[发明专利]一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及其解耦方法

权利要求书

1.一种绳驱动机械臂关节的解耦机构，其特征在于，所述的机械臂结构包括：前臂（18）、后臂（19）、并排布置且与后臂（19）固定连接的两定位杆一（1）、与前臂（18）固定连接的两两一组、并排布置的定位杆二（2）和定位杆三（3）以及单独的定位杆四（4）；

所述解耦机构包括：导向滑轮组五、过渡轮一（81）、解耦组件、导向滑轮组三和后端关节驱动绳索（11）；

所述导向滑轮组五由导向滑轮五套在定位杆一（1）上组成，每一定位杆一（1）上套一个导向滑轮五，所述导向滑轮五包括第一导向滑轮五（161）和第二导向滑轮五（162）；

所述解耦组件自上而下依次包括：解耦部件一、导向滑轮组四、解耦部件二和导向滑轮组一；

所述解耦部件一由主动轮（7）、解耦绳索驱动轮一（61）和解耦绳索驱动轮二（62）依次固定连接在关节连杆（5）上组成；

过渡轮一（81）套在关节连杆（5）上，且处于解耦绳索驱动轮一（61）和解耦绳索驱动轮二（62）之间；

所述导向滑轮组四由导向滑轮四套在定位杆二（2）上组成，每一定位杆二（2）上套三个导向滑轮四，所述导向滑轮四包括：第一导向滑轮四（151）、第二导向滑轮四（152）、第三导向滑轮四（153）、第四导向滑轮四（154）、第五导向滑轮四（155）和第六导向滑轮四（156）；

所述解耦部件二由并排布置的位移补偿装置一和位移补偿装置二组成，所述位移补偿装置一由固定块一（101）、第一导向滑轮二（131）和固定块三（103）依次连接在滑梁一（91）上组成，所述位移补偿装置二由固定块二（102）、第二导向滑轮二（132）和固定块四（104）依次连接在滑梁二（92）上组成；

前臂（18）上加工有两滑槽（20）用于限制对应的滑梁作上下移动；

所述导向滑轮组一由第一导向滑轮一（121）和第二导向滑轮一（122）依次套在定位杆四（4）上组成；

所述解耦组件还包括解耦绳索，所述解耦绳索包括解耦绳索一（16）和解耦绳索二（17）；

解耦绳索一（16）的上段绕过解耦绳索驱动轮一（61）、第一导向滑轮四（151）和第二导向滑轮四（152）固定在固定块一（101）和固定块二（102）的上表面，解耦绳索二（17）的上段绕过解耦绳索驱动轮二（62）、第五导向滑轮四（155）和第六导向滑轮四（156）固定在固定块三（103）和固定块四（104）的上表面，解耦绳索一（16）的下段绕过第一导向滑轮一（121）固定在固定块一（101）和固定块二（102）的下表面，解耦绳索二（17）的下段绕过第二导向滑轮一（122）固定在固定块三（103）和固定块四（104）的下表面；

所述导向滑轮组三由导向滑轮三套在定位杆三（3）上组成，每一定位杆三（3）上套一个导向滑轮三，所述导向滑轮三包括第一导向滑轮三（141）和第二导向滑轮三（142）；

两定位杆三（3）位于所述解耦组件外侧、滑梁一（91）和滑梁二（92）上方，两侧各一；

后端关节驱动绳索（11）包括后端关节驱动绳索左段（111）和后端关节驱动绳索右段（112）；后端关节驱动绳索左段（111）的下端与后端关节驱动器（202）相连，之后向上顺时针绕过第一导向滑轮三（141）换向180°，再向下逆时针绕过滑梁一（91）上的第一导向滑轮二（131）换向180°，然后向上通过第三导向滑轮四（153）、过渡轮一（81）以及第一导向滑轮五（161）后与后端关节的驱动轮相连；

后端关节驱动绳索右段（112）的下端与后端关节驱动器（202）相连，之后先向上逆时针绕过第二导向滑轮三（142）换向180°，向下再顺时针绕过滑梁二（92）上的第二导向滑轮二（132）换向180°，然后向上通过第四导向滑轮四（154）、过渡轮一（81）以及第二导向滑轮五（162）后与后端关节的驱动轮相连；

当前关节驱动绳索（15）连接主动轮（7）和当前关节驱动器（201）。

2.根据权利要求1所述的一种绳驱动机械臂关节的解耦机构，其特征在于，过渡轮一（81）的轮槽直径是解耦绳索驱动轮一（61）和解耦绳索驱动轮二（62）轮槽直径的2倍。

3.一种绳驱动机械臂关节解耦机构的解耦方法，其特征在于，

利用过渡轮一（81）的轮槽直径是解耦绳索驱动轮一（61）和解耦绳索驱动轮二（62）轮槽直径的2倍，实现滑梁一（91）和滑梁二（92）的位移变化率是后端关节驱动绳索（11）末端位移变化率wr的1/2，即wr/2，其中，w是当前关节连杆（5）的转动角速度，r为过渡轮一（81）的轮槽半径；

由于解耦绳索一（16）和解耦绳索二（17）与两滑梁的固定连接，无论当前关节连杆（5）是正转还是反转，都能实现导向滑轮二稳定准确的位移；

由当前关节连杆（5）逆时针转动引起的后端关节驱动绳索左段（111）上端的末端将产生+wr的位移，后端关节驱动绳索右段（112）上端的末端将产生-wr的位移，其中，以沿着绳索方向由后端关节驱动器（202）指向关节方向为正；滑梁一（91）向下移动，滑梁二（92）向上移动，由滑梁一（91）和滑梁二（92）移动引起的后端关节驱动绳索左段（111）上端的末端将产生-2wr/2的位移，后端关节驱动绳索右段（112）上端的末端将产生+2wr/2的位移，其中，以沿着绳索方向由后端关节驱动器（202）指向关节方向为正；前后的位移实现相互抵消，即无论主动轮（7）带动当前关节连杆（5）如何转动，经过解耦关节的后端关节驱动绳索左段（111）和后端关节驱动绳索右段（112）的末端与当前关节连杆（5）之间无相对位移；

当当前关节驱动器（201）带动主动轮（7）以角速度w顺时针转动时，当前关节连杆（5）顺时针转动，后端关节驱动绳索左段（111）上端的末端将产生-wr的位移，后端关节驱动绳索右段（112）上端的末端将产生+wr的位移，其中，以沿着绳索方向由后端关节驱动器（202）指向关节方向为正；滑梁一（91）向上移动，滑梁二（92）向下移动，由滑梁一（91）和滑梁二（92）移动引起的后端关节驱动绳索左段（111）上端的末端将产生+2wr/2的位移，后端关节驱动绳索右段（112）上端的末端将产生-2wr/2的位移，其中，以沿着绳索方向由后端关节驱动器（202）指向关节方向为正；前后的位移实现相互抵消，即无论主动轮（7）带动当前关节连杆（5）如何转动，经过解耦关节的后端关节驱动绳索左段（111）和后端关节驱动绳索右段（112）的末端与当前关节连杆（5）之间无相对位移，从而实现前后关节间的运动解耦。