一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，涉及蛇形臂机器人技术领域。为解决现有的绳索驱动单自由度旋转关节在转动时由于两根驱动绳索的绳索变化量不同，使用单电机同步控制两根驱动绳索时，在无其它驱动绳索张紧机构的辅助下无法使两根驱动绳索一直保持恒张力，导致关节刚度差、运动精度低的问题。关节固定段通过两组同步机构与关节活动段转动连接，关节活动段顶端通过螺栓与关节连杆底端连接，关节固定段下表面沿圆周方向边缘处设有多个一号通孔，关节活动段上表面沿圆周方向边缘处设有多个二号通孔，驱动绳索顶端依次穿过关节固定段下表面一端一号通孔和关节活动段底部一端二号通孔之后，与关节连杆内壁固定连接。本发明专利技术适用于蛇形臂机器人领域。用于蛇形臂机器人领域。用于蛇形臂机器人领域。
【技术实现步骤摘要】
一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节
[0001]本专利技术涉及蛇形臂机器人
，具体涉及一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节。
技术介绍
[0002]随着工业机器人技术的发展，机器人被应用到越来越多的复杂场景，如航空发动机、核设施检测及维护等。传统的工业机器人由于尺寸及自由度的限制无法满足狭小复杂的应用场景，由于绳索驱动的蛇形臂机器人具有良好的灵活性和柔顺性，可进入狭小空间作业，因此在复杂环境中具有巨大的应用前景。
[0003]对于蛇形臂机器人的单自由度旋转关节，由于绳索的单向驱动特性，即只能受拉不能受压，要实现单自由度旋转关节的完全驱动至少需要两根驱动绳索进行驱动，现有的单自由度旋转关节的两根驱动绳索的控制方式有两种，一种是利用两个电机分别独立控制两根驱动绳索，每个关节需要两套驱动装置，硬件成本高，且同步控制难度大；另一种利用一个电机同步控制两根驱动绳索，每个关节只需要一套驱动装置，可减少驱动系统的尺寸，硬件成本低，控制简单，但现有的单自由度旋转关节在转动时由于两根驱动绳索的绳索变化量不同，使用单电机同时控制两根驱动绳索时，在无其它的驱动绳索张紧机构的辅助下无法使两根驱动绳索在关节转动过程中一直保持恒张力，导致关节刚度差、运动精度低的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术为解决现有的绳索驱动单自由度旋转关节在转动时，由于两根驱动绳索的绳索变化量不同，使用单电机同步控制两根驱动绳索时，在无其它的驱动绳索张紧机构的辅助下无法使两根驱动绳索在关节转动过程中一直保持恒张力，导致关节刚度差、运动精度低的问题，而提出一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节。
[0005]本专利技术的一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，其具体结构包括关节固定段1、关节活动段2、两根驱动绳索3、同步机构4和关节连杆5；
[0006]关节固定段1通过两组同步机构4与关节活动段2转动连接，关节活动段2的顶端通过螺栓与关节连杆5的底端连接，关节固定段1的下表面沿圆周方向边缘处设有多个一号通孔11，关节活动段2的上表面沿圆周方向边缘处设有多个二号通孔21，其中一根驱动绳索3的顶端依次穿过关节固定段1下表面一端的一号通孔11和关节活动段2底部一端的二号通孔21之后，与关节连杆5的内壁一端固定连接，另一根驱动绳索3的顶端依次穿过关节固定段1下表面另一端的一号通孔11和关节活动段2底部另一端的二号通孔21之后，与关节连杆5的内壁另一端固定连接；
[0007]进一步的，所述的关节固定段1外表面上部两侧分别设有一个同步机构4；
[0008]进一步的，所述的两根驱动绳索3相对于关节固定段1的轴线对称设置；
[0009]进一步的，所述的关节活动段2的下表面沿圆周方向均匀的设有两个弧形凸块，且
关节活动段2上的每个弧形凸块侧面中部设有通孔，该通孔的圆心与关节活动段2下端面的圆心处于同一水平线上；
[0010]进一步的，所述的关节固定段1的上表面沿圆周方向均匀的设有两个弧形凸块，且关节固定段1上的每个弧形凸块侧面中部设有通孔，该通孔的圆心与关节固定段1上端面的圆心处于同一水平线上；
[0011]进一步的，所述的关节活动段2上的弧形凸块与关节固定段1上的弧形凸块相对配合设置；
[0012]进一步的，所述的同步机构4包括旋转齿轮41、一号联接键42、固定齿轮43、连接板44、二号联接键45、第一旋转轴46和第二旋转轴47；
[0013]旋转齿轮41通过一号联接键42与关节活动段2外表面的一侧固定连接，固定齿轮43通过二号联接键45与关节固定段1外表面的一侧固定连接，连接板44的侧面两端分别加工有一个通孔，连接板44侧面一端通过第一旋转轴46与旋转齿轮41的中心孔转动连接，连接板44侧面另一端通过第二旋转轴47与固定齿轮43的中心孔转动连接，固定齿轮43与旋转齿轮41啮合连接；
[0014]进一步的，所述的固定齿轮43与旋转齿轮41的参数相同；
[0015]进一步的，所述的两根驱动绳索3的长度相同；
