一种分布式有源无源混合绳索驱动系统技术方案

本发明专利技术公开一种分布式有源无源混合绳索驱动系统，包含直流电机、磁流变执行器模组、传动齿轮组，系统由直流电机提供动力，磁流变执行器调节输出，通过与输出轴固定连接的卷线轮带动绳索运动，动力通过绳索沿鲍登线传输至末端，末端连接被控物体，实现控制。该分布式有源无源混合绳索驱动系统能够实现大力矩、小惯性、高带宽的可控力输出，且相比纯电机驱动系统，体积小、效率高、成本低。

A distributed active passive hybrid cable drive system

【技术实现步骤摘要】
一种分布式有源无源混合绳索驱动系统
本专利技术属于智能机器人技术，具体涉及一种分布式有源无源混合绳索驱动系统。
技术介绍
绳索并联机器人由于其驱动系统后置，输出惯性小，安装使用方便灵活，被广泛应用于工业运载、医疗康复、航空航天等领域。用于绳索并联机器人的驱动系统通常由电机组成，电机转动，拉动绳索提供所需绳索张力。但是普通直流电机无法长时间工作在反转及堵转模式下(因为普通直流电机在长时间堵转或反转工作时，发热非常严重，线圈绕组会烧毁)，不利于绳索机器人的长时间使用，力矩电机成本高，体积大，惯性大，不利于绳索张力的控制。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种分布式有源无源混合绳索驱动系统。技术方案：本专利技术的一种分布式有源无源混合绳索驱动系统，包括直流电机、电机输出齿轮、若干传动齿轮组和若干磁流变执行器模组，直流电机分别与各传动齿轮组连接传动，各传动齿轮组与对应的磁流变执行器模组联动；各个传动齿轮组均包括电机传动齿轮、传动轴和磁流变传动齿轮，电机输出齿轮与直流电机的输出端相连，电机输出齿轮上啮合有对应的电机传动齿轮，电机传动齿轮安装于传动轴，传动轴设有若干磁流变传动齿轮；各个磁流变执行器模组均包括模组框架，以及安装于模组框架内的旋转式磁流变执行器、输出卷线轴和磁流变输入齿轮；磁流变输入齿轮固定于旋转式磁流变执行器且可绕模组框架转动，同时磁流变输入齿轮与对应的磁流变传动齿轮啮合，旋转式磁流变执行器的输出轴与输出卷线轴固接，通过调节磁流变执行器的阻尼来确定输出卷线轴的输出扭矩，输出卷线轴拉动与之相连的绳索，绳索受力，并沿鲍登线传递动力至末端被控物体，实现对被控物体的控制。上述绳索伸长缩短是通过磁流变输出端的绕线轴旋转实现。上述各磁流变执行器模组上还设有编码器，编码器安装于模组框架并与输出卷线轴连通，编码器测量输出卷线轴旋转角度，从而测量绳索伸缩长度。进一步的，直流电机转动提供动力，通过电机输出齿轮、电机传动齿轮、传动轴和磁流变传动齿轮之间的传递将动力至磁流变执行器模组，磁流变执行器模组通过磁流变输入齿轮与磁流变传动齿轮结合，接受动力，然后旋转式磁流变执行器绕模组框架转动，再通过调节磁流变执行器)的阻尼来确定输出卷线轴输出扭矩，输出卷线轴拉动绳索，绳索受力，并沿鲍登线传递动力至末端被控物体，实现对被控物体的控制。进一步的，传动齿轮组共有两组，磁流变执行器模组共有四组；两组传动齿轮组中的电机传动齿轮分别啮合于电机输出齿轮的两端，各电机传动齿轮分别连接于对应的传动轴，各传动轴上分别设有两个磁流变传动齿轮，四个磁流变传动齿轮分贝与各磁流变执行器模组中的磁流变输入齿轮相啮合。进一步的，传动轴上设有若干磁流变传动齿轮，磁流变传动齿轮的数量与磁流变执行器模组的数量相对应。整个驱动系统的输出端数量可以任意增加或减少，通过延长传动杆，同时增加传动齿轮及磁流变执行器模组数量，从而增加输出端数量，所有输出端输出功率之和应小于等于所用直流电机功率。