一种柔索滑轮形式的差动机构制造技术

本发明专利技术属于外骨骼机器人技术领域，并具体公开了一种柔索滑轮形式的差动机构，其包括主动轮、从动轮、输出轮、十字型连接件和心轴，其中：所述主动轮对称分布在输出轮左右两侧，主动轮与从动轮通过柔索连接，进而主动轮的旋转可以带动所述从动轮绕心轴的圆周运动；所述十字型连接件上下两端与所述从动轮连接，左右两臂与所述输出轮连接，进而所述从动轮绕心轴的圆周运动可带动输出轮绕心轴的旋转运动。本发明专利技术基于传统的锥齿轮差动机构，利用柔索的拉力替代齿轮间的啮合，并结合柔索传动的特点，将传统差动机构中的十字轴优化为心轴与十字型连接件的组合，通过柔索滑轮间的传动作用，达到运动合成的功能，实现了差动机构的小型化，轻量化。轻量化。轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种柔索滑轮形式的差动机构


[0001]本专利技术属于机器人外骨骼
，更具体地，涉及一种柔索滑轮形式的差动机构及其应用。

技术介绍

[0002]在外骨骼
，差动机构是一种常用的零部件，常用于将不同的运动基元合成并输出至关节以辅助运动。随着下肢外骨骼的小型化进程，基于锥齿轮的传统差动机构虽然可以达到目的，但是往往尺寸庞大、结构复杂、成本较高，且存在重量较大的问题。这些问题会引起外骨骼辅助效果变差，甚至由于差动机构造成额外的负载导致佩戴外骨骼辅助人体运动时，消耗的能量不降反增，严重影响了外骨骼的实际应用与推广。
[0003]因此，亟需一种适用于关节的小型化、轻量化的差动机构。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柔索滑轮形式的差动机构及其应用，其目的在于，实现两种独立运动的合成，并实现小型化，轻量化，使其适用于可穿戴的下肢外骨骼。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种柔索滑轮形式的差动机构，其包括主动轮、从动轮、输出轮、十字型连接件和心轴，其中：
[0006]所述十字型连接件套在心轴中部，所述十字型连接件上下两端与所述从动轮对称连接，左右两端与所述输出轮对称连接，所述主动轮对称分布在所述输出轮的左右两侧，所述主动轮与从动轮通过柔索连接，所述从动轮的圆周边缘位于在所述输出轮圆周边缘的扇形镂空内，所述主动轮用于带动所述从动轮绕心轴圆周运动，从而能够带动输出轮绕心轴进行差动式旋转运动。
[0007]进一步地，所述心轴为阶梯轴，所述主动轮为阶梯状滑轮，所述心轴用于轴向固定所述主动轮以及所述输出轮的位置。
[0008]进一步地，所述主动轮与所述从动轮上具有多个柔索固定处，所述多个柔索固定处包括位于所述从动轮与所述主动轮相接处的从动轮柔索固定处以及分别位于所述主动轮的同一水平位置上内外圆周表面的柔索头部固定处与柔索尾部固定处，所述同一水平位置与所述从动轮柔索固定处之间的距离优选1/8
‑
3/8个圆弧。
[0009]根据本专利技术的一个实施方式，所述多个柔索固定处包括盲孔以及与盲孔垂直的螺纹孔。柔索安装时，通过将开槽平端紧定螺钉由所述螺纹孔旋入并将柔索的绳端紧紧钉在所述盲孔内壁上，保证了柔索安装的稳定性。
[0010]进一步地，所述十字型连接件为板状，所述十字型连接件的厚度与输出轮的厚度之和小于或等于从动轮内圆周的直径，以保证主动轮内圆周与从动轮内圆周垂直相切。
[0011]进一步地，所述十字型连接件的左右两臂对称分布着两个通孔，该通孔与所述输出轮上直径相同的通孔对齐，并通过六角头螺栓将十字型连接件与输出轮固连；所述十字
型连接件的上下两臂对称分布着两个凸起的圆柱，所述两个从动轮安装在该凸起的圆柱上。
[0012]进一步地，所述输出轮与外部负载通过另一柔索连接，位于所述输出轮同一水平位置处的内外圆周表面具有柔索头部固定处与柔索尾部固定处。当所述输出轮转动时，所述另一柔索沿所述固定绳槽传递拉力并生成外部负载的运动。
[0013]进一步地，所述固定处优选固定绳槽，所述外部负载为机器人外骨骼。
[0014]按照本专利技术的另一方面，本专利技术还提出了一种上述柔索滑轮形式的差动机构的应用。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0016]1.本专利技术的柔索滑轮形式的差动机构利用柔索能够传递拉力的特性，模仿了基于锥齿轮啮合传动的传统差动机构，实现运动合成的功能。差动机构整体结构简单，无大型零件，重量较轻，体积较小，可实现下肢外骨骼驱动装置的小型化、轻量化，特别适用于穿戴式的外骨骼机器人；相比于传统差动机构，本专利技术通过十字轴将动力传输至轴的一侧，差动机构受力更加均匀，不会让心轴由于承受额外弯矩而发生弯曲。
