本發(fā)明涉及航天領域，具體為航天器柔性機械臂及繩索驅動，尤其是一種用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置。

背景技術：

1、在衛(wèi)星載荷設備中，如衛(wèi)星上的太陽能電池、星載天線、空間機器人等，均會應用繩驅柔性機械臂。

2、繩驅柔性機械臂在往復伸縮及彎曲變形操控過程中部分驅動繩會出現松弛甚至打結的情況，操作結束后恢復初始狀態(tài)時也會因為驅動繩松弛或打結的影響導致經常出現零位不準，嚴重影響柔性臂的控制精度。本發(fā)明提出一種用于驅動繩張緊的機構，實現了繩驅柔性可伸縮機械臂驅動繩的長行程的被動張緊功能。

3、繩驅柔性機械臂作為柔性機械臂的一大類，因其響應速度快、結構相較簡單、易于實現高精度控制等優(yōu)勢廣受關注。繩驅柔性機械臂一般采用繩索與被動關節(jié)的組合，通過繩索傳遞驅動力實現被動關節(jié)的伸縮、彎曲變形。由于繩索的基本特性和柔性臂本身彈性形變的影響，操作過程及操作結束復位后無可避免的會出現驅動繩松弛的現象，故而需要對纏繞的繩索進行張緊。

4、張緊方式一般分為主動張緊和被動張緊兩種。主動張緊方式（《一種套接式展收機構繩驅動張緊裝置及其控制方法—cn?107013641?a》、《一種應用于繩驅機器人的張緊機構—cn?114589683?a》）主要是通過設計復雜的程序控制補償算法或通過操作者觀察，當繩索松弛時主動控制驅動電機或張緊電機回收驅動繩實現繩索的張緊。被動張緊方式《一種彈簧式自動張緊機構—cn?206988069?u》、《一種繩驅機械臂的傳動繩預緊裝置—cn109986545?a》主要是通過設置張緊彈簧實現較小范圍的張緊。

5、程控主動張緊方式由于其補償算法的設置條件和算法本身的局限性加之較為復雜的結構，既有可靠性較低的風險，也無法滿足驅動繩松弛繩長的累積誤差，而導致控制精度會逐漸降低；操作者操控的主動張緊方式無法實現更高的自動化要求，且人在回路的這種方式會導致誤差更大。

6、設置張緊彈簧的被動張緊方式，由于受到張緊彈簧長度的限制，僅能實現小幅度的張緊。隨著柔性機械臂的使用無法滿足驅動繩索不斷松弛的使用條件，仍須定期調整驅動繩松緊，且由于普遍采用螺釘張緊以及受到安裝空間的限制，操作也極為不便。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，本發(fā)明應用于航天器的載荷設備中，通過驅動繩張緊機構和纏繞機構的一體化設計，實現了無需調節(jié)張緊力即可實現驅動繩索連續(xù)被動張緊的功能。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供一種用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，所述裝置包括驅動電機、支撐結構、束線罩殼和一體化繞線結構；其中，

3、所述支撐結構用于連接驅動電機和束線罩殼，使得束線罩殼和支撐結構、驅動電機組成封閉空間以約束和保護一體化繞線結構；

4、所述一體化繞線結構包括固定芯軸、張緊卷簧、繞線輪和纏繞在繞線輪上的驅動繩；所述固定芯軸連接至驅動電機的驅動軸，所述張緊卷簧一端與固定芯軸連接，另一端與繞線輪連接；使得繞線輪可以相對固定芯軸轉動一定圈數，若在收縮驅動繩過程中驅動繩發(fā)生松弛，便會及時收緊驅動繩，實現連續(xù)預緊功能。

5、進一步，所述張緊卷簧環(huán)繞套設在固定芯軸上，張緊卷簧最內端的內圈掛鉤與固定芯軸連接固定，最外端的外圈掛鉤連接至繞線輪，使得張緊卷簧通過有限空間內的收緊和放松，為裝置持續(xù)提供張緊力。

6、進一步，所述固定芯軸與驅動電機的驅動軸固定連接，驅動軸旋轉時帶動固定芯軸旋轉；固定芯軸上設有固定卡槽，用于連接張緊卷簧的內圈掛鉤。

7、進一步，固定芯軸4為臺階軸，一端設計了定位孔，另一端設有連接張緊卷簧的固定卡槽，固定芯軸的中部設有限位擋板，定位孔一側設有滾珠槽。

8、進一步，所述繞線輪為具有容納腔的圓柱形結構，兩端分別設有擋線板，其中一端設計固定槽，用于連接張緊卷簧的外圈掛鉤；固定槽的長度大于卷簧的寬度，繞線輪內部的容納腔用于放置張緊卷簧和固定芯軸。

9、進一步，所述一體化繞線結構還包括擋板，所述擋板用于約束張緊卷簧，使得張緊卷簧保持在繞線輪的容納腔中。

10、進一步，所述擋板一端設有用于約束張緊卷簧的凸臺，軸向設有多個連接孔，用于連接擋板和繞線輪。

11、進一步，所述支撐結構為具有底板和豎直板的l形連接板，支撐結構的底板為長方形，四角處設有用于連接驅動電機的安裝孔，豎直板為正方形板，豎直板中心開設有過孔，豎直板四角設有用于連接束線罩殼的安裝孔。

