[發明專利]一種可實現彎曲運動解耦的絲驅動構節

有效

• 申請號: 202011322209.1
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112356016B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 黃龍;劉北;張鵬;段超;尹來容
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J17/00
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 張靖

本發明公開了一種可實現彎曲運動解耦的絲驅動構節，包括至少兩個首尾相連的絲驅動關節、串聯各個絲驅動關節的第一絲和第二絲；所述絲驅動關節包括基座盤、連桿和末端盤，所述基座盤與所述連桿連接并形成第一轉動副，所述第一轉動副的轉動軸線與所述基座盤的端面重合；所述末端盤與所述連桿連接并形成第二轉動副，所述第二轉動副的轉動軸線與所述末端盤的端面重合；所述第一絲依次穿過各個絲驅動關節并驅動第二轉動副轉動，所述第二絲依次穿過各個絲驅動關節并驅動第一轉動副轉動。該絲驅動構節能夠實現在兩個自由度上的彎曲解耦運動，可有效簡化機器人運動學和降低控制難度。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體涉及一種可實現彎曲運動解耦的絲驅動構節。

背景技術

由于絲驅動蛇形臂機器人可實現多自由度彎曲運動，在高度受限的復雜環境下能靈活工作，廣泛應用于維修檢測，微創手術等領域。近年來，可用于構建絲驅動蛇形臂機器人的關節類型豐富多樣，根據關節自由度可分為單自由度或兩自由度，其中常見的單自由度關節包括單自由度定軸轉動關節、柔性板和柱面滾動關節等；兩自由度關節包括軸線相交型(萬向節/球關節)定軸轉動關節、軸線不相交型定軸轉動關節、柔性中心桿和球面滾動關節等。

然而，現有的絲驅動蛇形臂機器人在任意方向轉動時往往具有彎曲耦合效應，即機器人關節在某一個方向彎曲運動時，另一方向驅動繩的長度也會隨彎曲角度變化。因此在機器人單方向彎曲時，需時時補償另一方向驅動繩的長度變化量。

徐凱，劉歡.多桿連續體機構：構型與應用[J].機械工程學報，2018年，第54卷第13期：25-32。上述文獻中公開了由末端盤、基座盤和間隔盤所構成的機械臂，該機械臂具有兩個自由度，并且可通過桿件驅動，但是在驅動機械臂彎曲的過程中，兩個自由度的彎曲方向上存在耦合，當彎曲一個方向上的桿件時，另一個方向上的桿件也會彎曲，這樣將增加控制的難度。

發明內容

為了解決絲驅動機器人的關節在驅動過程中，由于兩個自由度上的絲會互相耦合，從而增加了控制難度的問題，本發明提供了一種可實現彎曲運動解耦的絲驅動構節，其具體技術方案如下。

一種可實現彎曲運動解耦的絲驅動構節，包括至少兩個首尾相連的絲驅動關節、串聯各個絲驅動關節的第一絲和第二絲；所述絲驅動關節包括基座盤、連桿和末端盤，所述基座盤與所述連桿連接并形成第一轉動副，所述第一轉動副的轉動軸線與所述基座盤的端面重合；所述末端盤與所述連桿連接并形成第二轉動副，所述第二轉動副的轉動軸線與所述末端盤的端面重合；所述第一絲依次穿過各個絲驅動關節并驅動第二轉動副轉動，所述第二絲依次穿過各個絲驅動關節并驅動第一轉動副轉動。

進一步的，所述基座盤包括基座盤本體、以及從所述基座盤本體一端面向外側凸起的第一凸起部；

所述連桿包括連桿本體、從所述連桿本體第一端面向外側凸起的第二凸起部、以及從所述連桿本體第二端面向外側凸起的第三凸起部；所述第一端面與所述第二端面相對，所述第二凸起部上設有朝向所述連桿本體的第一凹陷部，所述第三凸起部上設有朝向所述連桿本體的第二凹陷部；

所述末端盤包括末端盤本體、以及從所述末端盤本體一端面向外側凸起的第四凸起部；

所述第一凸起部與所述第一凹陷部連接形成第一轉動副，所述第一轉動副的轉動軸線與基座盤本體的端面重合；所述第四凸起部與第二凹陷部連接形成第二轉動副，所述第二轉動副的轉動軸線與末端盤本體的端面重合。

進一步的，所述第一凸起部包括半圓柱狀凸起和檔環；所述檔環位于半圓柱狀的側面，用于阻擋第二凸起部的徑向移動。

進一步的，所述的所述第一凸起部上開設有容納所述第一絲穿過的第一槽，所述第一槽的軸向截面為梯形且所述梯形的下底遠離所述基座盤本體。

進一步的，所述第一槽貫穿所述第一凸起部的兩側，并且所述第一槽的貫穿方向垂直于所述第二轉動副的轉動軸線。