有益效果：本专利技术的直流电机通电转动，通过电机输出齿轮、电机传动齿轮、传动轴、磁流变传动齿轮、磁流变输入齿轮带动各旋转式磁流变执行器转动，通过分别控制每个旋转式磁流变执行器的输出阻尼，控制与磁流变执行器输出轴固连的输出卷线轴产生不同的力拉动绳索，绳索受力，沿鲍登线传递动力至末端被控物体，实现对被控物体的控制。与现有技术相比,本专利技术具有如下优点：1.能够解耦系统输出转速与力矩，即输出力矩仅与磁流变可控输出阻尼有关，转速仅与电机转速有关，且不对电机转速进行控制，所选直流电机仅作为输出动力源，对其运动精度等参数无要求，可显著降低成本。2.磁流变执行器可以实现小惯性、大力矩、高带宽的力矩输出，绳索可以实现任意正向反向拉动，且自身阻尼特性能够有效抑制绳索张力控制过程中的抖动现象，能够显著提升绳索驱动系统力控制性能。3.混合驱动系统在实现高效输出的同时，体积相对传统驱动系统较小，便于安装，具有较高的灵活性。4.磁流变执行器成本与同性能力矩电机的成本相比较低，且具备更高的力输出性能，更低的功耗。附图说明图1是本专利技术四输出模式示意图。图2为本专利技术中四输出模式立体结构示意图；图3是本专利技术的分布式有源无源混合绳索驱动系统磁流变执行器模组示意图。图4是本专利技术的分布式有源无源混合绳索驱动系统多输出模式示意图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1至图3所示，本实施例的一种分布式有源无源混合绳索驱动系统，包括直流电机1、电机输出齿轮2、若干传动齿轮组和若干磁流变执行器模组，直流电机分别与各传动齿轮组连接传动，各传动齿轮组与对应的磁流变执行器模组联动；各个传动齿轮组均包括电机传动齿轮3、传动轴4和磁流变传动齿轮5，电机输出齿轮2与直流电机1的输出端相连，电机输出齿轮2上啮合有对应的电机传动齿轮3，电机传动齿轮3安装于传动轴4，传动轴4设有若干磁流变传动齿轮5；各个磁流变执行器模组均包括模组框架7，以及安装于模组框架7内的旋转式磁流变执行器8、输出卷线轴9和磁流变输入齿轮10；磁流变输入齿轮10固定于旋转式磁流变执行器8且可绕模组框架7转动，同时磁流变输入齿轮10与对应的磁流变传动齿轮5啮合，旋转式磁流变执行器8的输出轴与输出卷线轴9固接，通过调节磁流变执行器8的阻尼来确定输出卷线轴9的输出扭矩，输出卷线轴9拉动与之相连的绳索12，绳索12受力，并沿鲍登线13传递动力至末端被控物体，实现对被控物体14的控制。上述各磁流变执行器模组上还设有编码器11，编码器11安装于模组框架7并与输出卷线轴9连通，编码器11测量输出卷线轴9旋转角度，从而测量绳索12伸缩长度。本专利技术取消传统直流电机与输出的耦合，即电机只带动磁流变旋转，为其提供动力，而输出扭矩由磁流变的输出决定，磁流变输出特性即为大力矩、小惯性，使得整个驱动系统能够实现大力矩、小惯性输出，同时整个驱动体积小、成本低。上述系统的具体工作原理为：直流电机1转动提供动力，通过电机输出齿轮2、电机传动齿轮3、传动轴4和磁流变传动齿轮5之间的传递将动力至磁流变执行器模组6，磁流变执行器模组6通过磁流变输入齿轮10与磁流变传动齿轮5结合，接受动力，然后旋转式磁流变执行器绕模组框架7转动，再通过调节磁流变执行器8)的阻尼来确定输出卷线轴9输出扭矩，输出卷线轴9拉动绳索12，绳索12受力，并沿鲍登线13传递动力至末端被控物体，实现对被控物体14的控制。