本发明专利技术公开一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂,包含三自由度肩关节、单自由度肘关节和三自由度腕关节，通过12根绳索驱动机械臂的运动；在肩关节和腕关节驱动绳索上串联有变刚度装置，通过调节绳索的拉力，可以改变关节的刚度，进而实现机械臂刚度的调节。同时还设计了一套绳索耦合驱动装置，在两个电机的驱动下即可实现对10根驱动绳索的协同控制，进而使得机械臂完成指定动作，实现对机械臂姿态的控制；剩余2根绳索分别通过单独的电机驱动，可以独立调节绳索张力，实现对机械臂刚度的调控。控。控。
【技术实现步骤摘要】
一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂
[0001]本专利技术属于机械
，具体来说是一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂。
技术介绍
[0002]绳驱动机械臂具有重量轻、布置方式灵活多样、工作空间大、柔顺性好以及高动态特性等优点，可以很大程度上减小设备运动过程中的惯量，使得设备具有更轻的质量、更快的响应速度，广泛用于各种应用场景下的抓取等任务。由于绳索的单向受力特性，绳索数量大于机构自由度，进而使得驱动控制系统变得较为复杂。为了尽量减少驱动控制系统的复杂程度，需要根据不同的任务需求进行耦合驱动机构的设计，降低驱动的维数，实现较少数量的驱动输入控制较多自由度机械臂的运动。除此之外，为了提高机械臂的柔顺性，还需要其刚度可以主动调控。因此，需要进行一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂的设计。
技术实现思路
[0003]针对上述问题，本专利技术提出了一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂，通过10根绳索控制机械臂七个关节自由度的运动，通过耦合驱动组件，实现仅用四个电机即可对10根绳索的运动进行控制，且还能通过调节绳索张力实现机械臂刚度的调控。
[0004]本专利技术少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂，包括基座、七自由度机械臂、耦合驱动组件于独立绳驱动机构。
[0005]所述基座侧部吊装七自由度机械臂，肩关节两自由度转动组件、肩关节单自由度转动组件、大臂、肘关节转动组件、小臂、腕关节两自由度转动组件、腕关节单自由度转动组件与手掌。
[0006]肩关节两自由度转动组件周向上安装有三个变刚度装置，其中两个变刚度装置端部绳索接入耦合驱动组件。
[0007]所述肩关节单自由度转动组件固定于肩关节两自由度转动组件下部，肩关节单自由度转动组件中具有与大臂同轴的绕线盘，绕线盘上缠绕由正反向驱动绳，正反向驱动绳接入耦合驱动组件；肩关节单自由度转动组件中绕线盘同轴连接大臂。
[0008]所述肘关节转动组件固定于大臂下部，具有轴线与大臂垂直的绕线盘，绕线盘上缠绕有正反向驱动绳，正反向驱动绳接入耦合驱动组件。肘关节转动组件的绕线盘通过连接件连接小臂。
[0009]所述腕关节两自由度转动组件与肩关节两自由度转动组件结构相同，腕关节两自由度转动组件上部固定连接小臂，腕关节两自由度转动组件下部固定腕关节单自由度转动组件固连。腕关节两自由度转动组件中两个变刚度装置端部绳索接入耦合驱动组件。
[0010]所述腕关节单自由度转动组件与肩关节单自由度转动组件结构相同，腕关节单自由度转动组件中绕线盘底面安装手掌。腕关节单自由度转动组件中的正反向驱动绳接入耦合驱动组件。
[0011]所述耦合驱动组件包含上部电机、上电机安装座、上线轮组、上线轮组安装座、下部电机、下电机安装座、下线轮组、下线轮组安装座、导轮组、前导轮安装座、后导轮安装座、导杆基座、导杆、移动轮、正向绳索、反向绳索与驱动绳。
[0012]其中，上部电机与下部电机分别通过上电机安装座及下电机安装座安装于基座上，使两个电机转轴平行于水平面设置。上部电机输出轴同轴连接上线轮组与下线轮组；上线轮组与下线轮组轴向上具有10个绕线圆盘。
