一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构的制作方法

本实用新型涉及机器人关节驱动机构，特别是一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构。

背景技术：

绳索牵引机器人是采用柔性绳索和刚性机架组成的一类刚柔耦合机构，采用全分布柔度绳索代替刚性连杆传递力和运动。由于绳索只能受拉力而不能受推力，为了机构的稳定，一般采用冗余驱动或并联方式，而绳索牵引机器人往往便是并联机器人；绳索牵引并联机器人有并联机器人的优点外，还有机构结构轻，运动惯量小，高载荷-质量比，工作空间大，能用于一些特殊与危险的地方等优点。

绳索牵引并联机器人除了静平台与动平台是刚性以外，均采用柔性绳索传动，多根绳索同时连接到末端，通过改变绳索长度，合成末端运动。因此，驱动端的收/放线精度，对机器人末端定位精度影响较大。目前绳索牵引机器人的驱动端一般采用绕线轮的方式收/放线，绕线轮的旋转运动，使驱动线在绕线轮的圆周上变成驱动长度；为了控制精度，必须保证旋转半径的一致，但由于绳索存在柔性，难于控制，必须增加额外的排线机构，对收/放线进行整齐排列。额外的排线机构使得绳索机器人驱动端体积较大，结构臃肿，并增加额外的控制负担，例如要多控制一个绕线排线电动机等，增加了成本，降低了系统可靠性。

绳索牵引机器人驱动端绕线轮半径必须在绕线过程中保持一致，才能保证精度，并且需要排线，使得绕线轮需要具备平动和转动两个自由度，其中平动螺距需要和绳宽一致，才能保证绕线整齐划一。目前绳索牵引机器人驱动端机构存在如下不足：

1、绕线和排线分开控制，需要额外的电动机与传动机构；

2、即使采用一个电动机驱动，但旋转运动与平动运动机构分开，对安装要求高；

3、驱动端体积大，结构不紧凑，难于实现小型化；

4、绕线轮表面光滑无约束槽，排线间距不一。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构，将丝杆固定不动，采用电动机带动丝杆螺母螺旋运动的方式实现单电动机、等节距收/放线与排线，绳索牵引机器人驱动端收/放线旋转半径一致，从而保证绳索牵引机器人驱动端精度，结构紧凑，成本低。

本实用新型采用如下技术方案实现：一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构，包括丝杆固定支架部分与绕线轮运动部分；

丝杆固定支架部分包括驱动电动机、支撑柱、丝杆固定块及丝杆；驱动电动机通过支撑柱与丝杆固定块连接，形成外部支架；丝杆固定连接在丝杆固定块上；

绕线轮运动部分包括第一旋转法兰、第二旋转法兰、光轴、直线轴承、螺旋绕线轮及丝杆螺母，第一旋转法兰与驱动电动机固定连接，第一旋转法兰通过光轴与第二旋转法兰固定连接形成内部支架，第一旋转法兰和第二旋转法兰分别嵌有两个旋转轴承并套接在丝杆轴肩两端，内部支架通过两个旋转轴承与外部支架组成转动副；丝杆螺母与螺旋绕线轮的同轴线固定连接，并在螺旋绕线轮中嵌入直线轴承，丝杆螺母与丝杆组合成螺旋副，直线轴承与光轴组成滑动副；

驱动电动机旋转运动带动内部支架运动，内部支架上的光轴产生扭矩，丝杆固定不动，螺旋绕线轮带动丝杆螺母在丝杆上实现同时转动和平动的螺旋运动。

所述螺旋绕线轮上设有与线宽一致的螺旋线开槽。螺旋线开槽截面为半圆形。

本专利相对于现有技术具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型包括丝杆固定支架部分与螺旋绕线轮运动部分，具备同时绕线和排线的功能；并通过电动机作为动力，改变现有技术中丝杆旋转运动、丝杆螺母平移运动的常规丝杆使用方式，而是将丝杆固定不动，采用电动机带动丝杆螺母螺旋运动的方式，实现绳索牵引机器人驱动关节的等节距、等半径收/放线，即在收/放线的时候螺旋绕线轮绕线半径始终不变，可保证绳索牵引机器人驱动端的精度。

2、本实用新型与常规绕线机构相比，将旋转运动与平动运动均集成在一个机构上，绕线和排线机构同轴线安装，只用一个电动机驱动即可实现排线和绕线，结构更加紧凑，所需零件更少，节约成本和空间，易于集成到机器人驱动控制系统中。

