一种改进的正弦加速度凸轮锁紧机构的制作方法

本发明涉及一种改进的正弦加速度凸轮锁紧机构。

背景技术：

自20世纪90年代以来，自重构细胞机器人在美国和日本得到了迅速发展，多个基于不同连接方式的自重构细胞机器人，相继被提出。主要的连接方式为销孔式、钩爪式和尼龙搭扣式。销孔式依靠锥孔和锥销的相互嵌套卡入，实现两个连接面的连接分离；钩爪式依靠微型电机带动钩爪移动，实现连接面的锁紧连接；尼龙搭扣式依靠转动的摇臂形搭扣与前一单元的尾部实现粘连。但这种三种连接方式的主被动连接面互换性较差，且加工复杂，不利于细胞机器人的自重构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改进的正弦加速度凸轮锁紧机构。

基本技术方案是：改进的正弦加速度凸轮锁紧机构由伺服电机，l型板，支撑板，传动轴，凸轮，不完全锥齿轮，十字导轨，滑块，导轨支杆，弹簧，沟槽锥齿轮，连接面，凸台组成。伺服电机借助l型板与支撑板相连，作为锁紧机构的源动力装置。传动轴与伺服电机相连，凸轮和不完全锥齿轮同轴安装，通过改变伺服电机的通电相序，为连接面之间的连接断开提供动力。凸轮与十字导轨表面相接触，凸轮遵循改进的正弦加速度运动规律，通过凸轮转动，驱动十字导轨向前移动。滑块与导轨支杆相连构成导轨组件，导轨支杆安装在十字导轨滑槽中，十字导轨可带动导轨组件做直线运动。弹簧安装在支撑板与十字导轨之间，在导轨组件运动中起限位阻尼的作用。沟槽锥齿轮安装在支撑板上，借助沟槽锥齿轮上的正弦形沟槽，导轨支杆始终与正弦形沟槽相切，通过沟槽锥齿轮的转动，可带动导轨组件径向移动。连接面通过凸台与支撑板相连，形成与外部连接单元锁紧的连接面结构。

本发明的有益效果是：

1.本机构所采用的连接方式为纯机械式连接，连接强度和刚度较大，受环境影响较小，适用于复杂的空间环境下工作。

2.本机构所设计的凸轮运动规律为改进的正弦加速度，此种运动规律最大速度和最大加速度的值都有所减小，即所受的冲击力可以降到最低，非常适用于自重构机器人的连接锁紧。

3.本机构沟槽锥齿轮上的槽沟为正弦曲线式，且在槽沟的起点和终点处导轨支杆与槽沟的切线方向垂直，具有一定的自锁能力，保证了连接的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本机构进一步说明。

附图1：凸轮锁紧机构整体示意图

附图2：凸轮锁紧机构局部放大图

附图3：凸轮锁紧机构锁紧位置图

图中：1伺服电机，2l型板，3支撑板，4传动轴，5凸轮，6不完全锥齿轮，7十字导轨，8滑块，9导轨支杆，10弹簧，11沟槽锥齿轮，12连接面，13凸台。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的结构组成如图1、图2和图3所示。改进的正弦加速度凸轮锁紧机构由伺服电机（1），l型板（2），支撑板（3），传动轴（4），凸轮（5），不完全锥齿轮（6），十字导轨（7），滑块（8），导轨支杆（9），弹簧（10），沟槽锥齿轮（11），连接面（12），凸台（13）组成。伺服电机（1）借助l型板（2）与支撑板（3）相连，作为锁紧机构的源动力装置。传动轴（4）与伺服电机（1）相连，凸轮（5）和不完全锥齿轮（6）同轴安装，通过改变伺服电机（1）的通电相序，为连接面之间的连接断开提供动力。凸轮（5）与十字导轨（7）表面相接触，凸轮（5）遵循改进的正弦加速度运动规律，通过凸轮（5）转动，驱动十字导轨（7）向前移动。滑块（8）与导轨支杆（9）相连构成导轨组件，导轨支杆（9）安装在十字导轨（7）滑槽中，十字导轨（7）可带动导轨组件做直线运动。弹簧（10）安装在支撑板（3）与十字导轨（7）之间，在导轨组件运动中起限位阻尼的作用。沟槽锥齿轮（11）安装在支撑板（3）上，借助沟槽锥齿轮（11）上的正弦形沟槽，导轨支杆（9）始终与正弦形沟槽相切，通过沟槽锥齿轮（11）的转动，可带动导轨组件径向移动。连接面（12）通过凸台（13）与支撑板（3）相连，形成与外部连接单元锁紧的连接面（12）结构。

本发明工作过程如下：

工作时，首先当锁紧机构的连接面（12）与外部连接单元的连接面（12）相互贴紧时，伺服电机（1）带动安装在传动轴（4）上的一对凸轮（5）和不完全锥齿轮（6）同步转动，凸轮（5）开始进入推程阶段，凸轮（5）遵循改进的正弦加速度运动规律推动前端的十字导轨（7）以及安装在十字导轨（7）滑槽中的四组导轨组件向前移动，移动过程中弹簧（10）不断压缩起到限位阻尼作用，此即为直线驱动过程。然后为了保证机构连接过渡的平稳性，需经过一段过渡时间后开始转动驱动过程，不完全锥齿轮（6）的有齿区到达与沟槽锥齿轮（11）啮合的位置，沟槽锥齿轮（11）开始转动，并通过正弦形沟槽带动四组导轨组件沿连接面（12）径向移动，沟槽锥齿轮（11）转动时凸轮（5）一直处于远休止状态，当滑块（8）到达正弦形沟槽终点时，导轨组件同时被正弦形沟槽锁住，伺服电机（1）制动，连接过程完成。最后当连接面（12）需要断开时，伺服电机（1）反转，在沟槽锥齿轮（11）的带动下，四组导轨组件沿连接面（12）的径向沟槽向连接面（12）中心位置靠拢，到达正弦形沟槽的始端位置后；在凸轮（5）与弹簧（10）的共同作用下，四组导轨组件从连接面（12）以外缩回，回到初始位置，完成分离断开工作。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种改进的正弦加速度凸轮锁紧机构，主要由伺服电机，支撑板，传动轴，凸轮，不完全锥齿轮，十字导轨，导轨支杆，沟槽锥齿轮，连接面等组成。其中,伺服电机作为锁紧机构的源动力装置与传动轴相连,凸轮和不完全锥齿轮同轴安装，为连接面之间的连接断开提供动力。凸轮与十字导轨表面相接触，通过凸轮转动，驱动十字导轨以正弦加速度运动规律向前移动。导轨支杆安装在十字导轨滑槽中，并与滑块相连构成导轨组件，导轨组件可做直线运动。带有正弦形沟槽的沟槽锥齿轮安装在支撑板上，导轨支杆始终与正弦形沟槽相切，沟槽锥齿轮的转动，可带动导轨组件径向移动。连接面通过凸台与支撑板相连，形成与外部连接单元锁紧的连接面结构。

技术研发人员：戴野;魏文强;张瀚博;齐云杉;尹相茗
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2018.09.20
技术公布日：2018.11.30