一种驱动装置及软体机械臂的制作方法

1.本实用新型涉及软体机械臂技术领域，具体而言，涉及一种驱动装置及软体机械臂。


背景技术：

2.在软体机械臂技术领域，为了适应在狭小空间里完成较大负荷的工作，软体机械臂向着小型化方向发展，软体机械臂中的驱动装置采用电机作为动力源，电机的尺寸大小直接影响驱动装置的尺寸，也就影响软体机械臂的体积、尺寸。常规电机的尺寸与实际提供的扭矩近似成线性关系，电机尺寸较小时，所能承受的负荷也相应降低，因此，在满足一定负荷要求的情况下，如何减小电机尺寸，从而减小驱动装置的尺寸，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型就是为了解决如何减小软体机械臂中电机的尺寸的技术问题，提供了一种驱动装置及软体机械臂。
4.本实用新型提供的种驱动装置，包括电机、电机支架、支撑板、对外输出扭矩部件和卷簧，电机支架与电机固定连接，支撑板与电机支架固定连接；对外输出扭矩部件与电机的输出轴固定连接，电机的输出轴的末端通过轴承与支撑板转动连接，卷簧设有内端部和外端部，内端部与对外输出扭矩部件连接，外端部与支撑板的内侧连接，电机的输出轴穿过卷簧中部的圆孔。
5.优选地，对外输出扭矩部件是卷筒，卷簧的内端部与卷筒连接。
6.优选地，对外输出扭矩部件是齿轮，卷簧的内端部与齿轮的端面连接。
7.优选地，支撑板上连接有端盖，端盖对轴承进行轴向定位。
8.本实用新型还提供一种软体机械臂，包括平板、弹簧、弹簧支架、三根钢丝绳、三个滑轮支架和三组驱动装置，每个滑轮支架上连接有两个外滑轮，弹簧支架连接有三个内滑轮，弹簧支架与平板连接，弹簧与弹簧支架连接，三根钢丝绳穿过弹簧，三根钢丝绳的末端分别与弹簧的末端固定连接；驱动装置包括电机、电机支架、卷筒和卷簧，电机支架与电机固定连接，平板与电机支架固定连接，卷筒与电机的输出轴固定连接，电机的输出轴的末端通过轴承与平板转动连接，卷簧设有内端部、外端部，内端部与卷筒连接，外端部与平板的内侧连接，电机的输出轴穿过卷簧中部的圆孔；钢丝绳依次绕过内滑轮、外滑轮后缠绕在卷筒上。
9.本实用新型的有益效果是：
10.驱动装置使用一台电机既可以输出大扭矩也可以输出小扭矩。可实现小尺寸电机提供较大扭矩，满足较大扭矩要求下，减小电机的尺寸，减小驱动装置的尺寸，并且结构不会影响电机的精度，也降低了电机成本。
11.对于软体机械臂，减小了电机的尺寸，并且结构不会影响电机的精度，也降低了电
机成本，进一步使软体机械臂体积更小、重量更轻，体积更小的软体机械臂适用于狭小空间工作场景。
12.本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
13.图1是驱动装置的结构示意图；
14.图2是图1所示驱动装置的主视图；
15.图3是图1所示驱动装置的右视图；
16.图4是图1所示驱动装置的俯视图；
17.图5是图1所示驱动装置去掉端盖后的示意图；
18.图6是图5所示结构的俯视图；
19.图7是图1所示结构的剖视图；
20.图8是卷筒的立体图；
21.图9是卷筒的主视图；
22.图10是卷筒的俯视图；
23.图11是卷筒的立体图；
24.图12是卷筒的立体图；
25.图13是卷簧安装在支撑板上的结构示意图；
26.图14是卷簧和卷筒的位置关系图；
27.图15是卷簧和卷筒的位置关系图；
28.图16是驱动装置采用齿轮作为对外输出扭矩部件的结构示意图；
