一种具有高驱动速度和大驱动力的机械传动装置

摘要

本发明公开了一种机械传动装置，包括电机、支撑杆、模式转换组件、绕线部件、连接杆、第一拉绳和第二拉绳；所述电机的输出轴与所述支撑杆固定连接；所述支撑杆与所述模式转换组件通过一连接轴连接；所述模式转换组件的一端与所述绕线部件相配合；所述连接杆套设在所述绕线部件上，连接杆固定在工作空间中或与待驱动目标物固定连接；所述拉绳的一端分别固定在所述模式转换组件上，另一端穿过所述绕线部件和所述连接杆并与待驱动目标物固定连接。本发明的目的在于提供一种具有高驱动速度和大驱动力的机械传动装置，其结构简单，体积小，具有高速驱动模式和大力驱动模式，可作为小型、精细的机器人的驱动传动机构使用。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域的机械传动装置，特别涉及一种具有高驱动速度和 大驱动力的机械传动装置。

背景技术

随着机器人技术的不断发展和应用，小型、具有高驱动速度和大驱动力的 机械传动装置已成为机器人领域的研究热点之一。其中一个典型的应用是机械 手或夹持机构的驱动系统。当机械手自然弯曲时需要一个较大的运动速度，机 械手抓住物体后驱动系统需要输出一个较大的抓握力。

对于一个给定的驱动器，输出功率是一个常值。因此，高驱动速度和大驱 动力是不能同时实现的。为了提高输出效率，近年来一些新型的驱动器已应用 在机器人领域，典型的驱动器有记忆合金驱动器、电活性聚合物驱动器、超声 马达等。这些新型驱动器具有较好的驱动性能，但不能同时实现需要的性能(小 型、高速和大输出力)。为弥补驱动器输出性能的不足，一些高性能的机械传 动装置已被研制出来，如基于凸轮机构的传动装置和基于五杆机构的传动装 置。但是基于凸轮机构的传动装置需要额外的驱动器，基于五杆机构的传动装 置体积大，其输出力受到运动幅度的限制。

发明内容

本发明的目的是针对已有高性能机械传动装置的不足之处，提供一种具有 高驱动速度和大驱动力的机械传动装置，结构简单，体积小，具有高速驱动模 式和大力驱动模式，可作为小型、精细的机器人的驱动传动机构使用。

本发明的技术方案如下：一种机械传动装置，其特征在于，包括电机、支 撑杆、模式转换组件、绕线部件、连接杆、第一拉绳和第二拉绳；所述电机的 输出轴与所述支撑杆固定连接；所述支撑杆与所述模式转换组件通过一连接轴 连接，并且所述模式转换组件设置为能够绕所述连接轴转动；所述模式转换组 件的一端与所述绕线部件相配合；所述连接杆套设在所述绕线部件上，连接杆 固定在工作空间中或与待驱动目标物固定连接；所述第一拉绳的一端和所述第 二拉绳的一端都分别固定在所述模式转换组件上，所述第一拉绳的另一端穿过 所述绕线部件和所述连接杆并与待驱动目标物固定连接，且所述第二拉绳的另 一端穿过所述绕线部件和所述连接杆并与待驱动目标物固定连接。

进一步的，所述模式转换组件包括第一平衡杆、第二平衡杆，弹性部件， 所述第一平衡杆和所述第二平衡杆套设于所述连接轴，所述弹性部件的两端分 别固定于所述第一平衡杆和所述第二平衡杆。

进一步的，所述弹性部件是压缩弹簧。

进一步的，所述第一平衡杆设有容纳并固定所述压缩弹簧一端的第一压缩 弹簧固定槽，所述第二平衡杆设有容纳并固定所述压缩弹簧另一端的第二压缩 弹簧固定槽。

进一步的，所述第一平衡杆设有第一孔，所述第一拉绳穿过所述第一孔， 所述第二平衡杆设有第二孔，所述第二拉绳穿过所述第二孔。

进一步的，所述绕线部件设有相对称的第三孔和第四孔，所述第一拉绳穿 过所述第三孔，所述第二拉绳穿过第四孔。

进一步的，所述绕线部件上设有与所述第一平衡杆相匹配的第一凹槽和与 所述第二平衡杆相匹配的第二凹槽，所述第一平衡杆部分位于第一凹槽内，所 述第二平衡杆部分位于第二凹槽内。

进一步的，所述第一平衡杆和第二平衡杆结构相同。

当所述第一拉绳和所述第二拉绳上的张力小于或等于所述压缩弹簧的预 设弹力时，所述第一平衡杆和第二平衡杆位于所述第一凹槽和所述第二凹槽 中，所述绕线部件随所述电机一起转动，所述第一拉绳和所述第二拉绳快速缠 绕在绕线部件上，输出较大的驱动速度。

