一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构制造技术

本发明专利技术公开了一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，包括吊臂、多向旋转关节、摆动臂和绳驱单元；多个吊臂长度方向上的轴线于同一平面上绕同一轴线呈放射状布置，多个吊臂的一端相互连接固定构成吊臂架；多向旋转关节安装于吊臂架的中心轴线上，摆动臂与多向旋转关节连接固定；绳驱单元安装于摆动臂上，绳驱单元与中心对称的两吊臂绳驱传动连接，绳驱单元用于驱动摆动臂绕吊臂架的中心轴线进行多向摆动；通过吊臂绳驱单元的绳拉力放大，提高关节机构的输出力矩增加其负载能力；且绳驱单元的过载能力好，其驱动特性使关节机构具备较高的柔顺性；多向旋转关节使得关节机构具备空间360

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别涉及一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构。

技术介绍

[0002]现有的模块化关节包括传统关节和绳索驱动关节。
[0003]传统关节模块在关节空间内集成电机驱动、传动齿轮、减速器、力矩传感器、编码器、控制器和电气线束等设备，导致结构较为复杂，关节空间拥挤，关节质量较重。而具备空间2DOF(Degree of freedom，自由度)运动能力的关节需要两个关节模块正交布置，这种设计方案显著增加了关节质量和体积，导致由此组成的机械臂运动惯量大，快速运动性能不佳。
[0004]绳索驱动关节依靠绳索驱动万向节运动，可以实现空间2DOF运动，并且绳索驱动相较于传统关节可以实现旋转关节与驱动装置的分离，使关节质量和体积大幅减小，机械臂运动惯量低，可以实现快速运动。但是现有绳索驱动关节由于结构限制导致关节运动范围小，并且关节输出力矩弱。
[0005]而大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人，因其应用场景的需求，要求其关节具备空间2DOF运动能力、关节输出扭矩大、整体质量轻、刚度大、柔顺性好以及耐冲击等特点。
[0006]而现有的模块化关节在运动能力、输出扭矩、整体质量、刚度、柔顺性和耐冲击度均存在不足；所以现有的模块化关节，难以同时满足大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人对其应用的关节的特别需求。
[0007]因此需要一种能够同时满足大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人的特别需求的关节机构。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，以解决现有模块化关节在运动能力、输出扭矩、整体质量、刚度、柔顺性和耐冲击度上，不能满足大型机器人对模块化关节的使用需求问题。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，包括吊臂、多向旋转关节、摆动臂和绳驱单元；多个所述吊臂长度方向上的轴线于同一平面上绕同一轴线呈放射状布置，多个所述吊臂的一端相互连接固定构成吊臂架；所述多向旋转关节安装于所述吊臂架的中心轴线上，所述摆动臂与所述多向旋转关节连接固定；所述绳驱单元安装于所述摆动臂上，所述绳驱单元与中心对称的两所述吊臂绳驱传动连接，所述绳驱单元用于驱动所述摆动臂绕所述吊臂架的中心轴线进行多向摆动。
[0010]在其中一个实施例中，所述吊臂和所述摆动臂均为衔架结构。
[0011]在其中一个实施例中，所述多向旋转关节包括依次连接固定的第一转动关节和第
二转动关节，所述第一转动关节的转动轴线与所述第二转动关节的转动轴线异面垂直；所述第一转动关节与所述吊臂架连接固定，所述第二转动关节与所述摆动臂连接固定。
[0012]在其中一个实施例中，所述吊臂架呈十字形。
[0013]在其中一个实施例中，两所述多向旋转关节分别安装于所述吊臂架厚度方向上的两侧面。
[0014]在其中一个实施例中，所述摆动臂内安装有多个所述绳驱单元；所述绳驱单元的传动绳索的两端分别与相对的两所述吊臂连接，多个所述绳驱单元用于驱动所述摆动臂朝多个方向摆动。
[0015]在其中一个实施例中，所述绳驱单元包括电机、绞盘和所述传动绳索，所述电机与所述绞盘传动连接；所述绞盘在周向的相对两侧均设有辅助滑轮；所述传动绳索与所述绞盘和所述辅助滑轮绕绳连接。
[0016]在其中一个实施例中，所述吊臂的末端上安装有张紧滑轮；所述吊臂上安装有弹簧张紧单元；所述传动绳索绕经所述张紧滑轮与所述弹簧张紧单元连接固定，所述弹簧张紧单元用于弹力拉紧所述传动绳索。
