绳驱机器人、绳索差速器及绳驱机器人钢绳张紧检测方法技术

本发明专利技术公开了绳驱机器人、绳索差速器及绳驱机器人钢绳张紧检测方法，所述机器人具有多个自由度，所述机器人包括：基座、第一部段、第二部段、第三部段、第四部段、第五部段、第六部段以及第七部段；且具有七个关节、七个自由度，所述机器人第一至第六关节处采用绳驱机构驱动，第七关节处采用绳驱机构或齿轮机构传动；所述绳驱机构中包括钢绳以及受钢绳驱动的滑轮，所述滑轮上设有抱闸以及编码器。本发明专利技术各关节处的位置更加稳定，并且能够检测各个关节处的实际位移，有利于提高机器人控制的精确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
绳驱机器人、绳索差速器及绳驱机器人钢绳张紧检测方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别涉及绳驱机器人、绳索差速器以及绳驱机器人钢绳张紧检测方法。

技术介绍

[0002]与传统协作机器人相比，绳驱机器人没有齿轮间隙的问题，具有摩擦力小、手臂轻盈、使用安全等特点。通过绳驱，它将大部分驱动单元集中到底座，降低了末端的惯性，使机器人具备非凡的逆向可驱动能力。最早的4自由度绳驱机器人由MIT的J.KennethSalisbury,Jr.和WilliamT.Townsend于1993年提出，记载在专利文献J.KennethSalisbury,Jr和WilliamT.Townsend,《Compactcabletransmissionwithcabledifferential》,US5207114中。其通过绳驱差速装置，将两台平行放置的电机的轴的旋转转化为俯仰和偏航运动。
[0003]基于此模型，美国Barrett公司于2018年提出一种类似的绳驱结构的3自由度的非外骨骼康复机器人，记载在专利文献WilliamT.Townsend,DavidWilkinson,AlexanderJenko,rvindAnanthanarayanan和JamesPatton,《MULTI
‑
ACTIVE
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AXIS,NON
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EXOSKELETALREHABILITATIONDEVICE》,US10130546B2中。
[0004]但以上两项现有技术存在以下几点问题：1)由于电机端仅安装了一个单圈绝对值磁编码器。每次开机前，控制器无法知道关节端当前的实际位置。因此，要求用户须将机器人各关节手动摆放回预先定义的Home位置。这种仅靠人为观察摆放机械臂Home位置的方法不仅容易造成位置偏差，且增加了使用操作的复杂性。
[0005]2)由于钢绳传动会带来位置偏差（参考文献《[1988]TheEfficiencyLimitofBeltandCableDrives》中记载），且机器人末端负载与关节位置误差之间的关系是非线性的，并存在滞回效应。因此，仅由电机端编码器读数和传动比来估算关节端位置导致位置控制产生较大偏差，使绳驱机器人无法适用于对位置精度要求较高的场合。
[0006]3)机器人意外掉电时，机械臂将缓慢掉落至机械限位，而不会自动锁定位置。这在某些应用场合如康复、医疗等，可能带来安全风险。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种绳驱机器人，其优点是机器人各关节处的位置更加稳定，并且能够检测各个关节处的实际位移，有利于提高机器人控制的精确性。
[0008]本专利技术的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种绳驱机器人，其特征在于，所述机器人具有多个关节以提供多个自由度，所述机器人的至少一个关节处采用绳驱机构驱动，所述绳驱机构包括电机、钢绳以及滑轮，所述电机通过钢绳驱动滑轮转动，所述滑轮驱动机器人的关节运动；所述电机上设有电机侧编码器，所述滑轮上设有关节侧编码器。
