本发明专利技术公开了一种绳索驱动的全闭环反馈球关节，其包括有三轴球关节组件、Ａ绳驱动组件、Ｂ绳驱动组件、Ｃ绳驱动组件、Ｄ绳驱动组件、动平台、静平台、基座和Ａ支撑套筒，动平台、静平台和基座平行放置，Ａ绳驱动组件、Ｂ绳驱动组件、Ｃ绳驱动组件和Ｄ绳驱动组件安装在基座上，三轴球关节组件安装在动平台上。本发明专利技术采用在三轴球关节组件中安装三个角度传感器，通过角度传感器对球关节的三个方向的旋转角度进行测量，实现对本发明专利技术球关节的全闭环控制，满足了对三自由度球关节运动过程中的控制精度需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三自由度球关节，更特别地说，是指一种带有角度反馈的绳索驱 动球关节，该球关节适用于绳索驱动仿人臂机器人关节中的三自由度球关节。
技术介绍
人的手腕和肩关节以及生物的髋关节均为三自由度的球关节，因此在仿人臂机器 人中也常需要用一种三自由度球关节来实现肩、腕关节的转动。常用的球关节是由球 座、球体和连杆组成，其中球座为套筒形，其一端有径向外凸台，其内侧为球面。所 说球体置于球座内，其直径与球座内侧面的直径相适应且二者间呈活动状配合中。球 体直径方向上有通孔，连杆固定在该通孔内。这种结构无法直接测量各个方向的转动 角度，需要安装复杂的附加测量装置或对球转动变换后对其表面进行测量，再由此推 箅旋转角度。因而往往结构复杂且精度较低。针对这种情况，本专利申请提出一种可 实现全闭环反馈的绳索驱动三自由度球关节。 专利技术 内容本专利技术是一种绳索驱动的全闭环反馈球关节，其包括有三轴球关节组件1、 A绳 驱动组件2A、 B绳驱动组件2B、 C绳驱动组件2C、 D绳驱动组件2D、动平台3、 静平台4、基座5和A支撑套简6; A绳驱动组件2A、 B绳驱动组件2B、 C绳驱动 组件2C和D绳驱动组件2D的结构相同。其中，A绳驱动组件2A、 B绳驱动组件 2B、 C绳驱动组件2C和D绳驱动组件2D构成本专利技术球关节的驱动部分。动平台 3、静平台4和基座5三者平行放置，A绳驱动组件2A、 B绳驱动组件2B、 C绳驱 动组件2C和D绳驱动组件2D安装在基座5上，A支撑套筒6安装在静平台4上， 三轴球关节组件1安装在动平台3上。本专利技术的球关节采用四条牵引绳的一端对称 分布在动平台3的四个角，四条牵引绳的另一端分别缠绕在四个线轮上，由直流伺 服电机的转动来带动绳长变化，控制动平台3的转动，使装载在动平台3上的物体 实现三自由度的球面运动，并通过角度传感^^对球关节的三个方向的旋转角度进行测 量，满足了对三自由度球关节运动过程中的控制精度需要。在本专利技术中，动平台3在四条牵引绳的拉动下进行运动，该运动是通过三轴球 关节组件1进行的球面运动。球的中心点即为双向轴104的中心点，因此，本专利技术 球关节的X轴是指双向轴104的X轴向，Y轴是指双向轴104的Y轴向，Z轴与中 间转轴101中心轴线重合。本专利技术绳索驱动的全闭环反馈球关节的优点在于(1) 釆用动平台的四角连接四条牵引绳，以及静平台上的两个通孔穿过牵引绳的方 式，采用了一种简单对称的结构布置，实现了牵引绳在通孔处的换向。(2) 采用动平台、静平台和基座相互平行，保证了装载在动平台上的物体不但能实 现垂直方向的旋转运动，也能实现左右、俯仰方位的运动。(3) 釆用正反双向转动的直流伺服电机带动线轮转动，从而使四条牵引绳带动动平 台以双向轴为中心点进行球面运动，满足了三自由度球关节运动需要。(4) 本专利技术设计的球关节是以仿人手的腕关节运动，以双向轴的X轴向为球关节 的X轴，以双向轴的Y轴向为球关节的Y轴，以重合于中间转轴的中心轴线 为Z轴的三轴球关节。