一种线驱连续体机器人驱动绕线机构

1.本发明涉及电机自动绕线技术领域，尤其是涉及一种线驱连续体机器人驱动绕线机构。


背景技术：

2.随着科学技术发展，机器人成为人类生活及工作的一部分，并在多种方面发挥着愈发重要的作用。人们对传统的刚性机械臂研究非常成熟，使用广泛。传统的刚性机器人大多采用“基座/平台+多自由度机械臂+机械手”的构型，属于全刚体系统。刚性机器人在制造行业发挥了十分重要的作用。但受机械臂长度和刚体灵活性的限制，刚性机器人在狭小空间工作时灵活性较差，安全性不高。除此之外，传统刚性机器人还具有整体惯量较大、系统动态响应差、能耗高的缺点。
3.为了弥补传统刚性机器人存在的执行任务灵活性较差、操作范围小、安全可靠性低的缺点，一种连续体机器人系统逐渐发展起来。同传统刚性机器人相比，连续体机器人具有：体积小，质量轻，操作灵活，柔顺性高，载荷比大，耗能少等优点。然而，连续体机器人运动时容易产生剪切、扭曲等变形，导致末端执行器产生操作误差，降低操作精度。
4.目前大部分连续体机器人采用线驱的方式，其控制精度依赖于电机绕线。传统的绕线结构是“电机+线盘”模式，会在绕线时产生一定的误差，进行精确的拉线控制需要对线长进行数学模解算后补偿，其对连续体机器人控制过程带来运算上的困难。
5.为进一步提高线驱连续体机器人的控制精度，一种新型绕线结构被迫切需要。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种控制精度高、稳定性好的线驱连续体机器人驱动绕线机构。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.本发明提供了一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，包括驱动模块、线盘组件以及机架，所述驱动模块和所述线盘组件分别固定在所述机架上，所述线盘组件与驱动模块的主轴固定连接；
9.所述线盘组件包括同轴的线盘和丝杠；所述驱动模块驱动线盘组件旋转驱动线的拉紧或放松，所述线盘在旋转过程沿所述丝杆轴向移动以补偿驱动线长。
10.优选地，所述驱动模块包括电机、同轴固定在所述电机上的电机输出盘、固定在所述电机输出盘上的光轴、以及固定在电机输出盘上且与所述电机输出盘同轴的深沟球轴承；
11.所述电机使能时带动所述电机输出盘转动，通过光轴输出扭矩，进而带动线盘组件转动。
12.优选地，所述深沟球轴承以过盈配合的方式卡紧在电机输出盘的中心孔中。
13.优选地，所述光轴为两个相互平行且对称固定在所述电机输出盘上的光轴。
14.优选地，所述光轴为柱形金属棒。
15.优选地，所述线盘组件还包括钢丝盖、同轴固定在所述线盘上的丝杠螺母以及直线轴承；
16.所述的钢丝盖固定在线盘上设有的圆形槽上，用于固定驱动线一端；所述线盘上设置有与光轴位置相对应的通孔，所述光轴与所述直线轴承相配合，所述直线轴承与固定在所述通孔中；
17.所述线盘在丝杠上轴向移动，以实现周向转动时的轴向移动。
18.优选地，所述丝杠通过所述深沟球轴承支撑。
19.优选地，所述线盘上有螺旋状的线槽，用于固定驱动线而不产生滑动；所述线槽的宽度根据使用情况进行调整。
20.优选地，所述机架包括基座和用于固定所述线盘组件的法兰；
21.所述线盘组件通过丝杠与所述机架中的法兰相连接固定。
22.优选地，所述基座为l型基座，所述法兰固定在基座侧板上设有的孔中。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1)本发明通过同轴的线盘和丝杠结构，实现线盘转动的同时有轴向移动，采用机械结构实现线的补偿，具有精度高、易控制的特点；
25.2)通过光轴作为轨道，尤其是两个相互平行且对称固定的光轴，增加轴向移动的稳定性；
26.3)在线盘上设置螺旋状的线槽，可固定驱动线而不产生滑动，提高了绕线控制的精度和稳定性；
27.3)本发明的结构简单，制造方便，易于拆卸。
附图说明
28.图1为本发明的线驱连续体机器人驱动绕线机构的总体结构示意图；
29.图2为驱动模块的结构示意图；
30.图3为线盘组件结构示意图；
31.图4为机架的结构示意图；
32.附图标记：1-驱动模块，11-电机，12-电机输出盘，13-光轴，14-深沟球轴承；2-线盘组件，21-钢丝盖，22-线盘，23-丝杠螺母，24-丝杠，25-直线轴承；3-机架，31-基座，32-法兰。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
34.实施例
35.如图1所示，本实施例给出了一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，包括驱动模块1、线盘组件2以及机架3，驱动模块1和所述线盘组件2分别固定在所述机架3上，线盘组件2
与驱动模块1的主轴固定连接；线盘组件2包括线盘22和丝杠24；驱动模块1驱动线盘组件2旋转驱动线的拉紧或放松，线盘22在旋转过程沿丝杆24轴向移动以补偿驱动线长。
36.接下来，对线驱连续体机器人驱动绕线机构的各个部件进行详细介绍。
37.如图2所示，驱动模块1包括电机11、同轴固定在所述电机11上的电机输出盘12、固定在电机输出盘12上的光轴13、以及固定在电机输出盘12上且与所述电机输出盘12同轴的深沟球轴承14；电机11使能时带动所述电机输出盘12转动，通过光轴13输出扭矩，进而带动线盘组件2转动。
38.驱动模块1的电机11底座上有螺纹孔，通过螺栓固定在机架3的底座上；驱动模块1的电机输出盘12通过卡紧结构固定在电机11上，卡紧结构可以根据不同的使用场景做出调整；驱动模块1的光轴13卡紧在电机输出盘12除中心孔外的两个孔中，输出模块1的深沟球轴承14以过盈配合的方式卡紧在电机输出盘12的中心孔中。
39.作为一种优选的技术方案，光轴13为两个相互平行且对称固定在所述电机输出盘12上的柱形金属棒，尺寸为8mm。