[0013]所述导轮组位于上线轮组与下线轮组之间位置，安装于基座上。导轮组包括前侧上下排列的两个前导轮组，以及后侧上下排列的两个后导轮组。其中，两个前部导轮组与两个后导轮组结构尺寸相同，均为导轮轴上固定安装的10个等尺寸导轮。两个前导轮组与两个后导轮组中各个导轮分别与上线轮组和下线轮组中10个绕线圆盘轴向位置对应。
[0014]上述左右两个前导轮安装座与后导轮安装座上分别安装有导杆基座。同时前后两个导杆基座上沿左右方向等间隔开有位置相互对称的20个通孔。每组位置相对的通孔分别与一根导杆两端插接固定，则前导轮安装座与后导轮安装座间沿左右方向共20根导杆；且两根导杆为一组，每组导杆穿过轴线沿左右方向设置的移动轮两侧的轴孔。各移动轮周向位置与上线轮组和下线轮组中个绕线圆盘轴向位置对应。
[0015]上述轴向位置对应的上线轮组的绕线圆盘、下线轮组的绕线圆盘、前导轮安装座的导轮、后导轮安装组的导轮以及移动轮间，缠绕有导轮正向绳索或导轮反向绳索。
[0016]其中，导轮正向绳索一端与上线轮组中的绕线圆盘固连，缠绕于该绕线圆盘，随后向后导轮安装组方向绕过后导轮安装组中上方导轮后折返绕过移动轮中的绕线槽，再次折返绕过后导轮安装组中下方导轮，最终缠绕于下线轮组中的绕线圆盘，并与其固连。
[0017]导轮反向绳索一端与上线轮组中的绕线圆盘固连，其缠绕方向与正向绳索相反，依次绕过绕线圆盘、导轮、移动轮、导轮，再回到下线轮组中的一个绕线圆盘，并与其固连。
[0018]上述10个移动轮分别与机械臂中的根驱动绳连接，分别包括肩关节两自由度转动组件处两根绳索、肩关节单自由度转动组件处两根驱动绳、肘关节转动组件处两根驱动绳、腕关节两自由度转动组件处两根绳索、腕关节单自由度转动组件处两根驱动绳。
[0019]所述独立绳驱动组件共有两套结构相同，均包含独立电机、独立电机安装座、独立绳绕线盘、顶部支座、独立绳、导向座。其中，独立电机安装于独立电机安装座上；独立绳绕线盘与电机转轴同轴相连，两端分别安装在固定于横梁上的顶部支座上。两套独立绳驱动组件中的独立绳绕线盘上分别用来缠绕前述未与耦合驱动组件相连的两根绳索，包括肩关节两自由度转动组件处剩余的一根绳索以及腕关节两自由度转动组件处剩余的一根驱动绳。两根驱动绳缠绕于两个独立绳绕线盘上；通过独立电机转动带动独立绳绕线盘运动，进而使得独立绳在其上缠绕；控制独立电机扭矩，调节独立绳上拉力，进而改变肩关节两自由度转动组件和腕关节两自由度转动组件中驱动绳的拉力。
[0020]本专利技术的优点在于：
[0021]1、本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂，各转动关节结构简单，通过十根绳索控制机械臂运动。
[0022]2、本专利技术针对多绳索驱动机械臂开发了耦合驱动组件，实现了仅通过四个电机对十根绳索的控制，进而驱动七自由度机械臂完成指定运动。
[0023]3、本专利技术绳驱动变刚度机械臂，通过独立绳驱动组件可以对肩关节、腕关节刚度
进行调节，进而实现机械臂刚度的调控。
附图说明
[0024]图1为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂整体结构示意图。
[0025]图2为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中肩关节两自由度转动组件结构示意图。
[0026]图3为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中肩关节单自由度转动组件结构示意图。
[0027]图4为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中肘关节转动组件结构示意图。
[0028]图5为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中耦合驱动组件结构示意图。
[0029]图6为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中耦合驱动组件内绳索缠绕释方式示意图。
