專利名稱：用于機械臂的鋼絲繩傳動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機械技術領域的裝置，具體的說，是一種用于機械臂的鋼絲繩傳動機構。
背景技術：
機械臂關節普遍采用電機、齒輪減速器、關節軸三者直接連接的傳動機構，這種傳動機構要求電機與齒輪減速器安裝在機械臂關節附近，機構簡單但是結構不緊湊，外觀不整潔。尤其突出的缺點是，在多關節機械臂中，下一級關節的電機與齒輪減速器等傳動裝置成為上一級關節的負載，提高了對機械臂動力和傳動元件的要求，由此造成整體重量和內部消耗的增加，降低了機械臂對外做功能力和效率。
經對現有技術的文獻檢索發現，廣瀨茂男等在日本《機器人學會志》(PP.1191，Vol.17，No.8，1999)上發表論文《Development of Quadruped Walking RobotTITAN-VIII for Commercially Available Research Platform》(作為研究平臺的普及型步行機器人TITAN-VIII的開發)中提出一種用于多關節機械臂的鋼絲繩傳動機構。該機構使用V形槽螺旋帶輪與普通帶輪配合，增加鋼絲繩的摩擦力，從而實現鋼絲繩的無滑動傳動。使用由兩段螺栓壓板構成的末端張緊力調節裝置，來調節鋼絲繩的傳動張緊力。該傳動機構將電機齒輪減速器等安裝到遠離機械臂關節處，避免了上述傳動元件成為負載，從而降低了整體重量提高了機械臂的對外做功能力。該機構的不足之處在于V形槽螺旋帶輪與普通帶輪配合的傳動結構造成鋼絲繩在工作狀態有效長度發生細微變化，改變張緊力的大小甚至使鋼絲繩出現松弛，破壞機構的剛性，從而影響機械臂末端的執行精度。兩段螺栓壓板構成的末端張緊力調節裝置，只能在鋼絲繩末端調整鋼絲繩的張力，在很大程度上不能反映鋼絲繩傳動過程中的有效張力大小。

發明內容
本發明針對以往使用鋼絲繩傳動的機械臂機構存在的鋼絲繩有效長度變化甚至松弛導致機械臂末端的執行精度不易控制，且張緊力調節裝置安裝在鋼絲繩末端不能很好地控制鋼絲繩張緊的問題，提供一種用于機械臂的鋼絲繩傳動機構。本發明具有結構簡單重量輕、鋼絲繩傳動有效長度不發生變化、可以的方便的對鋼絲繩張緊力進行調節從而提高機械臂末端的執行精度等特點，解決使用鋼絲繩傳動機械臂的末端執行精度等問題。
本發明是通過以下技術方案來實現的。本發明包括小臂驅動軸、大臂驅動軸、軸承蓋、軸承、鋼絲繩、鋼絲繩張緊裝置、大臂、小臂、小臂從動軸。大臂和小臂的橫截面都為中空筒狀，小臂驅動軸設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，小臂驅動軸兩端通過軸承安裝在大臂根部，軸線與大臂的長度方向保持垂直并使小臂驅動軸的V形槽處于大臂內部。大臂驅動軸固定在大臂根部，與小臂驅動軸保持同軸。軸承蓋固定在大臂根部，保證軸承與大臂的位置關系。小臂從動軸也設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，V形槽的直徑、旋向和導程分別與小臂驅動軸的V形槽直徑、旋向和導程相同，小臂從動軸與小臂根部固定連接，兩端通過軸承安裝在大臂頂部，小臂從動軸的軸線與小臂驅動軸的軸線保持平行。小臂從動軸的V形槽處于大臂和小臂的內部。鋼絲繩纏繞在小臂驅動軸和小臂從動軸的V形槽之間并且保持張緊狀態，鋼絲繩的端部固定在小臂上。
所述的鋼絲繩張緊裝置包括兩個固定塊、兩個張緊調整棒、調整螺栓。鋼絲繩張緊裝置整體安裝在大臂內部小臂驅動軸和小臂從動軸之間，用來調節鋼絲繩的張緊力。兩個固定塊固定安裝在大臂內部，兩個張緊調整棒安裝在兩個固定塊之間，可以沿固定塊的滑道滑動。調整螺栓一端安裝在固定塊上，一端連接張緊調整棒。擰動調整螺栓可以改變張緊調整棒和固定塊之間的相對位置關系，從而實現鋼絲繩的張緊力調整。
