一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，该装置采用一对旋转型驱动器分别通过各自输出轴固联的绞盘牵拉腱，进而驱动受控关节，构成拮抗式驱动；由于旋转型驱动器可采用尺寸较小的旋转型电机，而且绞盘可通过合理排布以充分利用灵巧手（尤其是小臂部）或机器人机体内的空间，该装置整体尺寸小巧，重量轻，噪音低，特别适用于整体尺寸小而且关节数量很多的灵巧手的关节的驱动，也可用于其它机器人关节的驱动。

An antagonistic driving device with winch and tendon drive

【技术实现步骤摘要】
一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置
本专利技术属于仿生灵巧手的驱动装置领域，具体涉及一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置。
技术介绍
仿生灵巧手是指手指数、自由度、形状和功能接近人手的机械手，能够灵活精细地操作物体，适合作为高性能假肢，或用于柔顺装配等工业场景，还可以代替人员进入污染、毒害、辐射等危险环境作业，以及应用于通用性较强的服务型机器人，是仿生机器人或人形机器人的关键组成部分。仿生灵巧手的特点是手部尺寸小巧而关节数量多，需要在狭小的空间内实现较大力量的传递，而且往往需要各个关节能够独立控制以达到较高的灵活性。目前灵巧手大多采用腱传动、齿轮或连杆等传动方式。其中，腱传动具有柔顺、能胯关节传递较大力量等特点，被广泛应用于自由度数量高的灵巧手系统。该方式是通过腱（采用钢丝或柔绳）将位于手臂内的驱动器的力与运动传递至手部关节处，能够有效平衡手部空间尺寸约束与需要传递较大力量的矛盾；有的方案还会在腱的外层套上腱鞘（即软管），使腱能够在腱鞘内轴向滑动，用于约束腱的走向以及提供保护。人的关节由一对肌肉群组形成拮抗式驱动，即当一组肌肉收紧，另一组肌肉释放，对应关节即向一个方向转动，反之亦然。目前一些采用腱传动的灵巧手模拟了这种方式，令每个关节由一对直线型驱动器进行拮抗式驱动，即需要关节向一个方向转动时，其中一个驱动器拉腱，另一个驱动器放腱，反之亦然；直线型驱动器主要采用气动元件（包括气动肌肉）或液压元件，再或者采用旋转型电机加上丝杠装置将电机输出轴的旋转运动转为直线运动；气动元件、液压元件的方案需要结合泵、控制阀等一系列配套环节，整体体积很大而且还伴随有较大的噪声；而旋转型电机加上丝杠装置的方案，其丝杠重量较大，传动效率低；因上述原因，这些方案不适合用于整体尺寸小而且关节数量很多的灵巧手的手指关节的驱动。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置；该装置采用一对旋转型驱动器分别通过各自输出轴固联的绞盘牵拉腱，进而驱动受控关节，构成拮抗式驱动；由于旋转型驱动器可采用尺寸较小的旋转型电机，而且绞盘可通过合理排布以充分利用灵巧手（尤其是小臂）内的空间，该装置整体尺寸小巧，重量轻，噪音低，特别适用于整体尺寸小而且关节数量很多的灵巧手的手指关节的驱动，也可用于其它机器人关节的驱动。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，所述装置包括：腱，I号旋转型驱动器，II号旋转型驱动器，I号绞盘，II号绞盘，关节处腱鞘引导元件，I号驱动器处腱鞘引导元件，II号驱动器处腱鞘引导元件，I号腱鞘，II号腱鞘，受控关节；所述受控关节包括转动端与关节座；转动端与关节座铰接，使受控关节可以转动；所述关节处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；所述关节处腱鞘引导元件与关节座相对固定；所述I号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；所述I号驱动器处腱鞘引导元件与I号旋转型驱动器的定子相对固定；所述II号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；所述II号驱动器处腱鞘引导元件与II号旋转型驱动器的定子相对固定；所述I号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与I号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；所述II号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与II号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；所述转动端与腱的中部任一点固联，受控关节由I号旋转型驱动器和II号旋转型驱动器共同驱动；其中，I号旋转型驱动器通过其输出轴固联的I号绞盘牵拉腱的一端，II号旋转型驱动器通过其输出轴固联的II号绞盘牵拉腱的另一端；腱在I号腱鞘和II号腱鞘中滑动；优选地，所述受控关节安装有关节角度传感器。优选地，所述受控关节安装有关节力和力矩传感器。优选地，所述腱安装有一至多个腱张力传感器。优选地，所述I号绞盘安装有力矩传感器，测量I号旋转型驱动器输出轴作用于I号绞盘的力矩。优选地，所述II号绞盘安装有力矩传感器，测量II号旋转型驱动器输出轴作用于II号绞盘的力矩。通过配置I号旋转型驱动器和II号旋转型驱动器各自的速度和输出力对受控关节的位置、速度、力矩、关节阻尼和关节刚度进行控制。动态调整关节阻尼可使受控关节的转动端以平滑或者爆发（如弹手指）的方式运动；动态调整受控关节的关节刚度，可使其不受外力干扰，或者柔顺地适应外力。