[0030]图7为本专利技术绳驱动变刚度七自由度机械臂中独立绳驱动组件结构示意图。
[0031]图中：
[0032]1‑<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种少输入的绳驱动变刚度七自由度机械臂，其特征在于：包括基座、七自由度机械臂、耦合驱动组件于独立绳驱动机构；所述基座侧部吊装七自由度机械臂，肩关节两自由度转动组件、肩关节单自由度转动组件、大臂、肘关节转动组件、小臂、腕关节两自由度转动组件、腕关节单自由度转动组件与手掌；肩关节两自由度转动组件轴向上安装有变刚度装置，变刚度装置一端通过绳索接入耦合驱动组件；所述肩关节单自由度转动组件固定于肩关节两自由度转动组件下部，肩关节单自由度转动组件中具有与大臂同轴的绕线盘，绕线盘上缠绕由正反向驱动绳，正反向驱动绳接入耦合驱动组件；肩关节单自由度转动组件中绕线盘同轴连接大臂；所述肘关节转动组件固定于大臂下部，具有轴线与大臂垂直的绕线盘，绕线盘上缠绕有正反向驱动绳，正反向驱动绳接入耦合驱动组件；肘关节转动组件的绕线盘通过连接件连接小臂；所述腕关节两自由度转动组件与肩关节两自由度转动组件结构相同，腕关节两自由度转动组件上部固定连接小臂，腕关节两自由度转动组件下部固定腕关节单自由度转动组件固连；所述腕关节单自由度转动组件与肩关节单自由度转动组件结构相同，腕关节单自由度转动组件中绕线盘底面安装手掌；所述耦合驱动组件包含上部电机、上电机安装座、上线轮组、上线轮组安装座、下部电机、下电机安装座、下线轮组、下线轮组安装座、导轮组、前导轮安装座、后导轮安装座、导杆基座、导杆、移动轮、正向绳索、反向绳索与驱动绳；其中，上部电机与下部电机分别通过上电机安装座及下电机安装座安装于基座上，使两个电机转轴平行于水平面设置；上部电机输出轴同轴连接上线轮组与下线轮组；上线轮组与下线轮组轴向上具有10个绕线圆盘；所述导轮组位于上线轮组与下线轮组之间位置，安装于基座上；导轮组包括前侧上下排列的两个前导轮组，以及后侧上下排列的两个后导轮组；其中，两个前部导轮组与两个后导轮组结构尺寸相同，均为导轮轴上固定安装的10个等尺寸导轮；两个前导轮组与两个后导轮组中各个导轮分别与上线轮组和下线轮组中10个绕线圆盘轴向位置对应；上述左右两个前导轮安装座与后导轮安装座上分别安装有导杆基座；同时前后两个导杆基座上沿左右方向等间隔开有位置相互对称的20个通孔；每组位置相对的通孔分别与一根导杆两端插接固定，则前导轮安装座与后导轮安装座间沿左右方向共20根导杆；且两根导杆为一组，每组导杆穿过轴线沿左右方向设置的移动轮两侧的轴孔；各移动轮周向位置与上线轮组和下线轮组中个绕线圆盘轴向位置对应；上述轴向位置对应的上线轮组的绕线圆盘、下线轮组的绕线圆盘、前导轮安装座的导轮、后导轮安装组的导轮以及移动轮间，缠绕有导轮正向绳索或导轮反向绳索；其中，导轮正向绳索一端与上线轮组中的绕线圆盘固连，缠绕于该绕线圆盘，随后向后导轮安装组方向绕过后导轮安装组中上方导轮后折返绕过移动轮中的绕线槽，再次折返绕过后导轮安装组中下方导轮，最终缠绕于下线轮组中的绕线圆盘，并与其固连；导轮反向绳索一端与上线轮组中的绕线圆盘固连，其缠绕方向与正向绳索相反，依次绕过绕线圆盘、导轮、移动轮、导轮，再回到下线轮组中的一个绕线圆盘，并与其固连；
上述10个移动轮分别与机械臂中的根驱动绳连接，分别包括肩关节两自由度转动组件处两根绳索、肩关节单自由度转动组件处两根驱动绳、肘关节转动组件处两根驱动绳、腕关节两自由度转动组件处两根绳索、腕关节单自由度转动组件处两根驱动绳；所述独立绳驱动组件共有两套结构相同，均包含独立电机、独立电机安装座、独立绳绕线盘、顶部支座、独立绳、导向座；其中，独立电机安装于独立电机安装座上；独立绳绕线盘与电机转轴同轴相连，两端分别安装在固...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖航，吕胜男，丁希仑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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