[发明专利]模块化绳驱动解耦机械臂关节及其工作方法

摘要

本发明公开了一种模块化绳驱动解耦机械臂关节及其工作方法，涉及机器人领域。该解耦机构，设计了两种不同类型的模块化绳驱动关节，解决了多关节串联绳驱动机械臂的各关节间的运动耦合问题。根据目标任务的需求，变换关节的旋转类型、增减机械臂关节的个数，实现多种构型机械臂的组装，该应用方式应用范围广，实现成本低。由于该机械臂驱动单元置于基座处，采用绳索远程驱动，减小了关节的转动惯量，提高了驱动的响应特性。并且，绳索的柔顺性将大大提升机械臂与环境交互的安全性。本发明的绳驱动模块化关节结构紧凑，转动惯量低、驱动响应快，关节柔顺性好，安全交互性好。

主权项

一种模块化绳驱动解耦机械臂回转关节，其特征在于：包括回转基座(11)，回转连杆(12)，绳索运动解耦机构(3)，导向滑轮(13)，回转连杆承载轴承(14)；其中回转关节(1)的旋转轴线与回转连杆(12)轴线重合；其中上述的绳索运动解耦机构(3)实现对后端驱动绳索的运动解耦，实现回转关节(1)与后端关节的运动解耦，从前向后依次包括固定轮(31)、随动轮(32)、主动轮(33)；其中固定轮(31)包括固定轮轮盘和固定轮轮轴，固定轮轮盘和固定轮轮轴相互固连不能转动；随动轮(32)安装于固定轮轮轴上，它由解耦绳索驱动，并且轴向位移被限制；该绳索运动解耦机构(3)包括左解耦绳索(34‑1)、右解耦绳索(34‑2)、后端左驱动绳索(35‑1)、后端右驱动绳索(35‑2)、关节左驱动绳索(36‑1)、关节右驱动绳索(36‑2)；上述的随动轮(32)包括随动轮主体(32‑2)，其前侧安装有前侧导线盘(32‑1)，后侧安装有后侧导线盘(32‑3)，前侧导线盘(32‑1)和后侧导线盘(32‑3)结构相同，均加工有两同心圆环导线槽，两同心圆环导线槽分别为解耦绳索导线环槽和驱动绳索导线环槽；解耦绳索导线环槽和驱动绳索导线环槽的半径分别为r1,r2；随动轮主体(32‑2)上方还安装左定滑轮模块(32‑4)和右定滑轮模块(32‑5)；左定滑轮模块(32‑4)和右定滑轮模块(32‑5)均由同轴安装的一个解耦绳索定滑轮和一个驱动绳索定滑轮组成；上述固定轮(31)下方和主动轮(33)下方均设置有四个与轮轴轴线平行的通孔，且通孔进行圆角处理或安装滑轮分别用于上述左解耦绳索(34‑1)、右解耦绳索(34‑2)、后端左驱动绳索(35‑1)、后端右驱动绳索(35‑2)的导向；上述左解耦绳索(34‑1)的前端与固定轮(31)固定，之后先穿过固定轮(31)上的对应通孔，再按顺时针方向沿着前侧导线盘(32‑1)的解耦绳索导向环槽自下而上到达左定滑轮模块(32‑4)，再经过左定滑轮模块(32‑4)换向180度，再按逆时针方向沿着后侧导线盘(32‑3)的解耦绳索导向环槽自上而下，再穿过主动轮(33)上的对应通孔后，绳索的末端与主动轮(33)固定；上述右解耦绳索(34‑2)的前端与固定轮(31)固定，之后先穿过固定轮(31)上的对应通孔，再按逆时针方向沿着前侧导线盘(32‑1)的解耦绳索导向环槽自下而上到达右定滑轮模块(32‑5)，再经过右定滑轮模块(32‑5)换向180度，再按顺时针方向沿着后侧导线盘(32‑3)的解耦绳索导向环槽自上而下，再穿过主动轮(33)上的对应通孔后，绳索的末端与主动轮(33)固定；上述后端左驱动绳索(35‑1)的前端用于与后端关节的驱动单元相连；之后先穿过固定轮(31)上的对应通孔，再按顺时针方向沿着前侧导线盘(32‑1)的驱动绳索导向环槽自下而上到达左定滑轮模块(32‑4)，再经过左定滑轮模块(32‑4)换向180度，再按逆时针方向沿着后侧导线盘(32‑3)的驱动绳索导向环槽自上而下，再穿过主动轮(33)上的对应通孔后，后端左驱动绳索(35‑1)的末端与后端关节的旋转连杆相连；上述后端右驱动绳索(35‑2)的前端用于与后端关节的驱动单元相连；之后先穿过固定轮(31)上的对应通孔，再按逆时针方向沿着前侧导线盘(32‑1)的驱动绳索导向环槽自下而上到达右定滑轮模块(32‑5)，再经过右定滑轮模块(32‑5)换向180度，再按顺时针方向沿着后侧导线盘(32‑3)的驱动绳索导向环槽自上而下，再穿过主动轮(33)上的对应通孔后，后端右驱动绳索(35‑2)的末端与后端关节的旋转连杆相连；上述关节左驱动绳索(36‑1)的前端与关节的驱动单元相连，后端与主动轮(33)固连，关节左驱动绳索(36‑1)逆时针缠绕在主动轮(33)上；上述关节右驱动绳索(36‑2)的前端与关节的驱动单元相连，后端与主动轮(33)固连，关节右驱动绳索(36‑2)顺时针缠绕在主动轮(33)上；上述结构中所述顺时针方向和逆时针方向均指从前向后观察；上述绳索运动解耦机构(3)的固定轮(31)与回转关节(1)中的回转基座(11)固定连接，主动轮(33)与回转连杆(12)固定连接；回转连杆承载轴承(14)内圈安装在固定轮轮轴上，外圈安装在回转连杆(12)的轴孔中，承受回转关节(1)的轴向和径向载荷；导向滑轮(13)固定安装在回转基座(11)上，对关节左驱动绳索(36‑1)、关节右驱动绳索(36‑2)进行导向。