一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节制造技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节。本发明专利技术包括机械手、系绳收放模块、多自由度球铰模块；机械手的手腕关节与多自由度球铰模块相连，多自由度球铰模块与系绳收放模块相连，系绳收放模块的驱动控制多自由度球铰模块的输出，使得多自由度球铰模块控制机械手的手腕关节。本发明专利技术由于使用了高可靠性多自由度球铰式球铰，使得该机械手腕关节重量轻，结构尺寸小，安装方便。相比于传统的机械手腕关节，本发明专利技术的后端的采用系绳模拟人体肌腱信号，耦合度高，可实现机械手腕关节良好的柔性控制。本发明专利技术结构设计巧妙，制造方便，易于工程实现。本发明专利技术的多自由度球铰的质心稳定，转子受力均匀，驱动较为容易。驱动较为容易。驱动较为容易。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节


[0001]本专利技术涉及一种机械手腕关节，尤其是涉及了一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节。

技术介绍

[0002]目前市面上为肢体残疾人提供的高性价比假肢数量很少，大部分是装饰性的，且目前的假肢多采用单自由度电机结合机械机构实现手腕的多自由度转动，较多的机械传动机构使得手腕关键整体尺寸偏大，重量较大，活动不便，限制了假肢的使用和推广，虽然从20世纪70年代以来机械带腕假肢技术向着多自由度，高精度的方向发展，但是整体而言，目前成熟的商业带腕假手较少，从设计重点来看，多数对假肢的研究设计倾向于装饰性，较少考虑功能性。