本专利技术的有益效果为：本专利技术公开提供了一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，该装置采用一对旋转型驱动器分别通过各自输出轴固联的绞盘牵拉腱，进而驱动受控关节，构成拮抗式驱动；由于旋转型驱动器可采用尺寸较小的旋转型电机，而且绞盘可通过合理排布以充分利用灵巧手（尤其是小臂）内的空间，该装置整体尺寸小巧，重量轻，噪音低，特别适用于整体尺寸小而且关节数量很多的灵巧手的手指关节的驱动，也可用于其它机器人关节的驱动。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置的受控关节示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见附图1，本专利技术实施例公开了一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，包括：腱10，I号旋转型驱动器，II号旋转型驱动器，I号绞盘13，II号绞盘8，关节处腱鞘引导元件4，I号驱动器处腱鞘引导元件12，II号驱动器处腱鞘引导元件6，I号腱鞘11，II号腱鞘5，受控关节；所述I号旋转型驱动器和II号旋转型驱动器均配置为旋转型电机；所述受控关节包括转动端3与关节座（附图1中关节座已隐去）；转动端3与关节座铰接，使受控关节可以转动；所述关节处腱鞘引导元件4具有腱鞘安装口，腱10可从中穿过；所述关节处腱鞘引导元件4与关节座相对固定；所述I号驱动器处腱鞘引导元件12具有腱鞘安装口，腱10可从中穿过；所述I号驱动器处腱鞘引导元件12与I号旋转型驱动器的定子相对固定；所述II号驱动器处腱鞘引导元件6具有腱鞘安装口，腱10可从中穿过；所述II号驱动器处腱鞘引导元件6与II号旋转型驱动器的定子相对固定；所述I号腱鞘11的一端与关节处腱鞘引导元件4的腱鞘安装口相固联，另一端与I号驱动器处腱鞘引导元件12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，其特征在于，包括：腱，I号旋转型驱动器，II号旋转型驱动器，I号绞盘，II号绞盘，关节处腱鞘引导元件，I号驱动器处腱鞘引导元件，II号驱动器处腱鞘引导元件，I号腱鞘，II号腱鞘，受控关节；/n所述受控关节包括转动端与关节座；转动端与关节座铰接，使受控关节可以转动；/n所述关节处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；/n所述关节处腱鞘引导元件与关节座相对固定；/n所述I号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；/n所述I号驱动器处腱鞘引导元件与I号旋转型驱动器的定子相对固定；/n所述II号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；/n所述II号驱动器处腱鞘引导元件与II号旋转型驱动器的定子相对固定；/n所述I号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与I号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；/n所述II号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与II号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；/n所述转动端与腱的中部任一点固联，受控关节由I号旋转型驱动器和II号旋转型驱动器共同驱动；其中，I号旋转型驱动器通过其输出轴固联的I号绞盘牵拉腱的一端，II号旋转型驱动器通过其输出轴固联的II号绞盘牵拉腱的另一端；/n腱在I号腱鞘和II号腱鞘中滑动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置，其特征在于，包括：腱，I号旋转型驱动器，II号旋转型驱动器，I号绞盘，II号绞盘，关节处腱鞘引导元件，I号驱动器处腱鞘引导元件，II号驱动器处腱鞘引导元件，I号腱鞘，II号腱鞘，受控关节；
所述受控关节包括转动端与关节座；转动端与关节座铰接，使受控关节可以转动；
所述关节处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；
所述关节处腱鞘引导元件与关节座相对固定；
所述I号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；
所述I号驱动器处腱鞘引导元件与I号旋转型驱动器的定子相对固定；
所述II号驱动器处腱鞘引导元件具有腱鞘安装口，腱可从中穿过；
所述II号驱动器处腱鞘引导元件与II号旋转型驱动器的定子相对固定；
所述I号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与I号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；
所述II号腱鞘的一端与关节处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联，另一端与II号驱动器处腱鞘引导元件的腱鞘安装口相固联；
所述转动端与腱的中部任一点固联，受控关节由I号旋转型驱动器和II号旋转型驱动器共同驱动；其中，I号旋转型驱动器通过其输出轴固联的I号绞盘牵拉腱...

【专利技术属性】
技术研发人员：任化龙，李文强，
申请(专利权)人：深圳忆海原识科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44