40.如图3和图4所示，线盘组件2还包括钢丝盖21、同轴固定在所述线盘22上的丝杠螺母23、与丝杠螺母23相配合的丝杠24以及直线轴承25；机架3包括基座31和用于固定线盘组件2的法兰32；线盘组件2通过丝杠24与机架3中的法兰32相连接固定。线盘22在丝杠24上轴向移动，以实现周向转动时的轴向移动。
41.钢丝盖21通过螺栓固定在线盘22上设有的圆形槽上，用于固定驱动线一端；
42.线盘22上设置有与光轴13位置相对应的通孔，光轴13与直线轴承25相配合，直线轴承25与固定在所述通孔中；
43.丝杠螺母23通过螺栓固定在线盘22中心的孔中，丝杠24与丝杠螺母23相配合，直线轴承25通过螺栓固定在线盘22上除中心孔上的另外两个孔中。
44.丝杠24的一端通过机架3的法兰32的卡紧箍固定，丝杠24通过深沟球轴承14作支撑而不固定。
45.作为一种优选的技术方案，线盘22上有螺旋状的线槽，用于固定驱动线而不产生滑动；线槽的宽度根据使用情况进行调整。
46.本实施例中的基座31为l型基座，法兰32通过螺栓固定在基座31侧板上设有的孔中。
47.此外，丝杠24的型号需根据线盘22的直径、螺旋线做出相应调整，计算方法工程中已经广泛使用，在此不加以赘述。
48.工作原理：驱动线在线盘22上拉紧和放松过程中，由于线槽是螺旋线，因此驱动线在长度上会有一定的误差，因此通过将线盘22与丝杠24结合的方法，在旋转过程中加上轴向移动用来补偿误差。
49.具体使用步骤：将机器人的驱动线的一端用钢丝盖21在线盘22上固定，然后将线绕在线盘22的线槽内，启动驱动模块1后，根据驱动线的拉紧与放松，线盘22在旋转过程中会沿丝杠24轴向移动，从而补偿驱动线长。
50.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利
要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，包括驱动模块(1)、线盘组件(2)以及机架(3)，其特征在于，所述驱动模块(1)和所述线盘组件(2)分别固定在所述机架(3)上，所述线盘组件(2)与驱动模块(1)的主轴固定连接；所述线盘组件(2)包括同轴的线盘(22)和丝杠(24)；所述驱动模块(1)驱动线盘组件(2)旋转驱动线的拉紧或放松，所述线盘(22)在旋转过程沿所述丝杆(24)轴向移动以补偿驱动线长。2.根据权利要求1所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述驱动模块(1)包括电机(11)、同轴固定在所述电机(11)上的电机输出盘(12)、固定在所述电机输出盘(12)上的光轴(13)、以及固定在电机输出盘(12)上且与所述电机输出盘(12)同轴的深沟球轴承(14)；所述电机(11)使能时带动所述电机输出盘(12)转动，通过光轴(13)输出扭矩，进而带动线盘组件(2)转动。3.根据权利要求2所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述深沟球轴承(14)以过盈配合的方式卡紧在电机输出盘(12)的中心孔中。4.根据权利要求2所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述光轴(13)为两个相互平行且对称固定在所述电机输出盘(12)上的光轴。5.根据权利要求2所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述光轴(13)为柱形金属棒。6.根据权利要求2所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述线盘组件(2)还包括钢丝盖(21)、同轴固定在所述线盘(22)上的丝杠螺母(23)以及直线轴承(25)；所述的钢丝盖(21)固定在线盘(22)上设有的圆形槽上，用于固定驱动线一端；所述线盘(22)上设置有与光轴(13)位置相对应的通孔，所述光轴(13)与所述直线轴承(25)相配合，所述直线轴承(25)与固定在所述通孔中；所述线盘(22)在丝杠(24)上轴向移动，以实现周向转动时的轴向移动。7.根据权利要求6所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述丝杠(24)通过所述深沟球轴承(14)支撑。8.根据权利要求6所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述线盘(22)上有螺旋状的线槽，用于固定驱动线而不产生滑动；所述线槽的宽度根据使用情况进行调整。9.根据权利要求6所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述机架(3)包括基座(31)和用于固定所述线盘组件(2)的法兰(32)；所述线盘组件(2)通过丝杠(24)与所述机架(3)中的法兰(32)相连接固定。10.根据权利要求9所述的一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，其特征在于，所述基座(31)为l型基座，所述法兰(32)固定在基座(31)侧板上设有的孔中。

技术总结
本发明涉及一种线驱连续体机器人驱动绕线机构，包括驱动模块、线盘组件以及机架，所述驱动模块和所述线盘组件分别固定在所述机架上，所述线盘组件与驱动模块的主轴固定连接；所述线盘组件包括同轴的线盘和丝杠；所述驱动模块驱动线盘组件旋转驱动线的拉紧或放松，所述线盘在旋转过程沿所述丝杆轴向移动以补偿驱动线长。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、稳定性好的优点。稳定性好的优点。稳定性好的优点。


技术研发人员：李龙 陈乐阳 张宇 张泉 田应仲
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/8