[發(fā)明專利]一種繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011260420.5
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112476477B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚偉偉;龐順翔;張飛;叢爽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

本發(fā)明公開了一種繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)，包括驅(qū)動電機、驅(qū)動繩、繩輪、驅(qū)動絞盤、導(dǎo)引滑輪組、交叉滾子軸承、導(dǎo)引孔、電機支撐架、軸承外壓等部件，驅(qū)動電機通過繩輪驅(qū)動纏繞在絞盤上的繩，實現(xiàn)絞盤的旋轉(zhuǎn)運動，第二個自由度和第三個自由度是通過導(dǎo)引滑輪組將驅(qū)動繩從布置在前一個驅(qū)動絞盤的旋轉(zhuǎn)中心軸的繩輪引出，第一個絞盤旋轉(zhuǎn)中心軸和第二個絞盤旋轉(zhuǎn)中心軸相交于一點，第二個絞盤旋轉(zhuǎn)中心軸和第三個絞盤旋轉(zhuǎn)中心軸相交于一點，三個旋轉(zhuǎn)中心軸不相交于一點。采用繩驅(qū)動的方式驅(qū)動絞盤實現(xiàn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動，具有柔性高、轉(zhuǎn)動慣量小和負載自重比高等優(yōu)點，可有效對機器人驅(qū)動關(guān)節(jié)進行優(yōu)化設(shè)計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機器人，尤其涉及一種繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

近年來，協(xié)作機器人在人類生活中得到廣泛的應(yīng)用。然而，傳動協(xié)作機器人存在柔順性差、安全性能差等問題，驅(qū)動關(guān)節(jié)多數(shù)是剛性結(jié)構(gòu)，這也限制了協(xié)作機器人的發(fā)展。因此，具有柔順驅(qū)動關(guān)節(jié)的協(xié)作機器人是未來發(fā)展的趨勢。

傳統(tǒng)協(xié)作機器人多數(shù)采用剛性驅(qū)動關(guān)節(jié)，其運動精度較高，但是柔順性較差，為了提高機器人的柔順性，常采用柔順控制算法實現(xiàn)機器人的柔性，常用的的算法有導(dǎo)納控制和阻抗控制，這些控制方法對控制器性能要求較高，這也導(dǎo)致了該類機器人制造成本高，同時這類方法的柔順性一般，與實際要求仍有較大差距。

另一種方法是設(shè)計柔性關(guān)節(jié)提高機器人柔性，彈性材料和氣動元件等構(gòu)件應(yīng)用大大提高了機器人的柔性，然而多數(shù)高柔性機器人剛度較低，運動精度較差，同時負載較小。繩能夠?qū)崿F(xiàn)任意路徑運動和力的傳遞，設(shè)計繩的走線方案，將驅(qū)動力傳遞到關(guān)節(jié)處，實現(xiàn)關(guān)節(jié)的運動，同時繩自身的柔性可以有效提高驅(qū)動關(guān)節(jié)的柔性。

目前，機器人三自由度關(guān)節(jié)多數(shù)是三軸相交于一點，尤其是機器人肩關(guān)節(jié)配置，這會導(dǎo)致第三個自由度運動范圍受限，偏置設(shè)計可以提高關(guān)節(jié)的運動范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明的繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)，包括三自由度驅(qū)動裝置，每個自由度驅(qū)動裝置分別包括驅(qū)動電機、電機支架、交叉滾子軸承、軸承外壓、繩輪、絞盤、絞盤蓋板、導(dǎo)引滑輪組、連接蓋支架、連接蓋支架、連接支架支柱、導(dǎo)引孔；

所述驅(qū)動電機驅(qū)動繩輪，所述繩輪通過傳動繩驅(qū)動絞盤，所述繩輪的兩側(cè)邊緣布置兩根傳動繩，兩根傳動繩通過導(dǎo)引滑輪組和導(dǎo)引孔纏繞在絞盤，分別驅(qū)動絞盤的正反兩個轉(zhuǎn)動方向，所述交叉滾子軸承裝于所述絞盤與電機支架之間，所述連接蓋支架和連接支架支柱將電機支架與絞盤連接在一起。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)，與傳動機械臂關(guān)節(jié)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊，可拆卸性能好，運動空間大，關(guān)節(jié)之間的繩長變化沒有耦合，關(guān)節(jié)減速比具備可調(diào)性。為減小關(guān)節(jié)重量和空間體積，電機安裝絞盤旋轉(zhuǎn)中心位置，每個電機通過纏繞方向相反的傳動繩驅(qū)動一個旋轉(zhuǎn)自由度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的繩驅(qū)動三自由度偏置關(guān)節(jié)分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a、圖3b分別為本發(fā)明實施例中第一個驅(qū)動電機及其傳動繩連接示意圖。

圖4a、圖4b分別為本發(fā)明實施例中第二個驅(qū)動電機及其傳動繩連接示意圖。

圖5a、圖5b分別為本發(fā)明實施例中第三個驅(qū)動電機及其傳動繩連接示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例中三個旋轉(zhuǎn)中心軸的示意圖。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。本發(fā)明實施例中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。