[发明专利]一种用于绳索牵引机器人的自动排线绕线机构

说明书

本发明涉及机器人关节驱动机构，具体为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螺旋绕线轮运动部分，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，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；该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；与常规绕线机构相比，只用一个电动机驱动，结构更加紧凑，所需零件更少，易于集成到机器人驱动控制系统中，能保证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。

技术领域

本发明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。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明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。

本发明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。