[发明专利]利用钢丝传动的双输入轴变速比关节

说明书

利用钢丝传动的双输入轴变速比关节，它涉及一种变速关节，以解决现有采用电机调速实现机器人关节运动，电机占用空间大，电机输出扭矩较大，以及实时性差的问题，它包括从动轴、主动轴、支撑架、凸轮、关节轴、一号钢丝绳、二号钢丝绳和三号钢丝绳；所述关节轴转动安装在所述支撑架上，主动轴和从动轴均转动安装在所述支撑架和所述关节轴上，所述凸轮布置在所述主动轴和所述从动轴之间且固装在所述关节轴上；所述一号钢丝绳的两端分别固装在所述主动轴上，所述二号钢丝绳的一端固定在所述从动轴的邻近关节轴的一端；所述三号钢丝绳的一端固定在所述主动轴上远离关节轴的一端。本发明用于机器人关节。

技术领域

本发明涉及一种变速关节，具体涉及一种机器人上使用的利用钢丝传动的双输入轴变速比关节。

背景技术

对于机器人来讲，关节的运动控制是至关重要的一环。目前多采用直接控制电机转速的方法，该方法需要考虑电机功率、最大输出转矩及动态响应，电机负担大，输出扭矩较大，从而导致电机尺寸增加，成本上升，而且实时性不理想。

发明内容

本发明是为解决现有采用电机调速实现机器人关节运动，电机占用空间大，电机输出扭矩较大，以及实时性差的问题，进而提供一种利用钢丝传动的双输入轴变速比关节。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

利用钢丝传动的双输入轴变速比关节包括从动轴、主动轴、支撑架、凸轮、关节轴、一号钢丝绳、二号钢丝绳和三号钢丝绳；

所述关节轴转动安装在所述支撑架上，主动轴和从动轴并列布置，所述主动轴的轴向与所述关节轴的轴向垂直，主动轴和从动轴均转动安装在所述支撑架和所述关节轴上，所述凸轮布置在所述主动轴和所述从动轴之间且固装在所述关节轴上，所述凸轮上邻近主动轴的轮面的边缘上加工有主动圆弧形绳槽，所述凸轮上邻近从动轴的轮面的边缘上加工有从动圆弧形绳槽；

所述一号钢丝绳的两端分别固装在所述主动轴上，所述一号钢丝绳缠绕在主动轴和从动轴的轮槽上，缠绕在所述主动轴和所述从动轴上的一号钢丝绳沿所述主动轴的轴向投影呈“8”字形，所述二号钢丝绳的一端固定在所述从动轴的邻近关节轴的一端，所述二号钢丝绳铺设在所述从动圆弧形绳槽后缠绕在从动轴上，所述二号钢丝绳的另一端固定在所述从动轴上；

所述三号钢丝绳的一端固定在所述主动轴上远离关节轴的一端，所述三号钢丝绳铺设在所述主动圆弧形绳槽后缠绕在主动轴上，所述三号钢丝绳的另一端固定在所述主动轴上；所述二号钢丝绳在从动轴上的绳段与所述三号钢丝绳在主动轴上绳段的缠绕方向相反。

本发明的有益效果是：一、采用凸轮结构进行变速，可降低对电机输出扭矩的需求，起到二级减速器的作用，同时传动比可变。

二、该结构具有更好的动态特性，实时性较高。由于人在正常行走时，凸轮的转角大约在0-35°，此时对外骨骼膝关节的出力没有要求，但是需要高速；人在上楼梯或从下蹲到起立的过程中，凸轮的转角接近135°，角度越大，对出力的要求越大，而不需要高速，由于电机输出转矩恒定，普通的传动机构无法满足此要求。此凸轮的外轮廓半径随着转角的增大而增大，传动比随之增大，因此能够在小转角时提供高转速、小出力，在大转角时提供低转速、大出力。利用钢丝绳及凸轮进行合理的动力分配，实现电机驱动外骨骼机器人或仿人机器人，实现用于膝关节、肢肘关节和肩关节等屈伸自由度的运动，提高了能量利用率与传动效率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2的左视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。