当所述第一拉绳和所述第二拉绳上的张力大于所述压缩弹簧的预设弹力 时，所述第一平衡杆和所述第二平衡杆绕所述连接轴相向转动，脱离所述第一 凹槽和所述第二凹槽的约束，所述绕线部件不会随所述电机一起转动，所述第 一拉绳和所述第二拉绳在所述第一孔、第二孔和绕线部件之间互相缠绕，由于 第一拉绳和第二拉绳的半径很小，其上的张力会变得很大，从而输出较大的驱 动力。

本发明中，所述压缩弹簧的预设弹力定义为一个预先设定的临界值，该临 界值与所述压缩弹簧的弹性系数、所述凹槽的深度等因素有关；当力大于该临 界值时，所述压缩弹簧被压缩形变使所述第一平衡杆和所述第二平衡杆脱离所 述第一凹槽和所述第二凹槽的约束。

本发明与现有技术相比，具有以下有点和突出性效果：本发明的高驱动速 度和大驱动力的机械传动装置结构简单、体积小，特别适合作为小型、精细的 机器人的驱动传动机构；本发明的机械传动装置在高速运动模式中能提供较大 的驱动速度；本发明的机械传动装置在大力运动模式中能提供较大的驱动力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中平衡杆结构示意图。

图3是本发明中绕线部件结构示意图。

图4是本发明的初始状态主视图。

图5是本发明的高速模式状态示意图。

图6是本发明的大力模式状态示意图。

在图1至图6中：

1—电机                2—支撑杆     3—第一平衡杆

4—第二平衡杆          5—压缩弹簧   6—第一压缩弹簧固定槽

7—第二压缩弹簧固定槽   8—连接轴     9—第一孔

10—第二孔             11—第三孔    12—第四孔

13—绕线部件           14—第五孔    15—第六孔

16—第一拉绳           17—第二拉绳  18—第一凹槽

19—第二凹槽           20—连接杆

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方 式，本实施方式所述一种具有高驱动速度和大驱动力的机械传动装置，所述机 械传动装置包括电机1，支撑杆2，第一平衡杆3，第二平衡杆4，压缩弹簧5， 连接轴8，绕线部件13，连接杆20，第一拉绳16和第二拉绳17；所述支撑 杆2与电机1的输出轴固定连接，连接轴8套固在支撑杆2上；所述第一平衡 杆3和第二平衡4杆具有相同的结构，均设有压缩弹簧固定槽和用于固定拉绳 一端的孔，其中第一平衡杆3设有第一压缩弹簧固定槽6和第一孔9，第二平 衡杆4设有第二压缩弹簧固定槽7和第二孔10；第一平衡杆3和第二平衡杆4 分别套设在连接轴8上；所述压缩弹簧5的两端分别固定在第一压缩弹簧固定 槽6和第二压缩弹簧固定槽7中；所述绕线部件13上设有第一凹槽18和第二 凹槽19，绕线部件13与电机1同轴，第一平衡杆3和第二平衡杆4分别套设 在第一凹槽18和第二凹槽19中；所述连接杆20套设在绕线部件13上，连接 杆20固定在工作空间中或与需要驱动的机械装置固定连接；所述第一拉绳16 和第二拉绳17的一端分别固定在第一平衡杆3的第一孔9和第二平衡杆4的 第二孔10中，另一端分别穿过绕线部件13的第三孔11、第四孔12和连接杆 20的第五孔14、第六孔15，并与需要驱动的机械装置固定连接。

具体实施方式二：本发明的初始装置如图1和图4所示，在压缩弹簧5的 作用下，第一平衡杆3和第二平衡杆4分别套设在绕线部件13的第一凹槽18 和第二凹槽19中，第一拉绳16和第二拉绳17处于自然伸直状态。当第一拉 绳16和第二拉绳17上的张力小于或等于压缩弹簧5的预设弹力时，本发明处 于高速模式状态，能输出较大的驱动速度，如图5所示。在高速模式中，电机 1带动支撑杆2、第一平衡杆3和第二平衡杆4转动，由于第一平衡杆3和第 二平衡杆4套设在第一凹槽18和第二凹槽19中，绕线部件13也将随电机1 一起转动，此时第一拉绳16和第二拉绳17会快速缠绕在绕线部件13上，输 出较大的驱动速度。

具体实施方式三：当第一拉绳16和第二拉绳17上的张力大于压缩弹簧5 的预设弹力时，第一平衡杆3和第二平衡杆4将会绕连接轴8相向转动，以致 脱离第一凹槽18和第二凹槽19的约束，本发明处于大力模式状态，能输出较 大的驱动力，如图6所示。在大力模式中，电机1带动支撑杆2、第一平衡杆 3和第二平衡杆4转动，由于第一平衡杆3和第二平衡杆4脱离了第一凹槽18 和第二凹槽19的约束，绕线部件13不会随电机1一起转动，此时第一拉绳16 和第二拉绳17在第一孔9、第二孔10与绕线部件13之间互相缠绕，由于第一 拉绳16和第二拉绳17的半径很小，其上的张力会变得很大，从而输出较大的 驱动力。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当理解，本领域的普通技术无 需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化，例如，本发明中 的弹性部件可以是弹簧，也可以是金属弹片、橡胶等。因此，凡本技术领域中 技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的 实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。