本發明的鋼絲繩纏繞在小臂驅動軸和小臂從動軸的V形槽之間，通過靜摩擦力確保鋼絲繩的牽引力，兩個V形槽的直徑、旋向和導程分別相同。因此，在小臂驅動軸旋轉通過鋼絲繩牽引帶動小臂從動軸以及小臂轉動的過程中，鋼絲繩分別沿小臂驅動軸和小臂從動軸的V形槽嚙入和嚙出相等的長度，即鋼絲繩的有效長度不發生變化。這保證了本發明的鋼絲繩驅動機構在運轉過程中不會發生鋼絲繩松弛等問題，可以實現較高的機械臂末端運動精度。
本發明的另外一個特點是在小臂驅動軸和小臂從動軸之間，也就是在鋼絲繩的有效長度區間內安裝鋼絲繩張緊裝置。鋼絲繩張緊裝置直接調節鋼絲繩傳動過程的有效張力，從而解決了在鋼絲繩末端調節張緊力所存在的問題。銅絲繩張緊裝置的調整螺栓設計也實現了方便簡易的張緊力調節。
本發明的鋼絲繩傳動機構減輕了機械臂內部負載消耗，提高了對外輸出效率，同時解決了一般鋼絲繩傳動機構的弱剛性、末端運動精度不高等問題，結構上盡可能的減輕了整體的重量，使外觀簡明整潔。


圖1為本發明結構示意2為本發明鋼絲繩張緊裝置結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例是在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括小臂驅動軸1、大臂驅動軸2、第一軸承3、第二軸承4、軸承蓋5、鋼絲繩6、大臂7、鋼絲繩張緊裝置8、第三軸承9、第四軸承10、小臂11、小臂從動軸12。大臂7和小臂11的橫截面都為中空筒狀。小臂驅動軸1與小臂從動軸12都設計有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩。
各部件相互連接關系為小臂驅動軸1兩端通過第一軸承3和第二軸承4安裝在大臂7根部，軸線與大臂7的長度方向保持垂直并使小臂驅動軸1的V形槽處于大臂7中空筒狀內部。大臂驅動軸2固定在大臂7根部，與小臂驅動軸1保持同軸。軸承蓋5固定在大臂7根部，保證第一軸承3與大臂7的位置關系。小臂從動軸12與小臂11根部固定連接，兩端通過第三軸承9和第四軸承10安裝在大臂7頂部，小臂從動軸12的軸線與小臂驅動軸1的軸線保持平行。小臂從動軸12的V形槽處于大臂7和小臂11的中空筒狀內部。鋼絲繩6纏繞在小臂驅動軸1和小臂從動軸12的V形槽之間并且保持張緊狀態，鋼絲繩6的末端固定在小臂11上。鋼絲繩張緊裝置8整體安裝在大臂7內部小臂驅動軸1和小臂從動軸12之間，用來調節鋼絲繩6的張緊力。
大臂驅動軸2直接帶動大臂7轉動。小臂驅動軸1通過鋼絲繩6帶動小臂從動軸12以及小臂11相對于大臂7轉動，由此實現鋼絲繩傳動的機械臂。
圖2為鋼絲繩張緊裝置8結構示意圖。所述的鋼絲繩張緊裝置8，包括兩個固定塊13和14、第一張緊調整棒15、第二張緊調整棒16、第一調整螺栓17、第二調整螺栓18、第三調整螺栓19、第四調整螺栓20。各部件相互連接關系為兩個固定塊13和14固定安裝在大臂7中空筒狀內部、兩個張緊調整棒15和16安裝在兩個固定塊13和14之間，可以沿兩個固定塊13和14共同提供的滑道滑動，并且與鋼絲繩6保持接觸。第一調整螺栓17、第二調整螺栓18一端安裝在兩個固定塊上，另一端連接第二張緊調整棒16。擰動第一調整螺栓17、第二調整螺栓18可以改變第二張緊調整棒16的位置，從而實現鋼絲繩6的單邊張緊力調整。同樣，第三調整螺栓19、第四調整螺栓20一端安裝在兩個固定塊上，另一端連接第一張緊調整棒15。擰動第三調整螺栓19、第四調整螺栓20可以改變第一張緊調整棒15的位置，從而實現鋼絲繩6的另一邊張緊力調整。需要加大鋼絲繩6的張緊力時，只需要順時針擰動相關調整螺栓，使得相應的張緊調整棒推動鋼絲繩，由此增加調整螺栓的拉力實現簡便的鋼絲繩傳動的雙邊張緊力調整。
權利要求
