一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋轉關節，具體涉及一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節，屬于機器人領域。
【背景技術】
[0002]機器人Robot是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。機器人主要分為工業機器人、固定式機器人和移動式機器人。機器人結構的核心是機器人的關節，機器人的任何運動均有轉動關節組成。工業機器人則完全由轉動關節串聯組成，由各個關節之間的聯動實現機器人的各種位置和姿態，達到不同的效果。移動機器人分為足式和輪式，均需要轉動關節作為驅動，并且機器人上的執行機構也需要轉動關節來驅動，固定式的機器人也是如此。特別是現在一些新型的機器人比如外骨骼之類的對關節的尺寸，效率有著特殊要求的機器人，在轉動關節的設計上更是需要注意。因此，機器人的轉動關節設計的優劣往往決定著機器人整體性能的好壞。以往機器人的機構往往是采用特定的傳動方式、為實現某特定功能而專門設計的，通常，電機軸均與轉軸重合，但是由于電機自身的長度的限制，導致機器人的關節尺寸比較大，對機器人整體結構的影響也比較大，或者在關節處采取齒輪傳動的方式將驅動裝置放在機械臂中，但是由于使用了齒輪的傳動機構，由于加工以及齒輪本身滑動傳動的特點，會導致效率比較低。所以傳統機器人旋轉關節的尺寸也比較大，結構復雜，拆裝維修困難。但是目前已有的驅動關節，一般電機軸線與機器人臂的關節軸線相垂直，一方面由于電機的配置需要空間，就會使桿件的橫截面積增大，限制了機器人空間上使用；另一方面也會影響機器人桿件的美觀程度。類似的許多關節裝置，電機軸與桿件垂直，電機位置處的桿件體積較大。因此，這類關節不適合制造結構緊湊，關節數量多，并且要求傳動比精確、可靠的場合。
[0003]除此之外，很多關節驅動機構，一般都是由多個關節、驅動器和傳動機構組成的，目前公開的關節器的傳動機構，其關節的活動都是由單獨的齒輪等機械直接帶動或者傳動。目前公開的驅動機構，多是齒輪機構聯合驅動，機械直接帶動關節的運動，由于機件和機件之間總會有一定的間隙，影響關節線性地協調地運動，影響關節運動的正確性、穩定性、和可操作性。比如，渦流蝸桿的傳動機構，能量傳輸效率太低，功率損耗太大，驅動器的能力不能充分的利用，再加上如前所說的問題，給比較精確的關節驅動機構，帶來更多的麻煩。為解決以上的不足，在技術上可以采取一些補償辦法，但是它會使關節驅動器變的更加復雜。
[0004]傳統的關節驅動方式傳動比都保持恒定，所以對速度的控制需要軟件來實現，減速比通常保持在一個比較小的范圍內，有些時候，會用上多級減速。在某些場合下，多級減速和多余的電路控制會給系統帶來負擔，降低穩定性。
【發明內容】
[0005]本發明為解決現有的驅動關節可靠性差、能量傳輸效率低以及影響機器人使用空間小的問題，進而提出一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節。
[0006]本發明為解決上述問題采取的技術方案是:本發明包括小臂、階梯凸輪組件、大臂軸、鋼絲輸入軸、鋼絲導向元件、軸承座、電機座、電機、大臂、鋼絲繩和兩個鋼絲固定預緊裝置，所述階梯凸輪組件由第一凸輪和第二凸輪組成，小臂的一端通過大臂軸與大臂的一端鉸接，所述階梯軸組件套裝在大臂軸上，鋼絲導向元件、軸承座、電機座并排安裝在大臂上，電機安裝在電機座上，鋼絲輸入軸的一端穿過軸承座與電機的轉動軸連接，鋼絲繩的一端纏繞在第一凸輪上后與設置在大臂上的一個鋼絲固定預緊裝置連接，鋼絲繩的另一端繞過鋼絲輸入軸、鋼絲導向元件、第二凸輪后與設置在大臂上的另一個鋼絲固定預緊裝置連接。
[0007]進一步的，鋼絲輸入軸上設有螺紋槽段和光軸段，鋼絲繩的另一端依次在光軸段和螺紋槽段上分別纏繞多圈后再依次繞過鋼絲導向元件、第二凸輪后與另一個鋼絲固定預緊裝置連接。
[0008]進一步的，本發明還包括位置調整塊，鋼絲輸入軸的另一端穿過大臂軸的端部與設置在第一凸輪上的位置調整塊連接。