[0016]进一步的，在使用时，根据使用场景和设计要求，从而可以确定蛇形臂机器人的长度，选取多组单自由度旋转关节配合关节连杆连接，从而构成一个蛇形臂机器人，再将两根驱动绳索3将单自由度的关节和关节连杆穿连起来，该关节采用关节活动段2通过两组同步机构4与关节固定段1转动连接，再利用旋转齿轮41通过一号联接键42与关节活动段2外表面的一侧固定连接，固定齿轮43通过二号联接键45与关节固定段1外表面的一侧固定连接，连接板44的侧面两端分别加工有一个通孔，连接板44侧面一端通过第一旋转轴46与旋转齿轮41的中心孔转动连接，连接板44侧面另一端通过第二旋转轴47与固定齿轮43的中心孔转动连接，固定齿轮43与旋转齿轮41啮合连接，当驱动装置与驱动绳索3的末端连接时，拉动驱动绳索3，固定齿轮43与旋转齿轮41啮合连接，实现关节活动段2上的旋转齿轮41将围绕着关节固定段1上的固定齿轮43转动，从而实现关节活动段2相对于关节固定段1进行单自由度的转动；
[0017]采用两根驱动绳索3，两根驱动绳索3沿周向相隔180度排布，驱动绳索3的一端依次穿过关节固定段1和关节活动段2之后，与关节连杆5的内壁固连，驱动绳索3的另一端与驱动装置固连，通过外力驱动绳索使关节活动段2转动，采用同步机构4安装在关节固定段1和关节活动段2之间，可使关节转动时关节处的两根驱动绳索的绳长变化量相同，可保证关节在转动的过程中，驱动绳索一直保持恒张力，提高关节刚度，实现在不使用其他驱动绳索张紧机构的情况下使用单电机同步控制两根驱动绳索，解决了由于两个电机分别独立控制两根驱动绳索时存在的同步控制误差造成的驱动绳索耦合问题，简化了控制系统，极大的提高了关节的运动精度。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0019]本专利技术克服了现有技术的缺点，采用关节固定段通过两组同步机构与关节活动段转动连接，再利用旋转齿轮通过一号联接键与关节活动段外表面的一侧固定连接，固定齿轮通过二号联接键与关节固定段外表面的一侧固定连接，连接板的侧面两端分别加工有一
个通孔，连接板侧面一端通过第一旋转轴与旋转齿轮的中心孔转动连接，连接板侧面另一端通过第二旋转轴与固定齿轮的中心孔转动连接，固定齿轮与旋转齿轮啮合连接，当驱动装置与驱动绳索的末端连接时，拉动驱动绳索，固定齿轮与旋转齿轮啮合连接，实现关节活动段上的旋转齿轮将围绕着关节固定段上的固定齿轮转动，从而实现关节活动段相对于关节固定段进行单自由度的转动；
[0020]采用两根驱动绳索，两根驱动绳索沿周向相隔180度排布，驱动绳索的一端依次穿过关节固定端和关节活动段之后，与关节连杆的内壁固连，驱动绳索的另一端与驱动装置固连，通过外力驱动绳索使关节活动段转动，采用同步机构安装在关节固定段和关节活动段之间，可使关节转动时关节处的两根驱动绳索的绳长变化量相同，保证在关节转动过程中驱动绳索一直保持恒张力，提高关节刚度，实现在不使用其他驱动绳索张紧机构的情况下使用单电机同步控制两根驱动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，其特征在于：它包括关节固定段(1)、关节活动段(2)、两根驱动绳索(3)、同步机构(4)和关节连杆(5)；关节固定段(1)通过两组同步机构(4)与关节活动段(2)转动连接，关节活动段(2)的顶端通过螺栓与关节连杆(5)的底端连接，关节固定段(1)的下表面沿圆周方向边缘处设有多个一号通孔(11)，关节活动段(2)的上表面沿圆周方向边缘处设有多个二号通孔(21)，其中一根驱动绳索(3)的顶端依次穿过关节固定段(1)下表面一端的一号通孔(11)和关节活动段(2)底部一端的二号通孔(21)之后，与关节连杆(5)的内壁一端固定连接，另一根驱动绳索(3)的顶端依次穿过关节固定段(1)下表面另一端的一号通孔(11)和关节活动段(2)底部另一端的二号通孔(21)之后，与关节连杆(5)的内壁另一端固定连接。2.根据权利要求1所述的一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，其特征在于：所述的关节固定段(1)外表面上部两侧分别设有一个同步机构(4)。3.根据权利要求1所述的一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，其特征在于：所述的两根驱动绳索(3)相对于关节固定段(1)的轴线对称设置。4.根据权利要求1所述的一种同步绳索驱动的单自由度旋转关节，其特征在于：所述的关节活动段(2)的下表面沿圆周方向均匀的设有两个弧形凸块，且关节活动段(2)上的每个弧形凸块侧面中部设有通孔，该通孔的圆心与关节活动段(2)下端面的圆心处于同一水平线上。5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：狄士春，梁卓，韦东波，林浩宇，全朋坤，娄亚男，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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