29.图17是图16所示结构的主视图；
30.图18是软体机械臂的主视图；
31.图19是软体机械臂的侧视图；
32.图20是软体机械臂的俯视图；
33.图21是软体机械臂的仰视图。
34.图中符号说明：
35.1.电机，1
‑
1.输出轴；2.电机支架，3.支撑板，4.端盖，5.卷筒，5
‑
1.连接部；6.卷簧，6
‑
1.内端部，6
‑
2.外端部；7.连接柱，9.凸台，10.轴承，11.齿轮；15.弹簧，16.弹簧支架，17.钢丝绳，18.平板，19.滑轮支架，20.外滑轮，21.内滑轮。
具体实施方式
36.以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
37.实施例1
38.如图1
‑
13所示，驱动装置包括电机1、电机支架2、支撑板3、端盖4、卷筒5、卷簧6、连接柱7、凸台9、轴承10，电机支架2与电机1固定连接，支撑板3与电机支架2固定连接。卷筒5套在电机1的输出轴1
‑
1上，卷筒5设有连接部5
‑
1，紧定螺钉从连接部5
‑
1侧面的孔穿过顶在输出轴1
‑
1上，实现卷筒5固定连接在输出轴1
‑
1上。电机1的输出轴1
‑
1的末端通过轴承10与支撑板3转动连接，端盖4安装在支撑板3上，对轴承10进行轴向定位。连接柱7与卷筒5连接，
卷簧6设有内端部6
‑
1、外端部6
‑
2，内端部6
‑
1钩在连接柱7上，凸台9与支撑板3的内侧连接，外端部6
‑
2钩在凸台9上，电机1的输出轴1
‑
1穿过卷簧6中部的圆孔。
39.对于卷簧6的安装方式，也可以通过其他结构将外端部6
‑
2与支撑板3的内侧连接，只要能将外端部6
‑
2固定即可。也可以通过其他结构将内端部6
‑
1与卷筒5连接，只要能将内端部6
‑
1固定在卷筒5上即可。
40.卷筒5用来对外输出扭矩。
41.下面介绍驱动装置的工作方式：
42.图13中箭头方向表示卷簧6的扭矩方向，图14中的实线箭头方向表示卷簧6的扭矩方向，图14中的虚线箭头方向表示电机1对外输出扭矩方向(也就是卷筒5对外输出扭矩方向)。
43.第一种情况，如图14所示，电机1对外输出扭矩方向和卷簧6的扭矩方向相反，电机1输出扭矩全部用来平衡掉卷簧6的一部分扭矩，实际上整个驱动装置最终对外输出的扭矩是卷簧6剩余的扭矩。此种情况下，整个驱动装置对外输出的扭矩小于电机1本身输出的扭矩，适用于外界所需扭矩不大时。
44.整个驱动装置对外输出的扭矩是m，电机1本身输出的扭矩是m
e0
，卷簧6的扭矩是m0，则整个驱动装置对外输出的扭矩是m用以下公式(1)表示：
45.m＝m
e0
m0ꢀꢀꢀ
(1)
46.公式(1)中，取m的方向为正方向。m0≥m，m
e0
≤0。
47.第二种情况，如图15所示，虚线箭头方向表示电机1对外输出扭矩方向(也就是卷筒5对外输出扭矩方向)，电机1对外输出扭矩方向和卷簧6的扭矩方向相同，整个驱动装置最终对外输出的扭矩是电机1本身输出的扭矩加上卷簧6的输出的扭矩。此种情况下，整个驱动装置对外输出的扭矩大于电机1本身输出的扭矩，适用于外界所需扭矩较大时。
48.整个驱动装置对外输出的扭矩是m，电机1本身输出的扭矩是m
e1
，卷簧6的扭矩是m
′0，则整个驱动装置对外输出的扭矩m用以下公式(2)表示：
49.m＝m
e1
m
′0ꢀꢀꢀ
(2)
50.公式(2)中，m
e1
≥0，m≥m
e1
。