[0009]本發明的有益效果是:1、本發明采用在凸輪上纏繞鋼絲的方式來傳動，由于雙向驅動，所以需要兩個凸輪才能完成驅動。由于采用了鋼絲傳動，利用靜摩擦，沒有滑動摩擦，所以大大減小了傳動過程中的損耗，達到了高效率，鋼絲本身具有一定的彈性，可以起到一定的緩沖作用，同時在額定負載范圍內還能夠保證傳遞精度，鋼絲的承載能力很強，可以利用很小的體積實現大的負載，由于鋼絲傳動的可靠性和外形的任意性，傳動比可以任意給定。由于可以用作二級減速，從而解放了減速器，使得器額定負載可以變得很小，從而使得減速器和電機的體積可以大大減小。傳動過程中由于凸輪外徑在變化，所以關節的傳動比一直在變化，可以定制;2、基于傳統關節驅動的不足，本發明設計了錐形盤鋼絲傳動關節結構，利用電機帶動鋼絲繩輪驅動關節進行轉動，由于鋼絲繩傳動是靜摩擦傳動，因而效率較高;3、本發明傳動比隨著角度的變化而變化，變化的曲線可以隨意定制，可以通過機械結構的方式實現控制軟件級別的角度的變化;4、由于鋼絲的大負載性，鋼絲繩盤的輕便性，使得關節的重量和體積大大減小；5、本發明的電機轉軸與傳動軸不在同一軸線上，可以節省空間，使得結構緊湊，美觀;6、本發明由于特殊的機構，鋼絲不會滑出。相比于其他鋼絲傳動，具有更高的穩定性和傳動精度;7、本發明的鋼絲具有一定的彈性，在過載的情況下，可以起到緩沖的作用，在特大負載下，鋼絲繩斷掉可以保護機器不受損傷，鋼絲的更換比較簡單，成本更低，可以大大的節約成本，合理的設計，可以保證在額定負載下鋼絲不發生變形。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的立體結構示意圖，圖2是本發明的主視圖，圖3是階梯凸輪組件的結構示意圖，圖4是鋼絲輸入軸的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011 ]【具體實施方式】一:結合圖1至圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節包括小臂1、階梯凸輪組件、大臂軸4、鋼絲輸入軸5、鋼絲導向元件6、軸承座7、電機座8、電機9、大臂10、鋼絲繩11和兩個鋼絲固定預緊裝置3，所述階梯凸輪組件由第一凸輪12和第二凸輪13組成，小臂I的一端通過大臂軸4與大臂10的一端鉸接，所述階梯軸組件套裝在大臂軸4上，鋼絲導向元件6、軸承座7、電機座8并排安裝在大臂10上，電機9安裝在電機座8上，鋼絲輸入軸5的一端穿過軸承座7與電機9的轉動軸連接，鋼絲繩11的一端纏繞在第一凸輪12上后與設置在大臂10上的一個鋼絲固定預緊裝置3連接，鋼絲繩11的另一端繞過鋼絲輸入軸5、鋼絲導向元件6、第二凸輪13后與設置在大臂10上的另一個鋼絲固定預緊裝置3連接。
[0012]本實施方式中固定在大臂10上的電機9轉動，電機9的輸出軸帶動鋼絲輸入軸5轉動，鋼絲輸入軸5轉動拉動鋼絲，由于有預緊及繩槽，所以鋼絲繩不會脫離鋼絲輸入軸或者滑動，鋼絲拉動第一凸輪12進行轉動，帶動小臂I轉動，小臂I的轉動即為第二凸輪13的轉動，從而拉動鋼絲，使得第二凸輪13上的纏繞長度增長，將第一凸輪12上減少的部分補償。由于鋼絲的拉動導致干死輸入軸5和小臂I之間發生了相對轉動你，如果小臂I不動，則大臂10及鋼絲輸入軸5繞著小臂I旋轉，如果大臂10不動，則小臂I繞著大臂10旋轉。如果改變鋼絲輸入輪5上繩槽的旋向，相應的凸輪的朝向也應該改變。
[0013]【具體實施方式】二:結合圖4說明本實施方式，本實施方式所述一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節的鋼絲輸入軸5上設有螺紋槽段5-1和光軸段5-2，鋼絲繩11的另一端依次在光軸段5-2和螺紋槽段5-1上分別纏繞多圈后再依次繞過鋼絲導向元件6、第二凸輪12后與另一個鋼絲固定預緊裝置3連接。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0014]【具體實施方式】三:結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式所述一種利用鋼絲驅動的階梯凸輪輸出式旋轉關節還包括位置調整塊2，鋼絲輸入軸5的另一端穿過大臂軸4的端部與設置在第一凸輪12上的位置調整塊2連接。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一或二相同。
[0015]工作原理
[0016]小臂I的結構如圖3所示，第一凸輪12和第二凸輪13是兩個半徑不同的凸輪，第一凸輪12在第二凸輪13的上面，兩凸輪均是小臂I的一部分