3、本实用新型螺旋绕线轮表面有螺旋线槽，可被动自适应绳索排布，降低安装要求，排线间距整齐划一。

4、本实用新型收/放线导线轮可在丝杆螺母运动行程内任意位置安放，不会影响排线绕线效果。

附图说明

图1是一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构结构示意图；

图2是绕线轮运动部分示意图；

图3是丝杆固定支架部分示意图；

图4是配合收/放线导线轮的使用状态图；

图中：1-第二旋转法兰，2-丝杆，3-直线轴承，4-光轴，5-第一旋转法兰，6-驱动电动机，7-旋转轴承，8-螺旋绕线轮，9-丝杆螺母，10-支撑柱，11-丝杆固定块，12-收/放线导线轮，13-驱动绳索。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-3所示，本实用新型用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构，包括丝杆固定支架部分与绕线轮运动部分。

其中，丝杆固定支架部分包括：驱动电动机6、支撑柱10、丝杆固定块11及丝杆2，本实施例中支撑柱设有四根。

驱动电动机6为42步进电动机，运动分辨率为25600pulse/round，通过四根直径5mm的支撑柱10与丝杆固定块11通过螺钉连接，形成外部支架；丝杆固定块11中部有丝杆安装孔，丝杆2的端部带有平边，丝杆2采用螺钉顶住平边的方式固定连接在丝杆固定块11上。整个丝杆固定支架部分下部分是驱动电动机6，上部分是丝杆固定块11，与四根支撑柱10形成框架，整个丝杆固定支架部分相对整个机构而言为静止状态，无相对运动。

绕线轮运动部分包括：第一旋转法兰5、第二旋转法兰1、光轴4、直线轴承3、螺旋绕线轮8及丝杆螺母9。

第一旋转法兰5与驱动电动机6固定连接，第一旋转法兰5通过四根3mm直径的光轴4与第二旋转法兰1固定连接形成内部支架。第一旋转法兰5和第二旋转法兰1分别嵌有两个旋转轴承7套接在丝杆2的轴肩两端，丝杆2与丝杆固定块11静止不动，内部支架通过两个旋转轴承7与外部支架组成转动副；导程为2mm的丝杆螺母9与带有2mm螺距的螺旋绕线轮8的同轴线通过螺钉固定连接，并在螺旋绕线轮8中嵌入四个3mm内径的直线轴承3，丝杆螺母9与丝杆2组合成螺旋副，直线轴承3与光轴4组成滑动副，可以边旋转边平移。

驱动电动机6的输出轴与第一旋转法兰5同轴线固定连接，驱动电动机旋转运动带动内部支架运动，内部支架上的四根光轴产生扭矩，丝杆2固定不动，螺旋绕线轮8带动固定连接的丝杆螺母9在丝杆上实现同时转动和平动的螺旋运动，转动运动用于绕线，平动运动用于排线，绕线与排线动作耦合，同时完成。光轴4与直线轴承3之间存在同时转动和平动的螺旋运动。

在本实施例中，丝杆2与丝杆螺母9配套，丝杆为导程为2mm的梯形丝杆，并带有消隙弹簧；所述3mm光轴4与直线轴承3配套；所述螺旋绕线轮8具有8圈的绕线长度，可收/放约800mm长、直径为2mm的绳索。

在本实施例中，螺旋绕线轮8上有2mm直径的半圆形螺旋线开槽，与所用绳索线径一致，在丝杆螺母9带动螺旋绕线轮8做同时转动和平动的螺旋运动时，即在排线绕线过程中，使绳索自适应的嵌入上述槽中，具有一定的容错性，螺旋线开槽能保证绕线后间距一致。线宽，丝杆导程，绕线轮有效半径，电机旋转角度等关系如下：

式中：L是收/放线长度，单位mm；α是电机旋转角度，单位^o；R是绕线轮有效半径，单位mm；

D＝d＝n (2)

式中：D是丝杆导程，单位mm/round；d是绕线轮螺距，单位mm/round；n是线径，单位mm。

也就是说，本实施例中，螺旋绕线轮8的螺旋运动由内部支架上的四根光轴4产生扭矩而传递；驱动电动机6旋转，带动第一旋转法兰5旋转，从而使光轴4在螺旋绕线轮8上产生扭矩，实现以丝杆2为中心的径向旋转，并与直线轴承3在轴向上实现滑动；螺旋绕线轮8内嵌套的直线轴承3相对于光轴4同时存在转动和平动两种运动，同时实现排线和绕线。如图4所示，收/放线导线轮12可在丝杆螺母9运动行程内任意位置安放，不会影响排线绕线效果。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。