[发明专利]一种具有高驱动速度和大驱动力的机械传动装置

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。