12、進一步，所述束線罩殼用于約束驅動繩的出繩方向；束線罩殼具有底壁、四個側壁和安裝部，底壁上設置有通孔，固定芯軸的一端可從通孔中伸出；四個側壁分別設置有出線孔；安裝部上設有用于與支撐結構連接的安裝孔。

13、進一步，所述裝置的裝配順序如下：

14、（1）首先將張緊卷簧的內圈掛鉤卡進固定芯軸的卡槽內繞緊，再將繞線輪套在其外部，并把張緊卷簧的外圈掛鉤穿過繞線輪上設計的擋板卡進固定槽中，繞線輪上設計多個卡槽，方便調節(jié)張緊卷簧的外圈掛鉤的安裝位置，最后連接擋板和繞線輪，保證凸臺朝向張緊卷簧方向，完成一體化繞線結構的組裝；

15、（2）接著將一體化繞線結構按定位孔方向通過鍵或頂絲與驅動電機的驅動軸連接，使固定芯軸與驅動軸之間不會發(fā)生相對轉動，再將連接后的整體穿過支撐結構的中間過孔，最后將透過支撐結構中間過孔的部分框在束線罩殼內，并將束線罩殼固定完成裝置的組裝。

16、本發(fā)明用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置應用于航天工程中的在軌設備，主要應用于衛(wèi)星載荷設備中，如衛(wèi)星上的太陽能電池、星載天線、空間機器人等。

17、本發(fā)明提出的張緊裝置具有結構緊湊、預緊力被動張緊、張緊形成長的特點；結構緊湊變小為張緊機構集成繞線組件的一體化設計，相當于電機體積的1/4；被動張緊體現在無需額外張緊驅動電機，或者其他能量輸入；長行程體現為本發(fā)明示例8㎜繞線半徑張緊長度可達500㎜。本裝置無需調節(jié)張緊力即可實現驅動繩索連續(xù)被動張緊的功能，防止機械臂在往復伸縮及彎曲變形操控過程中發(fā)生驅動繩松弛或打結等狀況，進而有效提高了繩驅柔性機械臂的控制精度。

技術特征：

1.一種用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述裝置包括驅動電機、支撐結構、束線罩殼和一體化繞線結構；其中，

2.根據權利要求1所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述張緊卷簧環(huán)繞套設在固定芯軸上，張緊卷簧最內端的內圈掛鉤與固定芯軸連接固定，最外端的外圈掛鉤連接至繞線輪，使得張緊卷簧通過有限空間內的收緊和放松，為裝置持續(xù)提供張緊力。

3.根據權利要求2所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述固定芯軸與驅動電機的驅動軸固定連接，驅動軸旋轉時帶動固定芯軸旋轉；固定芯軸上設有固定卡槽，用于連接張緊卷簧的內圈掛鉤。

4.根據權利要求3所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，固定芯軸4為臺階軸，一端設計了定位孔，另一端設有連接張緊卷簧的固定卡槽，固定芯軸的中部設有限位擋板，定位孔一側設有滾珠槽。

5.根據權利要求4所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述繞線輪為具有容納腔的圓柱形結構，兩端分別設有擋線板，其中一端設計固定槽，用于連接張緊卷簧的外圈掛鉤；固定槽的長度大于卷簧的寬度，繞線輪內部的容納腔用于放置張緊卷簧和固定芯軸。

6.根據權利要求5所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述一體化繞線結構還包括擋板，所述擋板用于約束張緊卷簧，使得張緊卷簧保持在繞線輪的容納腔中。

7.根據權利要求6所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述擋板一端設有用于約束張緊卷簧的凸臺，軸向設有多個連接孔，用于連接擋板和繞線輪。

8.根據權利要求1所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述支撐結構為具有底板和豎直板的l形連接板，支撐結構的底板為長方形，四角處設有用于連接驅動電機的安裝孔，豎直板為正方形板，豎直板中心開設有過孔，豎直板四角設有用于連接束線罩殼的安裝孔。

9.根據權利要求1所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述束線罩殼用于約束驅動繩的出繩方向；束線罩殼具有底壁、四個側壁和安裝部，底壁上設置有通孔，固定芯軸的一端從通孔中伸出；四個側壁分別設置有出線孔；安裝部上設有用于與支撐結構連接的安裝孔。

10.根據權利要求1-9任一項所述的用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，其特征在于，所述裝置的裝配順序如下：

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于繩驅機械臂的小體積大行程被動張緊裝置，包括驅動電機、支撐結構、束線罩殼和一體化繞線結構；其中，支撐結構用于連接驅動電機和束線罩殼，使得束線罩殼和支撐結構、驅動電機組成封閉空間以約束和保護一體化繞線結構；一體化繞線結構包括固定芯軸、張緊卷簧、繞線輪和纏繞在繞線輪上的驅動繩；固定芯軸連接至驅動電機的驅動軸，張緊卷簧一端與固定芯軸連接，另一端與繞線輪連接；使得繞線輪可以相對固定芯軸轉動一定圈數，若在收縮驅動繩過程中驅動繩發(fā)生松弛，便會及時收緊驅動繩，實現連續(xù)預緊功能，防止機械臂在往復伸縮及彎曲變形操控過程中發(fā)生驅動繩松弛或打結等狀況，提高繩驅柔性機械臂的控制精度。

技術研發(fā)人員：張翔,付康佳,吳雪松,許同林,余孫全,張琦
受保護的技術使用者：中國人民解放軍軍事科學院國防科技創(chuàng)新研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30