专利名称：用于机械臂的钢丝绳传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机械技术领域的装置，具体的说，是一种用于机械臂的钢丝绳传动机构。
背景技术：
机械臂关节普遍采用电机、齿轮减速器、关节轴三者直接连接的传动机构，这种传动机构要求电机与齿轮减速器安装在机械臂关节附近，机构简单但是结构不紧凑，外观不整洁。尤其突出的缺点是，在多关节机械臂中，下一级关节的电机与齿轮减速器等传动装置成为上一级关节的负载，提高了对机械臂动力和传动元件的要求，由此造成整体重量和内部消耗的增加，降低了机械臂对外做功能力和效率。
经对现有技术的文献检索发现，广濑茂男等在日本《机器人学会志》(PP.1191，Vol.17，No.8，1999)上发表论文《Development of Quadruped Walking RobotTITAN-VIII for Commercially Available Research Platform》(作为研究平台的普及型步行机器人TITAN-VIII的开发)中提出一种用于多关节机械臂的钢丝绳传动机构。该机构使用V形槽螺旋带轮与普通带轮配合，增加钢丝绳的摩擦力，从而实现钢丝绳的无滑动传动。使用由两段螺栓压板构成的末端张紧力调节装置，来调节钢丝绳的传动张紧力。该传动机构将电机齿轮减速器等安装到远离机械臂关节处，避免了上述传动元件成为负载，从而降低了整体重量提高了机械臂的对外做功能力。该机构的不足之处在于V形槽螺旋带轮与普通带轮配合的传动结构造成钢丝绳在工作状态有效长度发生细微变化，改变张紧力的大小甚至使钢丝绳出现松弛，破坏机构的刚性，从而影响机械臂末端的执行精度。两段螺栓压板构成的末端张紧力调节装置，只能在钢丝绳末端调整钢丝绳的张力，在很大程度上不能反映钢丝绳传动过程中的有效张力大小。
发明内容
本发明针对以往使用钢丝绳传动的机械臂机构存在的钢丝绳有效长度变化甚至松弛导致机械臂末端的执行精度不易控制，且张紧力调节装置安装在钢丝绳末端不能很好地控制钢丝绳张紧的问题，提供一种用于机械臂的钢丝绳传动机构。本发明具有结构简单重量轻、钢丝绳传动有效长度不发生变化、可以的方便的对钢丝绳张紧力进行调节从而提高机械臂末端的执行精度等特点，解决使用钢丝绳传动机械臂的末端执行精度等问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的。本发明包括小臂驱动轴、大臂驱动轴、轴承盖、轴承、钢丝绳、钢丝绳张紧装置、大臂、小臂、小臂从动轴。大臂和小臂的横截面都为中空筒状，小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承安装在大臂根部，轴线与大臂的长度方向保持垂直并使小臂驱动轴的V形槽处于大臂内部。大臂驱动轴固定在大臂根部，与小臂驱动轴保持同轴。轴承盖固定在大臂根部，保证轴承与大臂的位置关系。小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，V形槽的直径、旋向和导程分别与小臂驱动轴的V形槽直径、旋向和导程相同，小臂从动轴与小臂根部固定连接，两端通过轴承安装在大臂顶部，小臂从动轴的轴线与小臂驱动轴的轴线保持平行。小臂从动轴的V形槽处于大臂和小臂的内部。钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳的端部固定在小臂上。
所述的钢丝绳张紧装置包括两个固定块、两个张紧调整棒、调整螺栓。钢丝绳张紧装置整体安装在大臂内部小臂驱动轴和小臂从动轴之间，用来调节钢丝绳的张紧力。两个固定块固定安装在大臂内部，两个张紧调整棒安装在两个固定块之间，可以沿固定块的滑道滑动。调整螺栓一端安装在固定块上，一端连接张紧调整棒。拧动调整螺栓可以改变张紧调整棒和固定块之间的相对位置关系，从而实现钢丝绳的张紧力调整。
本发明的钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间，通过静摩擦力确保钢丝绳的牵引力，两个V形槽的直径、旋向和导程分别相同。因此，在小臂驱动轴旋转通过钢丝绳牵引带动小臂从动轴以及小臂转动的过程中，钢丝绳分别沿小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽啮入和啮出相等的长度，即钢丝绳的有效长度不发生变化。这保证了本发明的钢丝绳驱动机构在运转过程中不会发生钢丝绳松弛等问题，可以实现较高的机械臂末端运动精度。
本发明的另外一个特点是在小臂驱动轴和小臂从动轴之间，也就是在钢丝绳的有效长度区间内安装钢丝绳张紧装置。钢丝绳张紧装置直接调节钢丝绳传动过程的有效张力，从而解决了在钢丝绳末端调节张紧力所存在的问题。铜丝绳张紧装置的调整螺栓设计也实现了方便简易的张紧力调节。
本发明的钢丝绳传动机构减轻了机械臂内部负载消耗，提高了对外输出效率，同时解决了一般钢丝绳传动机构的弱刚性、末端运动精度不高等问题，结构上尽可能的减轻了整体的重量，使外观简明整洁。
图1为本发明结构示意2为本发明钢丝绳张紧装置结构示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括小臂驱动轴1、大臂驱动轴2、第一轴承3、第二轴承4、轴承盖5、钢丝绳6、大臂7、钢丝绳张紧装置8、第三轴承9、第四轴承10、小臂11、小臂从动轴12。大臂7和小臂11的横截面都为中空筒状。小臂驱动轴1与小臂从动轴12都设计有V形槽结构用来缠绕钢丝绳。