[0017]2.本专利技术差动机构使用心轴代替传统差动机构中的十字轴等需要承受弯矩和扭矩的零件；使用加工较为简单的滑轮代替加工复杂的锥齿轮。这些优化使得零件受力更合理，降低了对零件材料及加工的要求。
[0018]3.本专利技术的十字型连接件相比于传统差动机构中的十字轴加工更简单，且由于拥有一定厚度，外加上其与心轴套接的方式，其上下两臂的宽度可以不受限于心轴的直径，其承受扭矩的能力大于受限于轴直径的十字轴，因此降低了对零件材料的要求，也降低了整个差动机构的成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例带有驱动轮的差动机构结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例柔索滑轮形式的差动机构功能示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例柔索滑轮形式的差动机构原理示意图。
[0022]图4为本专利技术实施例柔索连接的主视图(隐去部分零件)。
[0023]图5为本专利技术实施例柔索连接的右视图(隐去部分零件)。
[0024]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：主动轮(01)、从动轮(02)、输出轮(03)、十字型连接件(04)、心轴(05)、驱动轮一(06)、驱动轮二(07)、深沟球轴承(08)、第二柔索(09)、第三柔索(10)、第四柔索(11)、第一柔索(12)、紧定螺钉(13)。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
字型连接件04绕心轴05的旋转，进而带动输出轮03的旋转。因此当两个主动轮同时旋转时，所述的柔索滑轮形式的差动机构可以将两个主动轮的旋转运动合成并输出为输出轮绕心轴的旋转运动。
[0037]以下为具体实施例：
[0038]实施例1
[0039]一种柔索滑轮形式的差动机构，其包括一对主动轮01、一对从动轮02、一对输出轮03、十字型连接件04和心轴05，其中十字型连接件04套在心轴05中部，所述主动轮01对称分布在十字型连接件的左右两侧，十字型连接件04的左右两臂对称分布着两个通孔，该通孔与输出轮03上直径相同的通孔对齐，并通过六角头螺栓将十字型连接件04与输出轮03固连；十字型连接件04的上下两臂对称分布着两个凸起的圆柱，一对从动轮02安装在该凸起的圆柱上，从动轮02与圆柱之间安装有轴承，十字型连接件04的中心有一个通孔用于安装在阶梯状的心轴05上。
[0040]主动轮01与从动轮02上设有位于从动轮与所述主动轮相接处的从动轮柔索固定处以及分别位于所述主动轮的内外圆周表面上的柔索头部固定处与柔索尾部固定处，所述柔索头部固定处与柔索尾部固定处位于主动轮的同一水平位置上，所述同一水平位置与从动轮柔索固定处距离1/8个圆弧，所述主动轮的一侧与外部动力输入系统连接，另一侧与所述从动轮通过位于所述多个柔索固定处中的多个柔索连接，进而主动轮的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔索滑轮形式的差动机构，其特征在于，所述差动机构包括主动轮(01)、从动轮(02)、输出轮(03)、十字型连接件(04)和心轴(05)，其中：所述十字型连接件(04)套在心轴(05)中部，所述十字型连接件(04)上下两端与所述从动轮(02)对称连接，左右两端与所述输出轮(03)对称连接，所述主动轮(01)对称分布在所述输出轮(03)的左右两侧，所述主动轮(01)与所述从动轮(02)通过柔索连接，所述从动轮(02)的圆周边缘位于在所述输出轮(03)圆周边缘的扇形镂空内，所述主动轮(01)用于带动所述从动轮(02)绕心轴(05)圆周运动，从而能够带动输出轮(03)绕心轴进行差动式旋转运动。2.根据权利要求1所述的差动机构，其特征在于，所述心轴(05)为阶梯轴，所述主动轮(01)为阶梯状滑轮，所述心轴(05)用于轴向固定所述主动轮(01)以及所述输出轮(03)的位置。3.根据权利要求1所述的差动机构，其特征在于，所述主动轮(01)与所述从动轮(02)上具有多个柔索固定处，所述多个柔索固定处包括位于所述从动轮(02)与所述主动轮(01)相接处的从动轮柔索固定处以及分别位于所述主动轮的同一水平位置上内外圆周表面的柔索头部固定处与柔索尾部固定处，所述同一水平位置与所述从动...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁杰俊一，万广福，王沛霖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：