1.一種用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，包括小臂驅動軸、大臂驅動軸、軸承蓋、軸承、鋼絲繩、鋼絲繩張緊裝置、大臂、小臂、小臂從動軸，其特征在于，大臂和小臂的橫截面都為中空筒狀，小臂驅動軸設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，小臂驅動軸兩端通過軸承設置在大臂根部，大臂驅動軸固定在大臂根部，軸承蓋固定在大臂根部；小臂從動軸也設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，小臂從動軸與小臂根部固定連接，兩端通過軸承設置在大臂頂部；鋼絲繩纏繞在小臂驅動軸和小臂從動軸的V形槽之間并且保持張緊狀態，鋼絲繩的端部固定在小臂上，鋼絲繩張緊裝置整體設置在大臂內部、小臂驅動軸和小臂從動軸之間。
2.根據權利要求1所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的小臂從動軸的軸線與小臂驅動軸的軸線保持平行，所述的大臂驅動軸與小臂驅動軸保持同軸。
3.根據權利要求1或2所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的小臂驅動軸和小臂從動軸，兩者的V形槽的直徑、旋向和導程分別相同。
4.根據權利要求1或2所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的小臂驅動軸的軸線與大臂的長度方向保持垂直并使小臂驅動軸的V形槽處于大臂中空筒狀內部。
5.根據權利要求1所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的小臂從動軸的V形槽處于大臂和小臂的中空筒狀內部。
6.根據權利要求1所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的鋼絲繩張緊裝置包括兩個固定塊、兩個張緊調整棒、調整螺栓，兩個固定塊固定設置在大臂中空筒狀內部，兩個張緊調整棒設置在兩個固定塊之間；調整螺栓一端設置在固定塊上，另一端連接張緊調整棒。
7.根據權利要求6所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的兩個張緊調整棒沿固定塊的滑道滑動。
8.根據權利要求6所述的用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，其特征是，所述的兩個張緊調整棒與鋼絲繩保持壓力接觸，調整螺栓與張緊調整棒之間的拉力與鋼絲繩傳動過程的有效張力相平衡實現鋼絲繩有效張力的調整。
全文摘要
一種用于機械臂的鋼絲繩傳動機構，屬于機械技術領域。本發明中，大臂和小臂的橫截面都為中空筒狀；小臂驅動軸設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，小臂驅動軸兩端通過軸承安裝在大臂根部，大臂驅動軸固定在大臂根部，與小臂驅動軸保持同軸；小臂從動軸也設有V形槽結構用來纏繞鋼絲繩，與小臂根部固定連接，兩端通過軸承安裝在大臂頂部，鋼絲繩纏繞在小臂驅動軸和小臂從動軸的V形槽之間并且保持張緊狀態，鋼絲繩的端部固定在小臂上；鋼絲繩張緊裝置整體安裝在大臂內部、小臂驅動軸和小臂從動軸之間。本發明減輕了機械臂內部負載消耗，同時提高了鋼絲繩傳動機構的剛性、末端運動精度，結構上減輕了整體的重量，外觀簡明整潔。
文檔編號F16H7/08GK1995777SQ20061014722
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者陶俊, 袁建軍, 張偉軍, 頓向明 申請人:上海交通大學