[0009]进一步的，所述绳驱机构中，电机上设有电机侧抱闸，或，滑轮上设有关节侧抱闸。
[0010]进一步的，所述机器人具有七个关节提供七个自由度，所述机器人包括：基座；第一部段，设置于基座上，并可受控绕第一轴线转动形成第一关节，以提供第一自由度；第二部段，设置于第一部段上，并可受控绕第二轴线转动形成第二关节，以提供第二自由度；第三部段，设置于第二部段上，并可受控绕第三轴线转动形成第三关节，以提供第三自由度；第四部段，设置于第三部段上，并可受控绕第四轴线转动形成第四关节，以提供第四自由度；第五部段，设置于第四部段上，并可受控绕第五轴线转动形成第五关节，以提供第五自由度；第六部段，设置于第五部段上，并可受控绕第六轴线转动形成第六关节，以提供第六自由度；以及第七部段，设置于第六部段上，并可受控绕第七轴线转动形成第七关节，以提供第七自由度；所述机器人第一至第六关节处采用绳驱机构驱动，第七关节处采用绳驱机构或齿轮机构传动。
[0011]进一步的，所述第一轴线垂直于基座所在平面，所述第一轴线、第二轴线、第三轴线、第四轴线、第五轴线、第六轴线以及第七轴线依次垂直。
[0012]进一步的，所述绳驱机构包括第一绳驱机构，所述第一绳驱机构包括第一电机以及第一输出滑轮，所述第一电机和第一输出滑轮通过钢绳传动，所述第一输出滑轮上设有关节输出轴用于连接机器人的某一关节处；所述机器人的第一关节、第四关节以及第七关节分别采用一组第一绳驱机构驱动。
[0013]进一步的，所述第一电机的输出轴线与所述第一输出滑轮的中心线平行。
[0014]进一步的，所述第一电机上设有电机侧编码器，所述第一输出滑轮上设有关节侧编码器；所述第一电机上设有电机侧抱闸，或，所述第一输出滑轮上设有关节侧抱闸。
[0015]进一步的，所述绳驱机构包括第一绳索差速器，所述第一绳索差速器包括左输入电机、左输入滑轮、第二输出滑轮、右输入滑轮以及右输入电机，所述左输入电机与左输入滑轮之间通过钢绳传动连接，所述右输入滑轮和右输入电机之间通过钢绳传动连接，所述第二输出滑轮通过钢绳分别与左输入滑轮和右输入滑轮藕接，所述第二输出滑轮上设有关节输出轴用于连接机器人的某一关节处；所述机器人的第二关节和第三关节采用一组第一绳索差速器驱动，第一绳索差速器安装在第一部段内，第二输出滑轮安装在第二部段内，第二输出滑轮上的关节输出轴与第三部段连接。
[0016]进一步的，所述左输入电机的输出轴线和左输入滑轮的中心线平行，所述右输入
电机的输出轴线和右输入滑轮的中心线平行，所述左输入滑轮和右输入滑轮的中心线共线，所述第二输出滑轮与所述左输入滑轮的中心线垂直；所述左输入滑轮、第二输出滑轮以及右输入滑轮上设有多级台阶用于连接钢绳。
[0017]进一步的，所述左输入电机和右输入电机上设有电机侧编码器，所述第二输出滑轮、左输入滑轮和右输入滑轮上设有关节侧编码器；所述左输入电机和右输入电机上设有电机侧抱闸，或，所述第二输出滑轮、左输入滑轮和右输入滑轮上设有关节侧抱闸。
[0018]进一步的，所述绳驱机构包括第二绳索差速器，所述第二绳索差速器包括上输入电机、上输入滑轮、第三输出滑轮、下输入滑轮以及下输入电机，所述上输入电机与上输入滑轮之间通过第一传动机构连接，所述下输入滑轮和下输入电机之间通过第二传动机构连接，所述第三输出滑轮通过钢绳分别与上输入滑轮和下输入滑轮藕接，所述第三输出滑轮上设有连接板用于连接机器人的某一关节处，所述连接板上设有与所述第三输出滑轮轴线垂直的第四输出轴；所述机器人的第五关节和第六关节采用一组第二绳索差速器驱动，第二绳索差速器安装在第四部段上，所述第五部段包括所述连接板，所述第四输出轴与第六部段连接。
