动而驱动所述同步轴套(10)转动，绳索在所述同步轴套(10)的外部缠绕；

所述第一动力装置、驱动锁定装置电性连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述轴套(5)的外径为绳索直径的五倍以上。

3.根据权利要求1所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述驱动锁定装置包括丝杠(18)、滑块(14)和第二动力装置，所述丝杠(18)连接所述第二动力装置，所述丝杠(18)与所述滑块(14)螺旋配合，所述同步轴套(10)上设置有与所述滑块(14)接触配合的法兰(103)，所述滑块(14)与所述法兰(103)接触以实现推动和锁定所述同步轴套(10)，所述第二通孔(101)贯穿所述法兰(103)，所述第二动力装置电性连接所述控制器。

4.根据权利要求3所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述滑块(14)上设置有凸出部(141)和突出块(13)，所述凸出部(141)与所述法兰(103)靠近所述轴套(5)的端面抵接，以推动所述同步轴套(10)远离所述轴套(5)；所述突出块(13)与所述法兰(103)背离所述轴套(5)的端面抵接，以推动所述同步轴套(10)靠近所述轴套(5)。

5.根据权利要求3所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述轴套(5)朝向所述法兰(103)的一端延伸有凸台(51)，所述法兰(103)相应位置开设有与所述凸台(51)匹配的凹槽(104)。

6.根据权利要求3所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述支撑座(11)下端设置有用于支撑所述丝杠(18)的丝杠座(16)，所述滑块(14)朝向所述丝杠座(16)的一端延伸有凸块(142)，所述丝杠座(16)上相应位置开设有与所述凸块(142)匹配的导向槽(161)。

7.根据权利要求6所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述第二动力装置是第二电机(2)，所述第二电机(2)布置在所述丝杠座(16)上，所述第二电机(2)的电机轴通过联轴器(19)与所述丝杠(18)固定连接，所述第二电机(2)电性连接所述控制器。

8.根据权利要求1所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述主轴(4)靠近所述轴套(5)的一端周向延伸有圆盘(42)，所述圆盘(42)上周向均布有四个所述第一通孔(41)。

9.根据权利要求1所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：所述第一动力装置是第一电机(3)，所述支撑座(11)上设置有用于支撑所述第一电机(3)的电机座(6)，所述第一电机(3)的电机轴穿过所述电机座(6)，通过紧定螺钉与所述主轴(4)固定连接，所述第一电机(3)电性连接所述控制器。

10.根据权利要求1或6或9所述的一种双模式绳驱动器，其特征在于：还包括安装座(1)，所述控制器设置在所述安装座(1)上，所述安装座(1)上开设有安装槽(111)，所述支撑座(11)、丝杠座(16)、电机座(6)的一端嵌入所述安装槽(111)，并通过螺钉固定连接；所述支撑座(11)和所述丝杠座(16)的另一端通过连接板(17)固定连接。