技术实现思路

[0003]本专利技术以机械手腕关节为背景，针对传统机械手腕关节存在的尺寸偏大，重量较大，活动不便的缺点，提供了一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节，该机械手腕关节使用了多自由度的球铰，同时，使用了多条柔性系绳模拟人体肌腱发送运动指令，通过系绳的收放实现球铰的精确控制，最终得到机械手腕关节良好的柔顺控制效果。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]本专利技术包括机械手、系绳收放模块、多自由度球铰模块；所述机械手的手腕关节与多自由度球铰模块相连，多自由度球铰模块与系绳收放模块相连，系绳收放模块的驱动控制多自由度球铰模块的输出，使得多自由度球铰模块控制机械手的手腕关节。
[0006]所述的多自由度球铰模块包括球铰套、球铰底座、输出杆、外置自锁模块和内置球铰模块；
[0007]球铰底座的下表面与系绳收放模块固定连接，球铰套通过内置球铰模块安装在球铰底座上，球铰套的上部固定安装有外置自锁模块，外置自锁模块上固定安装有输出杆，输出杆与机械手的手腕关节同轴固定连接，外置自锁模块和内置球铰模块之间通过螺纹配合，内置球铰模块与外置自锁模块之间通过螺纹固连，则球铰套的轴向自锁；球铰底座中开有沿圆周等间隔布置的多个系绳通孔，系绳收放模块穿过系绳通孔后与外置自锁模块固定连接。
[0008]所述内置球铰模块包括球铰杆和球铰杆顶盖；
[0009]所述球铰套的中部在竖直方向上开有安装通孔，安装通孔上部的直径大于安装通孔下部的直径并且安装通孔中部设置为漏斗状的圆弧孔，球铰杆的一端设置为球状，球铰杆的另一端设置为杆状，球铰杆杆状的一端从上穿过安装通孔后与球铰底座连接，球铰杆球状的一端正好卡在安装通孔中部的漏斗状的圆弧孔中，从而使得球铰杆固定安装在球铰套的中部；靠近球铰杆球状的一端的安装通孔上部还设置有球铰杆顶盖，球铰杆顶盖与球铰杆球状的一端接触；球铰杆球状一端的顶部还开设有盲孔，外置自锁模块的下部穿过球
铰杆顶盖后设置在盲孔中与球铰杆球状的一端进行螺纹连接，从而实现球铰套的轴向自锁。
[0010]所述外置自锁模块包括锁死电机、传动销、自锁螺杆、内衬套和球铰顶盖；
[0011]球铰顶盖固定安装在球铰套上，球铰顶盖上固定安装有输出杆，球铰顶盖的下表面与系绳收放模块之间固定连接，球铰顶盖的中部开有顶盖通孔，顶盖通孔中安装有自锁螺杆和内衬套，自锁螺杆外同轴套装有内衬套，自锁螺杆的上端设置有锁死电机，锁死电机的输出轴通过传动销与自锁螺杆的上端同轴固定连接，自锁螺杆的下端与内置球铰模块的上部通过螺纹配合，锁死电机的驱动，使得与锁死电机的输出轴同轴连接的自锁螺杆向下旋转运动后，自锁螺杆的下端与内置球铰模块的上部通过螺纹固定连接，则实现球铰套的轴向自锁。
[0012]所述的系绳收放模块包括连接轴、张紧轮、轮毂电机、系绳底座、电机支架和系绳；
[0013]多自由度球铰模块与系绳底座之间通过连接轴进行连接，系绳底座上沿圆周等间隔安装有多个电机支架，每个电机支架上安装有轮毂电机，张紧轮上设置拉力传感器，用于测量系绳的拉力，每根系绳的一端通过张紧轮卷绕在轮毂电机上，每根系绳的另一端与多自由度球铰模块固定连接。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术相比于传统机械手腕关节，由于使用了高可靠性多自由度球铰式球铰，使得该机械手腕关节重量轻，结构尺寸小，安装方便。
[0016]2、相比于传统的机械手腕关节，本专利技术的后端的采用系绳模拟人体肌腱信号，耦合度高，可实现机械手腕关节良好的柔性控制。
[0017]3、本专利技术结构设计巧妙，制造方便，易于工程实现。
[0018]4、本专利技术的多自由度球铰的质心稳定，转子受力均匀，驱动较为容易。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的机械手腕关节三维图之一；
[0020]图2是本专利技术的机械手腕关节三维图之二；
[0021]图3是本专利技术的多自由度球铰模块示意图；
[0022]图4是本专利技术的多自由度球铰的剖面图；
[0023]图5是本专利技术的系绳收放模块示意图；
[0024]图中：1、球铰杆，2、球铰套，3、锁死电机，4、球铰底座，5、球铰杆顶盖，6、球铰杆螺母，7、传动销，8、自锁螺杆，9、内衬套，10、输出杆，11、系绳通孔，12、连接螺钉，13、连接轴，14、张紧轮，15、轮毂电机，16、系绳底座，17、电机支架，18、系绳，19、轮毂电机外壳，20、机械手，21、球铰顶盖。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施对本专利技术作进一步说明。
[0026]如图1和图2所示，本专利技术包括机械手20、系绳收放模块、多自由度球铰模块；机械手20的手腕关节与多自由度球铰模块相连，多自由度球铰模块与系绳收放模块相连，系绳收放模块的驱动控制多自由度球铰模块的输出，使得多自由度球铰模块控制机械手20的手
腕关节。
[0027]系绳收放模块中的轮毂电机转动，带动另一端连接在球铰顶盖21上的系绳收放，同时，通过系绳收放模块中的张紧轮上安装的拉力传感器实时监测每一根系绳的拉力大小，通过调节轮毂电机对系绳的收放，实现输出杆不同的位姿变化。
[0028]如图3和图4所示，多自由度球铰模块包括球铰套2、球铰底座4、输出杆10、外置自锁模块和内置球铰模块；
[0029]球铰底座4的下表面与系绳收放模块固定连接，球铰套2通过内置球铰模块安装在球铰底座4上，球铰套2的上部固定安装有外置自锁模块，外置自锁模块上固定安装有输出杆10，输出杆10与机械手20的手腕关节同轴固定连接，外置自锁模块和内置球铰模块之间通过螺纹配合，内置球铰模块与外置自锁模块之间通过螺纹固连，则球铰套2的轴向自锁，否则，球铰套2的轴向不自锁；球铰底座4中开有沿圆周等间隔布置的多个系绳通孔11，具体实施中，通孔11为3个，即相邻两个通孔11之间的夹角为120
°
，系绳收放模块的多根系绳18穿过对应的系绳通孔11后与外置自锁模块固定连接。
[0030]内置球铰模块包括球铰杆螺母6、球铰杆1和球铰杆顶盖5；
[0031]球铰套2的中部在竖直方向上开有安装通孔，安装通孔上部的直径大于安装通孔下部的直径并且安装通孔中部设置为漏斗状的圆弧孔，球铰杆1的一端设置为球状，球铰杆1的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节，其特征在于，包括机械手(20)、系绳收放模块、多自由度球铰模块；所述机械手(20)的手腕关节与多自由度球铰模块相连，多自由度球铰模块与系绳收放模块相连，系绳收放模块的驱动控制多自由度球铰模块的输出，使得多自由度球铰模块控制机械手(20)的手腕关节。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节，其特征在于，所述的多自由度球铰模块包括球铰套(2)、球铰底座(4)、输出杆(10)、外置自锁模块和内置球铰模块；球铰底座(4)的下表面与系绳收放模块固定连接，球铰套(2)通过内置球铰模块安装在球铰底座(4)上，球铰套(2)的上部固定安装有外置自锁模块，外置自锁模块上固定安装有输出杆(10)，输出杆(10)与机械手(20)的手腕关节同轴固定连接，外置自锁模块和内置球铰模块之间通过螺纹配合，内置球铰模块与外置自锁模块之间通过螺纹固连，则球铰套(2)的轴向自锁；球铰底座(4)中开有沿圆周等间隔布置的多个系绳通孔(11)，系绳收放模块穿过系绳通孔(11)后与外置自锁模块固定连接。3.根据权利要求2所述的一种基于柔性系绳驱动的机械手腕关节，其特征在于，所述内置球铰模块包括球铰杆(1)和球铰杆顶盖(5)；所述球铰套(2)的中部在竖直方向上开有安装通孔，安装通孔上部的直径大于安装通孔下部的直径并且安装通孔中部设置为漏斗状的圆弧孔，球铰杆(1)的一端设置为球状，球铰杆(1)的另一端设置为杆状，球铰杆(1)杆状的一端从上穿过安装通孔后与球铰底座(4)连接，球铰杆(1)球状的一端正好卡在安装通孔中部的漏斗状的圆弧孔中，从而使得球铰杆(1)固定安装在球铰套(2)的中部；靠近球铰杆(1)球状的一端的安装通孔上部还设置有球铰杆顶盖(5)，球铰杆顶盖(5)与球铰杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王班，王欣杰，张巨勇，董源，冯长水，程智鑫，代常路，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：