本发明专利技术涉及一种三自由度欠驱动机器人手腕装置。它包括箱体、具有三自由度的输出端和动力源输入端，动力源输入端为单一动力源，通过一根绳子三接入箱体；输出端为末端连杆接入箱体；箱体内装有一个欠驱动系统，绳子三通过该欠驱动系统连接末端连杆；绳子三的直线运动通过欠驱动系统的传动，带动末端连杆作三自由度运动。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种机器人手腕装置，特别是一种三自由度欠驱动机器人手腕装置。
技术介绍
与人类似，机器人的功能要通过机械臂操作来实现，而手腕是联系手臂和手爪的 重要装置，其设计的是机器人的关键技术之一。现有的机器人手腕一般为三个自由度，均使 用三个电机实现三个自由度，主要包括回转臂、倾斜臂、手腕部、壳体、安装座、减速器、传动 轴和电机等。由于一个自由度需要由一个动力源(如电机等)来支持，而动力源的质量往往 占关节总质量的大部分，所以这类装置显著的不足之处在于该装置采用完全驱动的方式， 致使机械结构较复杂，体积较大，质量较大，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上有技术存在的缺陷，提供一种三自由度欠驱动机器人手腕 装置。该装置自身仅带有一个动力源，结构简单，可靠，体积小、重量轻，成本低，易于加工， 易于维护，且其末端具有三个自由度。该装置可以作为机器人手腕或多个串联形成机器人手臂。 为达到上述目的的构思是本专利技术的三自由度欠驱动机器人手腕装置，含有箱体、 末端连杆和套设在箱体和末端连杆之间的欠驱动系统。欠驱动系统包括关节轴、旋转连杆、 固定导轮装置、滑动导轮装置、绳子和簧件。所述的关节轴固定在箱体内壁，所述的旋转连 杆套设在所述的关节轴上。所述的末端连杆套设在所述的旋转连杆上，既可以绕所述的旋 转连杆摆动，也能沿所述的旋转连杆移动。所述的固定导轮装置，由固定导轮、固定导轮轴、 小螺母组成，所述的固定导轮轴固定在所述的箱体内壁，所述的固定导轮套设在所述的固 定导轮轴上，采用所述小螺母限制所述的固定导轮沿所述固定导轮轴的滑动。所述的滑动 导轮装置，由滑动导轮、滑动导轮轴、滑动导轮轴套、滑槽、小螺母组成。所述的滑槽固定在 所述的箱体内壁，所述的滑动导轮轴套设在滑槽内，可以演所述滑槽滑动，所述的滑动导轮 和滑动导轮轴套套设在所述的滑动导轮轴上，采用所述小螺母限制所述的滑动导轮沿所述 滑动导轮轴的滑动。所述的其中绳子一一端固结于所述末端连杆，绕过所述的固定导轮和 所述的滑动导轮后，另一端固结于所述旋转连杆；所述的绳子二一端固结于所述滑动导轮 轴套，绕过所述固定导轮和所述的另一滑动导轮轴套后，另一端固结于所述的末端连杆。所 述的簧件一为一拉伸弹簧，其一端固结于所述箱体内壁，另一端固结于所述旋转连杆；所述 的簧件二也是一拉伸弹簧，其一端固结于所述箱体内壁，另一端固结于所述末端连杆；所述 的簧件三为一压縮弹簧，其一端固结于所述旋转连杆，并套设在所述旋转连杆上，另一端固 结于所述末端连杆。 本专利技术具有以下优点及突出性效果本专利技术为欠驱动手腕装置，仅需要一个动力 源即可驱动三个自由度，使手腕末端能在一定的空间自由运动。 为了确定本装置的自由度，现采用2种方法计算该装置的自由度。该装置的机构简图如图l所示。方法一 基于约束螺旋的自由度计算原理和方法(参考黄真，《高等空间机构学》， 北京高等教育出版社，2006)，黄真等人解决了包括Sarrus机构，空间4P机构，空间RCPP 机构，Bennett机构，CMP和0rthoglid机构等。 自由度计算公式 <formula>formula see original document page 5</formula> M为机构的自由度；n为运动副数目；fi为第i个运动副的相对自由度；V为多环并联产生的冗余约束八为局部自由度。d是机构的阶，d二6-A， A是机构的公共约束。取 Z轴与$1重合，则3个螺旋可表示为 $1: (100 ;000) $2 : (010 $3 : (000000) 010)观察可得3个反螺旋$1 ' : (101 ;001)$2 $3(100 (001000) 000)可知该机构由3公共约束，A = 33， g = 2，》30， 4由此可得机构自由度M = (6-3) (3-2-1)+3+0+0 方法二 单闭环空间机构自由度的计算 M = 6("-l)-1>,+《(参考成大先，《机械设计手册》，北京化学工业出版社，2004. 