(5) 通过在三轴球关节组件中安装三个角度传感器,通过角度传感器对球关节的三 个方向的旋转角度进行测量，实现对本专利技术球关节的全闭环控制，满足了对三 自由度球关节运动过程中的控制精度需要。附图说明图1是本专利技术绳索驱动的全闭环反馈球关节的结构图。图2是本专利技术三轴球关节组件的结构图。图2A是本专利技术三轴球关节组件的分解图。图3是本专利技术基座与绳驱动组件的装配图。图3A是本专利技术A绳驱动组件的分解图。图4是本专利技术静平台的结构图。图中 l.三轴球关节组件 1012.B轴孔 1013.A支臂 1014.B支臂102. 上转台 1021.C轴孔 1022.D轴孔103. 中间转轴104.双向轴 1041.X轴向101.下转台 1015.中心通孔 1023.A支臂 1042.Y轴向1011.A轴孔1024.B支臂 lll.A滚动轴承7112.B滚动轴承113.C滚动轴承114.D滚动轴承115.E滚动轴承116.F滚动轴承121.八角度传 122.B角度传麟122&^端盖123.C角度传感器123a,B端盖2A,A绳驱动组件2B.B绳驱动组件2C.C绳驱动组件2D.D绳驱动组件2a-A牵引绳2b.B牵引绳2c.C牵引绳2d.D牵引绳21.直流伺服电机22.联轴器23.电机安装座231.通孔24.C端盖25.D端盖26.线轮轴27.线轮271.线槽272.中心通孔28.线轮安装座281.A支臂282.B支臂 283.E轴孔284.F轴孔29.G滚动轴承30.H滚动轴承3.动平台 31.A螺纹孔32.B螺纹孔33.C螺纹孔34.D螺纹孔35.连接端 4.静平台41.A通孔42.B通孔43.上板面44.下板面 45.A边46.B边47.中心通孔5.基座 51.B支撑筒52.上支撑板 53.底座板6.A支撑筒具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术是一种绳索驱动的全闭环反馈球关节，其包括有三轴球关节组件1、 A绳驱动组件2A、 B绳驱动组件2B、 C绳驱动组件2C、 D绳驱动组 件2D、动平台3、静平台4、基座5和A支撑套筒6; A绳驱动组件2A、 B绳驱动 组件2B、 C绳驱动组件2C和D绳驱动组件2D的结构相同。其中，A绳驱动组件 2A、 B绳驱动组件2B、 C绳驱动组件2C和D绳驱动组件2D构成本专利技术球关节的 驱动部分。动平台3、静平台4和基座5三者平行放置，A绳驱动组件2A、 B绳驱 动组件2B、 C绳驱动组件2C和D绳驱动组件2D安装在基座5上，A支撑套筒6 安装在静平台4上，三轴球关节组件1安装在动平台3上。 (一)三轴球关节组件1参见图1、图2、图2A所示，三轴球关节组件1包括有下转台101、上转台 102、中间转轴103、双向轴104、以及三个角度传感器(A角度传感器121、 B 角度传感器122和C角度传感器123)、六个滚动轴承(A滚动轴承lll、 B滚动 轴承112、 C滚动轴承113、 D滚动轴承114、 E滚动轴承115和F滚动轴承116)。下转台101为一体成型件，其为U形结构；下转台101的A支臂1013上设 有A轴孔1011, A轴孔1011内安装有E滚动轴承115;下转台101的B支臂 1014上设有B轴孔1012， B轴孔1012内安装有F滚动轴承116; E滚动轴承 115与F滚动轴承116之间连接的是双向轴104的Y轴向1042两端；在A支臂 1013的外侧面板上安装有C角度传感器123,且C角度传感器123与双向轴104 的Y轴向1042的一端接触，在本专利技术中，C角度传感器123用于敏感本专利技术球关 节在Y轴方向上运动的角度；在B支臂1014的外侧面板上安装有B端盖123a。 