各部件相互连接关系为小臂驱动轴1两端通过第一轴承3和第二轴承4安装在大臂7根部，轴线与大臂7的长度方向保持垂直并使小臂驱动轴1的V形槽处于大臂7中空筒状内部。大臂驱动轴2固定在大臂7根部，与小臂驱动轴1保持同轴。轴承盖5固定在大臂7根部，保证第一轴承3与大臂7的位置关系。小臂从动轴12与小臂11根部固定连接，两端通过第三轴承9和第四轴承10安装在大臂7顶部，小臂从动轴12的轴线与小臂驱动轴1的轴线保持平行。小臂从动轴12的V形槽处于大臂7和小臂11的中空筒状内部。钢丝绳6缠绕在小臂驱动轴1和小臂从动轴12的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳6的末端固定在小臂11上。钢丝绳张紧装置8整体安装在大臂7内部小臂驱动轴1和小臂从动轴12之间，用来调节钢丝绳6的张紧力。
大臂驱动轴2直接带动大臂7转动。小臂驱动轴1通过钢丝绳6带动小臂从动轴12以及小臂11相对于大臂7转动，由此实现钢丝绳传动的机械臂。
图2为钢丝绳张紧装置8结构示意图。所述的钢丝绳张紧装置8，包括两个固定块13和14、第一张紧调整棒15、第二张紧调整棒16、第一调整螺栓17、第二调整螺栓18、第三调整螺栓19、第四调整螺栓20。各部件相互连接关系为两个固定块13和14固定安装在大臂7中空筒状内部、两个张紧调整棒15和16安装在两个固定块13和14之间，可以沿两个固定块13和14共同提供的滑道滑动，并且与钢丝绳6保持接触。第一调整螺栓17、第二调整螺栓18一端安装在两个固定块上，另一端连接第二张紧调整棒16。拧动第一调整螺栓17、第二调整螺栓18可以改变第二张紧调整棒16的位置，从而实现钢丝绳6的单边张紧力调整。同样，第三调整螺栓19、第四调整螺栓20一端安装在两个固定块上，另一端连接第一张紧调整棒15。拧动第三调整螺栓19、第四调整螺栓20可以改变第一张紧调整棒15的位置，从而实现钢丝绳6的另一边张紧力调整。需要加大钢丝绳6的张紧力时，只需要顺时针拧动相关调整螺栓，使得相应的张紧调整棒推动钢丝绳，由此增加调整螺栓的拉力实现简便的钢丝绳传动的双边张紧力调整。
权利要求
1.一种用于机械臂的钢丝绳传动机构，包括小臂驱动轴、大臂驱动轴、轴承盖、轴承、钢丝绳、钢丝绳张紧装置、大臂、小臂、小臂从动轴，其特征在于，大臂和小臂的横截面都为中空筒状，小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承设置在大臂根部，大臂驱动轴固定在大臂根部，轴承盖固定在大臂根部；小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂从动轴与小臂根部固定连接，两端通过轴承设置在大臂顶部；钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳的端部固定在小臂上，钢丝绳张紧装置整体设置在大臂内部、小臂驱动轴和小臂从动轴之间。
2.根据权利要求1所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的小臂从动轴的轴线与小臂驱动轴的轴线保持平行，所述的大臂驱动轴与小臂驱动轴保持同轴。
3.根据权利要求1或2所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的小臂驱动轴和小臂从动轴，两者的V形槽的直径、旋向和导程分别相同。
4.根据权利要求1或2所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的小臂驱动轴的轴线与大臂的长度方向保持垂直并使小臂驱动轴的V形槽处于大臂中空筒状内部。
5.根据权利要求1所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的小臂从动轴的V形槽处于大臂和小臂的中空筒状内部。
6.根据权利要求1所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的钢丝绳张紧装置包括两个固定块、两个张紧调整棒、调整螺栓，两个固定块固定设置在大臂中空筒状内部，两个张紧调整棒设置在两个固定块之间；调整螺栓一端设置在固定块上，另一端连接张紧调整棒。
7.根据权利要求6所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的两个张紧调整棒沿固定块的滑道滑动。
8.根据权利要求6所述的用于机械臂的钢丝绳传动机构，其特征是，所述的两个张紧调整棒与钢丝绳保持压力接触，调整螺栓与张紧调整棒之间的拉力与钢丝绳传动过程的有效张力相平衡实现钢丝绳有效张力的调整。
全文摘要
一种用于机械臂的钢丝绳传动机构，属于机械技术领域。本发明中，大臂和小臂的横截面都为中空筒状；小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承安装在大臂根部，大臂驱动轴固定在大臂根部，与小臂驱动轴保持同轴；小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，与小臂根部固定连接，两端通过轴承安装在大臂顶部，钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳的端部固定在小臂上；钢丝绳张紧装置整体安装在大臂内部、小臂驱动轴和小臂从动轴之间。本发明减轻了机械臂内部负载消耗，同时提高了钢丝绳传动机构的刚性、末端运动精度，结构上减轻了整体的重量，外观简明整洁。
文档编号F16H7/08GK1995777SQ20061014722
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者陶俊, 袁建军, 张伟军, 顿向明 申请人:上海交通大学