51.以上两种情况可以看出，整个驱动装置使用一台电机既可以输出大扭矩也可以输出小扭矩。可实现小尺寸电机提供较大扭矩，满足较大扭矩要求下，减小电机的尺寸，减小驱动装置的尺寸，并且结构不会影响电机的精度，也降低了电机成本。
52.需要说明的是，当电机需要旋转一定的圈数时，卷簧依旧可以实现减小电机负荷的作用，电机在旋转的过程中，扭簧的能量在逐渐释放，当卷簧旋转到最大圈数时，卷簧的剩余扭矩为：
53.m
′
0min
＝λm
0max
ꢀꢀꢀ
(3)
54.对于电机来说，工作情况是从负扭矩逐渐变为正扭矩，此时若正负扭矩绝对值相等，电机才可以将全部能力发挥出来，相应的扭簧规格也是最优的，即
55.m
emin
＝
‑
m
emax
ꢀꢀꢀ
(4)
56.现在比较一下电机提供的最大扭矩与整体机构对外输出的最大扭矩：当对外输出扭矩为0时，电机提供的扭矩全部用来平衡卷簧的扭矩，即
57.m
emin
＝
‑
m
0max
ꢀꢀꢀ
(5)
58.当对外输出扭矩达到最大值时，m
max
＝m
emax
m
′
0min
，将公式(3)、(4)、(5)带入，得：
59.m
max
＝m
emax
λm
0max
＝m
emax
λ(
‑
m
emin
)＝m
emax
λm
emax
＝(1 λ)m
emax
ꢀꢀꢀ
(6)
60.通过公式(6)可以看到此机构对降低电机负载很有效果。
61.需要说明的是，卷筒5作为对外输出扭矩部件，也可以用齿轮代替卷筒5。如图16和17所示，齿轮11与电机1的输出轴1
‑
1固定连接，簧的内端部6
‑
1与齿轮11的端面固定连接。
62.实施例2
63.本实施例是实施例1的驱动装置的一种具体应用，应用在软体机械臂上。如图18
‑
21所示，软体机械臂包括弹簧15、弹簧支架16、三根钢丝绳17、平板18、三个滑轮支架19、三组驱动装置，每个滑轮支架19上安装两个外滑轮20，弹簧支架16上安装三个内滑轮21，弹簧支架16与平板18连接，弹簧15与弹簧支架16连接，三根钢丝绳17穿过弹簧15，三根钢丝绳17的末端分别与弹簧15的末端固定连接。驱动装置包括电机1、电机支架2、卷筒5、卷簧6、连接柱7、凸台9、轴承10，电机支架2与电机1固定连接，平板18与电机支架2固定连接。卷筒5套在电机1的输出轴1
‑
1上，卷筒5设有连接部5
‑
1，紧定螺钉从连接部5
‑
1侧面的孔穿过顶在输出轴1
‑
1上，实现卷筒5固定连接在输出轴1
‑
1上。电机1的输出轴1
‑
1的末端通过轴承10与平板18转动连接，连接柱7与卷筒5连接，卷簧6设有内端部6
‑
1、外端部6
‑
2，内端部6
‑
1钩在连接柱7上，凸台9与平板18的内侧连接，外端部6
‑
2钩在凸台9上，电机1的输出轴1
‑
1穿过卷簧6中部的圆孔。钢丝绳17依次绕过内滑轮21、外滑轮20后缠绕在卷筒5上。三根钢丝绳的布置方式相同，一组驱动装置控制一根钢丝绳，三组驱动装置分别控制三根钢丝绳。
64.卷筒旋转可施加对弹簧15的力，三根钢丝绳通过配合可以实现对弹簧姿态形状的控制。
65.由于驱动装置的特殊设计，可实现小尺寸电机提供较大扭矩，满足较大扭矩要求下，减小电机的尺寸，并且结构不会影响电机的精度，也降低了电机成本，进一步使软体机械臂体积更小、重量更轻，体积更小的软体机械臂适用于狭小空间工作场景。
66.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。