1，pl9-ll)M为机构的自由度；n为运动副数目；Ui为第i个运动副限制的相对自由度数目"为局部自由度。 "=3^ = 5 + 4 = 9^ = 0 M = 6(3-1)-9+0 = 3， 故该机构的自由度为3。 根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案 —种三自由度欠驱动机器人手腕装置，包括一个箱体、一个具有三自由度的输出 端和一个动力源输入端，其特征在于 1)所述的动力源为单一动力源，通过一根绳子三接入所述的箱体； 2)所述的输出端为一个末端连杆接入所述箱体； 3)所述箱体内装有一个欠驱动系统，所述绳子三通过该欠驱动系统连接所述末端 连杆2 ;绳子的直线运动通过欠驱动系统的传动，带动末端连杆作三自由度运动。 上述欠驱动系统的结构是所述的绳子三连接垂直方向的滑动导轮，一根绳子二 绕过所述垂直方向的滑动导轮后，一端再绕过一个固定导轮后连接所述的末端连杆2插入 箱体内的下端，能拉动末端连番作摆动，而另一端再绕过一个固定导轮二和一个固定导轮 三后连接一个水平方向的滑动导轮，能拉动该滑动导轮作水平移动；有一根绳子一绕过所 述的水平方向的滑动导轮后，绳子一一端绕过一个固定导轮四后连接一旋转连杆的一侧 边，能使旋转连杆转动，而旋转连杆的另一侧面装有一个拉伸弹簧一，绳子一的另一端绕过 一个固定导轮五后连接末端连杆的中部，能使末端连杆做水平移动；因此，所述绳子三的垂 直拉动，能使末端连杆实现三自由度运动。 上述末端连杆由伸入箱体的垂直板条和在箱体上的水平板条构成的T形杆，所述 旋转连杆由一个转盘和一根直杆构成；末端连杆的垂直板条套设在所述旋转连杆的直杆左 端，使末端连杆能绕旋转连杆摆动且能沿旋转连杆的直杆轴向移动，末端连杆垂直板条的 一侧边装有一个拉伸弹簧二，另一侧边连接所述绳子二 ；所述旋转连杆转盘套设在一个关 节轴的上端，转盘的一侧装着所述的拉伸弹簧一，另一侧连接所述的绳子一，旋转连杆的直 杆上套装一个压縮弹簧，该压縮弹簧的一端支承在旋转连杆的转盘侧面上，另一端支承在 末端连杆的垂直板条上；所述关节轴的下端固定在箱体上。 上述5个固定导轮和2个滑动导轮安装在所述箱体的同一侧壁上；所述拉伸弹簧 一和拉伸弹簧二的一端位定在所述箱体的另一侧壁上，而另一端分别与旋转连杆和末端连 杆连接。 上述滑动导轮的安装结构是一个滑槽固定在所述箱体的内壁上，一根带T榫头的滑动导轮轴套设在所述滑槽内，使滑动导轮轴能沿滑槽方向滑动，在所述滑动导轮轴上套装滑动导轮轴套和滑动导轮后旋上小螺母，使滑动导轮轴套和滑动导轮能在滑动导轮轴上自由转动，滑动导轮轴套和滑动导轮上分别有绳子导槽，绕上对应的绳子。上述固定导轮的安装结构是一根固定导轮轴固定在箱体上，该固定导轮轴上套装固定导轮后选上小螺母，使固定导轮能在固定导轮轴上自由转动，固定导轮上有绳子滑槽，绕上对应的绳子。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点 本专利技术采用单一动力源驱动的一根绳子作为输出端，经过一个欠驱动系统的传 动，带动作为输出端的末端连杆作三自由度运动，动力源少，所以手腕的体积也小，重量轻， 成本低，仅需要较低的控制系本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三自由度欠驱动机器人手腕装置，包括一个箱体（１）、一个具有三自由度的输出端和一个动力源输入端，其特征在于：ａ．所述的动力源为单一动力源，通过一根绳子三（１６）接入所述的箱体（１）；ｂ．所述的输出端为一个末端连杆（２）接入所述箱体（１）；ｃ．所述箱体（１）内装有一个欠驱动系统，所述绳子三（１６）通过该欠驱动系统连接所述末端连杆（２）；绳子三（１６）的直线运动通过欠驱动系统的传动，带动末端连杆（２）作三自由度运动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，刘文珍，周琨，韩立志，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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