[0019]进一步的，所述第一传动机构和第二传动机构为三级钢绳传动机构，包括第一传动轴段以及第二传动轴段；第一传动机构中，上输入电机、第一传动轴段、第二传动轴段以及上输入滑轮依次通过钢绳传动连接；第二传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绳驱机器人，其特征在于，所述机器人具有多个关节以提供多个自由度，所述机器人的至少一个关节处采用绳驱机构驱动，所述绳驱机构包括电机、钢绳以及滑轮，所述电机通过钢绳驱动滑轮转动，所述滑轮驱动机器人的关节运动；所述电机上设有电机侧编码器，所述滑轮上设有关节侧编码器。2.根据权利要求1所述的绳驱机器人，其特征在于，所述绳驱机构中，电机上设有电机侧抱闸，或，滑轮上设有关节侧抱闸。3.根据权利要求2所述的绳驱机器人，其特征在于，所述机器人具有七个关节提供七个自由度，所述机器人包括：基座；第一部段，设置于基座上，并可受控绕第一轴线转动形成第一关节，以提供第一自由度；第二部段，设置于第一部段上，并可受控绕第二轴线转动形成第二关节，以提供第二自由度；第三部段，设置于第二部段上，并可受控绕第三轴线转动形成第三关节，以提供第三自由度；第四部段，设置于第三部段上，并可受控绕第四轴线转动形成第四关节，以提供第四自由度；第五部段，设置于第四部段上，并可受控绕第五轴线转动形成第五关节，以提供第五自由度；第六部段，设置于第五部段上，并可受控绕第六轴线转动形成第六关节，以提供第六自由度；以及第七部段，设置于第六部段上，并可受控绕第七轴线转动形成第七关节，以提供第七自由度；所述机器人第一至第六关节处采用绳驱机构驱动，第七关节处采用绳驱机构或齿轮机构传动。4.根据权利要求3所述的绳驱机器人，其特征在于，所述绳驱机构包括第一绳驱机构，所述第一绳驱机构包括第一电机以及第一输出滑轮，所述第一电机和第一输出滑轮通过钢绳传动，所述第一输出滑轮上设有关节输出轴用于连接机器人的某一关节处；所述机器人的第一关节、第四关节以及第七关节分别采用一组第一绳驱机构驱动。5.根据权利要求4所述的绳驱机器人，其特征在于，所述第一电机上设有电机侧编码器，所述第一输出滑轮上设有关节侧编码器；所述第一电机上设有电机侧抱闸，或，所述第一输出滑轮上设有关节侧抱闸。6.根据权利要求3所述的绳驱机器人，其特征在于，所述绳驱机构包括第一绳索差速器，所述第一绳索差速器包括左输入电机、左输入滑轮、第二输出滑轮、右输入滑轮以及右输入电机，所述左输入电机与左输入滑轮之间通过钢绳传动连接，所述右输入滑轮和右输入电机之间通过钢绳传动连接，所述第二输出滑轮通过钢绳分别与左输入滑轮和右输入滑轮藕接，所述第二输出滑轮上设有关节输出轴用于连接机器人的某一关节处；所述机器人的第二关节和第三关节采用一组第一绳索差速器驱动，第一绳索差速器安装在第一部段内，第二输出滑轮安装在第二部段内，第二输出滑轮上的关节输出轴与第三
部段连接。7.根据权利要求6所述的绳驱机器人，其特征在于，所述左输入滑轮、第二输出滑轮以及右输入滑轮上设有多级台阶用于连接钢绳。8.根据权利要求7所述的绳驱机器人，其特征在于，所述左输入电机和右输入电机上设有电机侧编码器，所述第二输出滑轮、左输入滑轮和右输入滑轮上设有关节侧编码器；所述左输入电机和右输入电机上设有电机侧抱闸，或，所述第二输出滑轮、左输入滑轮和右输入滑轮上设有关节侧抱闸。9.根据权利要求3所述的绳驱机器人，其特征在于，所述绳驱机构包括第二绳索差速器，所述第二绳索差速器包括上输入电机、上输入滑轮、第三输出滑轮、下输入滑轮以及下输入电机，所述上输入电机与上输入滑轮之间通过第一传动机构连接，所述下输入滑轮和下输入电机之间通过第二传动机构连接，所述第三输出滑轮通过钢绳分别与上输入滑轮和下输入滑轮藕接，所述第三输出滑轮上设有连接板用于连接机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子健，付杰，周玉康，
申请(专利权)人：埃斯顿南京医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：