如图1和图2所示，若本实施例中的驱动系统为四输出模式，则传动齿轮组共有两组，磁流变执行器模组共有四组；两组传动齿轮组中的电机传动齿轮3分别啮合于电机输出齿轮2的两端，各电机传动齿轮3分别连接于对应的传动轴4，各传动轴4上分别设有两个磁流变传动齿轮5，四个磁流变传动齿轮5分贝与各磁流变执行器模组中的磁流变输入齿轮10相啮合。如图4所示，若本实施例中的驱动系统为多输出模式，则传动轴上设有若干磁流变传动齿轮5(例如8组等)，磁流变传动齿轮5的数量与磁流变执行器模组的数量相对应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式有源无源混合绳索驱动系统，其特征在于：包括直流电机(1)、电机输出齿轮(2)、若干传动齿轮组和若干磁流变执行器模组，直流电机分别与各传动齿轮组连接传动，各传动齿轮组与对应的磁流变执行器模组联动；各个传动齿轮组均包括电机传动齿轮(3)、传动轴(4)和磁流变传动齿轮(5)，电机输出齿轮(2)与直流电机(1)的输出端相连，电机输出齿轮(2)上啮合有对应的电机传动齿轮(3)，电机传动齿轮(3)安装于传动轴(4)，传动轴(4)设有若干磁流变传动齿轮(5)；各个磁流变执行器模组均包括模组框架(7)，以及安装于模组框架(7)内的旋转式磁流变执行器(8)、输出卷线轴(9)和磁流变输入齿轮(10)；所述磁流变输入齿轮(10)固定于旋转式磁流变执行器(8)且可绕模组框架(7)转动，同时磁流变输入齿轮(10)与对应的磁流变传动齿轮(5)啮合，旋转式磁流变执行器(8)的输出轴与输出卷线轴(9)固接，通过调节磁流变执行器(8)的阻尼来确定输出卷线轴(9)的输出扭矩，输出卷线轴(9)拉动与之相连的绳索(12)，绳索(12)受力，并沿鲍登线(13)传递动力至末端被控物体，实现对被控物体(14)的控制。

【技术特征摘要】
1.一种分布式有源无源混合绳索驱动系统，其特征在于：包括直流电机(1)、电机输出齿轮(2)、若干传动齿轮组和若干磁流变执行器模组，直流电机分别与各传动齿轮组连接传动，各传动齿轮组与对应的磁流变执行器模组联动；各个传动齿轮组均包括电机传动齿轮(3)、传动轴(4)和磁流变传动齿轮(5)，电机输出齿轮(2)与直流电机(1)的输出端相连，电机输出齿轮(2)上啮合有对应的电机传动齿轮(3)，电机传动齿轮(3)安装于传动轴(4)，传动轴(4)设有若干磁流变传动齿轮(5)；各个磁流变执行器模组均包括模组框架(7)，以及安装于模组框架(7)内的旋转式磁流变执行器(8)、输出卷线轴(9)和磁流变输入齿轮(10)；所述磁流变输入齿轮(10)固定于旋转式磁流变执行器(8)且可绕模组框架(7)转动，同时磁流变输入齿轮(10)与对应的磁流变传动齿轮(5)啮合，旋转式磁流变执行器(8)的输出轴与输出卷线轴(9)固接，通过调节磁流变执行器(8)的阻尼来确定输出卷线轴(9)的输出扭矩，输出卷线轴(9)拉动与之相连的绳索(12)，绳索(12)受力，并沿鲍登线(13)传递动力至末端被控物体，实现对被控物体(14)的控制。2.根据权利要求1所述的分布式有源无源混合绳索驱动系统，其特征在于：各磁流变执行器模组上还设有编码器(11)，编码器(11)安装于模组框架(7)并与输出卷线轴(9)连通，所述编码器(11)测量输出卷线轴(9)旋转角度，从而测量绳索...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，石珂，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32