下转台101的下端中心设有中心通孔1015,该中心通孔1015用于中间转轴103 的上端穿过，且用螺母与中间转轴103的上端连接来实现与中间转轴103与下转台 101的连接。上转台102为一体成型件，其为U形结构；上转台102的A支臂1023上设 有C轴孔1021， C轴孔1021内安装有C滚动轴承113;上转台102的B支臂 1024上设有D轴孔1022, D轴孔1022内安装有D滚动轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绳索驱动的全闭环反馈球关节，其特征在于：包括有三轴球关节组件（１）、Ａ绳驱动组件（２Ａ）、Ｂ绳驱动组件（２Ｂ）、Ｃ绳驱动组件（２Ｃ）、Ｄ绳驱动组件（２Ｄ）、动平台（３）、静平台（４）、基座（５）和Ａ支撑套筒（６），Ａ绳驱动组件（２Ａ）、Ｂ绳驱动组件（２Ｂ）、Ｃ绳驱动组件（２Ｃ）和Ｄ绳驱动组件（２Ｄ）的结构相同；其中，动平台（３）、静平台（４）和基座（５）三者平行放置，Ａ绳驱动组件（２Ａ）、Ｂ绳驱动组件（２Ｂ）、Ｃ绳驱动组件（２Ｃ）和Ｄ绳驱动组件（２Ｄ）安装在基座（５）的底１１２）、Ａ滚动轴承（１１１）后置于Ａ支撑筒（６）的筒内； Ａ绳驱动组件（２Ａ）的电机安装座（２２）上设有通孔（２３１），通孔（２３１）用于Ａ直流伺服电机（２１）的输出轴通过，电机安装座（２２）安装在基座（５）上； Ａ绳驱动组件（２Ａ）的线轮安装座（２８）的Ａ支臂（２８１）上设有Ｅ轴孔（２８３），Ｅ轴孔（２８３）内安装有Ｇ滚动轴承（２９）；线轮安装座（２８）的Ｂ支臂（２８２）上设有Ｆ轴孔（２８４），Ｆ轴孔（２８４）内安装有Ｈ滚动轴承（３０）；Ａ支臂（２８１）的外板面上安装有Ｄ端盖（２５），Ｂ支臂（２８２）的外板面上安装有Ｃ端盖（２４）；线轮安装座（２８）安装在基座（５）上； Ａ绳驱动组件（２Ａ）的线轮轴（２６）的一端安装在Ｇ滚动轴承（２９）上，线轮轴（２６）的另一端穿过线轮（２７）的中心通孔（２７２）后连接在Ｈ滚动轴承（３０）上；线轮（２７）的线槽（２７１）上缠绕有Ａ牵引绳（２ａ）的一端，Ａ牵引绳（２ａ）的另一端穿过静平台（４）的Ｂ通过（４２）后通过螺钉安装在动平台（３）的Ａ螺纹孔（３１）内；线轮（２７）的中心通孔（２７２）用于安装线轮轴（２６），线轮轴（２６）通过联轴器（２２）与Ａ直流伺服电机（２１）的输出轴连接，从而使线轮轴（２６）随着Ａ直流伺服电机（２１）的输出轴转动而转动，进而使线轮（２７）随着线轮轴（２６）的转动而随动； 动平台（３）的上板面中心设有连接端（３５），动平台（３）的下板面四个角分别设有Ａ螺纹孔（３１）、Ｂ螺纹孔（３２）、Ｃ螺纹孔（３３）和Ｄ螺纹孔（３４）； Ａ牵引绳（２ａ）的一端固定在Ａ螺钉上，Ａ螺钉安装在Ａ螺纹孔（３１）内；Ａ牵引绳（２ａ）的另一端先缠绕在线轮（２７）的线轮槽（２７２）内，然后端头固定在Ａ绳驱动组件（２Ａ）的线轮（２７）上； Ｂ牵引绳（２ｂ）的一端固定在Ｂ螺钉上，Ｂ螺钉安装在Ｂ螺纹孔（３２）内；Ｂ牵...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟海，陈泉柱，刘荣，张建斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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