[0017]在其中一个实施例中，所述弹簧张紧单元包括导杆、拉板和弹簧；所述导杆与所述吊臂连接固定，所述导杆的轴线与吊臂的长度方向平行；所述拉板设有滑孔，所述滑孔滑动套接于所述导杆外；所述弹簧套于所述导杆外，所述导杆与所述吊臂连接处和所述拉板之间安装有所述弹簧；所述传动绳索与所述拉板连接固定。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]1、具有大扭矩特点；该关节机构采用所述传动绳索与所述吊臂结构相结合的绳驱动方式，所述吊臂对所述电机输出力矩进行放大，使用较小功率的轻型电机就可以获得很高的输出扭矩，可以进一步降低电机的复杂性和成本。可确保由该关节机构组成的机械臂或多足机器人可进行重载荷运输，具有较强的作业能力，满足不同负载作业需求。
[0020]2、具有高刚度调节能力。通过所述传动绳索拮抗控制可大幅改变该关节机构的刚度特性，实现“刚柔并济”的效果。此外，在所述摆动臂上可设计非常轻的被动张力绳索来大幅提高所述摆动臂的刚度，保证所述摆动臂末端的操作力输出。即使在承载一定质量的载荷的情况下，也能调节所述摆动臂在降低长跨度运动过程中的自身颤动，保持良好的端部精度。
[0021]3、具有较好的柔顺度。在执行部件组装或者行星表面行走时，可以实现与其它物体的柔顺接触，避免刚度接触对该关节机构自身和被接触物体产生破坏。
[0022]4、具有优秀的大角度运动范围。该关节机构集成一体化设计，两所述摆动臂联动，使得该关节机构具有空间360
°
的运动范围，以确保其优异的运动空间，灵活的操作能力。
[0023]5、具有超轻质量和高展收比。该关节机构通过轻质的传动绳索和结构件代替传统笨重的齿轮机构，极大降低由该关节机构组成的机械臂的整体质量。超轻的质量可以降低机械臂或者多足机器人对载具运载能力要求；所述多向旋转关节和绳驱单元的配合，使得该关节机构具有优异的展收比，该关节机构从而更便于存储运输，能够实现快速布置与应用。该关节机构相比传统的关节机构，其结构简单，简单的结构不仅能够降低关节模块的复杂度，还有助于提高控制精度，也有助于组装使用。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式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一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术第一个实施例的整体结构示意图；
[0026]图2是图1中A部分的局部放大图；
[0027]图3是图1中B部分的局部放大图。
[0028]附图标记如下：
[0029]1、吊臂架；11、吊臂；
[0030]2、多向旋转关节；21、第一转动关节；22、第二转动关节；
[0031]3、摆动臂；
[0032]4、绳驱单元；41、传动绳索；42、电机；43、绞盘；44、辅助滑轮；
[0033]5、张紧滑轮；
[0034]6、弹簧张紧单元；61、导杆；62、拉板；621、滑孔；63、弹簧；
[0035]7、行星减速器；
[0036]8、蜗轮蜗杆减速器；
[0037]9、电机控制器。
具体实施方式
[0038]下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，其特征在于，包括吊臂、多向旋转关节、摆动臂和绳驱单元；多个所述吊臂长度方向上的轴线于同一平面上绕同一轴线呈放射状布置，多个所述吊臂的一端相互连接固定构成吊臂架；所述多向旋转关节安装于所述吊臂架的中心轴线上，所述摆动臂与所述多向旋转关节连接固定；所述绳驱单元安装于所述摆动臂上，所述绳驱单元与中心对称的两所述吊臂绳驱传动连接，所述绳驱单元用于驱动所述摆动臂绕所述吊臂架的中心轴线进行多向摆动。2.根据权利要求1所述的绳索驱动双自由度关节机构，其特征在于，所述吊臂和所述摆动臂均为衔架结构。3.根据权利要求1所述的绳索驱动双自由度关节机构，其特征在于，所述多向旋转关节包括依次连接固定的第一转动关节和第二转动关节，所述第一转动关节的转动轴线与所述第二转动关节的转动轴线异面垂直；所述第一转动关节与所述吊臂架连接固定，所述第二转动关节与所述摆动臂连接固定。4.根据权利要求1所述的绳索驱动双自由度关节机构，其特征在于，所述吊臂架呈十字形。5.根据权利要求4所述的绳索驱动双自由度关节机构，其特征在于，两所述多向旋转关节分别安装于所述吊臂架厚度方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟得山，向润晖，马智浩，杨胜丽，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：