專利名稱:可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)及俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)及俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)，解決了多關節(jié)串聯(lián)繩驅(qū)動機械臂的各關節(jié)間的運動耦合問題。并基于該解耦機構(gòu)，設計了兩種不同類型的模塊化繩驅(qū)動關節(jié)。根據(jù)目標任務的需求，變換關節(jié)的旋轉(zhuǎn)類型、增減機械臂關節(jié)的個數(shù)，實現(xiàn)多種構(gòu)型機械臂的組裝，該應用方式應用范圍廣，實現(xiàn)成本低。由于該機械臂驅(qū)動單元置于基座處，采用繩索遠程驅(qū)動，減小了關節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，提高了驅(qū)動的響應特性。并且，繩索的柔順性將大大提升機械臂與環(huán)境交互的安全性。本實用新型的繩驅(qū)動模塊化關節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動慣量低、驅(qū)動響應快，關節(jié)柔順性好，安全交互性好。
【專利說明】
可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)及俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)
技術領域
[0001]本實用新型涉及機器人領域，尤其是一種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)及俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)。
【背景技術】
[0002]目前廣泛應用的機械臂體積質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復雜、剛性高、關節(jié)柔順性差，與環(huán)境交互安全性低。并且，機器人負載自重比低，抓取負載耗能大，效率低。為了降低機械臂的重量和轉(zhuǎn)動慣量，提高機械臂負載自重比，近年來，很多研究人員提出新型的繩驅(qū)動技術。
[0003]繩驅(qū)動技術采用繩索傳遞運動和力。它主要將電機、驅(qū)動裝置全部安裝在基座上，通過繩索傳遞運動和力至關節(jié)處，實現(xiàn)關節(jié)的運動。因為驅(qū)動單元外置，并且采用繩索傳動，機械臂的質(zhì)量及體積可以大幅降低。
[0004]而將驅(qū)動單元外置，同時會引入關節(jié)耦合的問題。所謂關節(jié)運動耦合是指一個關節(jié)的運動導致另一個關節(jié)的附帶運動。在繩驅(qū)動串聯(lián)機械臂中，繩索驅(qū)動前端關節(jié)運動時會導致后端關節(jié)的驅(qū)動繩索附帶變化，進而導致關節(jié)的附帶轉(zhuǎn)動。目前針對關節(jié)解耦主要有兩種方法:一、采用運動控制算法進行主動解耦，隨著關節(jié)的增多，控制算法的復雜度急劇增加；二、采用套索傳動，并不存在運動耦合現(xiàn)象，但繩索與套索間摩擦較大，且存在死區(qū)、間隙、遲滯等非線性特性，機械臂的控制精度及動態(tài)響應特性難以保證。因此，需要一種新的技術方案以解決上述問題。
[0005]通過對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號:CN102672715A，名稱:一種助殘/助老用繩驅(qū)動機械臂，該專利公布了一種助殘/助老用繩驅(qū)動機械臂，機械臂每個轉(zhuǎn)動關節(jié)的驅(qū)動電機都安裝在底座驅(qū)動箱內(nèi)，利用繩驅(qū)動系統(tǒng)將驅(qū)動電機的動力傳到各個轉(zhuǎn)動關節(jié)，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動關節(jié)的驅(qū)動。然而，該機械臂采用套索傳動機制，難以減小傳動過程中繩索與套筒間的摩擦，并且存在死區(qū)、間隙、遲滯等諸多非線性特性，機械臂的控制精度、動態(tài)特性難以保證。其他的一些文獻，如:公開號CN102941573，名稱為一種繩驅(qū)動多關節(jié)機器人、公開號1995777A，名稱為用于機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)。他們對基于繩索傳動的串聯(lián)機械臂做了一些有益的工作，但都未解決串聯(lián)關節(jié)繩索運動的耦合問題。
[0006]因此，需要一種新的技術方案以解決上述問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了提高機器人的負載自重比，并且解決串聯(lián)繩驅(qū)動機械臂各個關節(jié)間的運動耦合問題，本實用新型提供了兩種基于繩索運動解耦機構(gòu)的模塊化的繩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關節(jié)及其方法。
[0008]本實用新型涉及的一種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:
[0009]包括回轉(zhuǎn)基座、回轉(zhuǎn)連桿、繩索運動解耦機構(gòu)、導向滑輪、回轉(zhuǎn)連桿承載軸承;其中回轉(zhuǎn)關節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與回轉(zhuǎn)連桿軸線重合；
[0010]其中上述的繩索運動解耦機構(gòu)實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)關節(jié)與后端關節(jié)的運動解耦，從前向后依次包括固定輪、隨動輪、行星輪系、主動輪;固定輪固定不能轉(zhuǎn)動，主動輪可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn);隨動輪包括隨動輪主體；
[0011]上述的行星齒輪系包括固定齒輪、主動齒輪，左行星齒輪和右行星齒輪;各個齒輪的模數(shù)相同，并且固定齒輪與主動齒輪齒數(shù)相同，左行星齒輪和右行星齒輪齒數(shù)相同；固定齒輪與固定輪連接，主動齒輪與主動輪連接，左行星齒輪和右行星齒輪均安裝于隨動輪主體，繞軸線可以轉(zhuǎn)動但沿自身軸線方向運動受到限制；左行星齒輪和右行星齒輪通過與固定齒輪、主動齒輪的嚙合限制隨動輪的軸向運動和周向轉(zhuǎn)動；
[0012]該機構(gòu)還包括一根后端關節(jié)左驅(qū)動繩索、一根后端關節(jié)右驅(qū)動繩索；關節(jié)左驅(qū)動繩索、關節(jié)右驅(qū)動繩索；
[0013]上述隨動輪包括隨動輪主體，隨動輪主體的前側(cè)安裝前側(cè)導線盤，后側(cè)安裝后側(cè)導線盤，前側(cè)導線盤和后側(cè)導線盤結(jié)構(gòu)相同，均加工有同心圓環(huán)導線槽，同心圓環(huán)導線槽后端關節(jié)驅(qū)動繩索導線環(huán)槽；隨動輪主體上方還安裝左定滑輪模塊和右定滑輪模塊；左定滑輪模塊和右定滑輪模塊均為后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向定滑輪；
[0014]上述固定輪下方和主動輪下方均設置有兩個與輪軸軸線平行的通孔，且通孔進行圓角處理或安裝滑輪分別用于上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索、后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的導向；
[0015]上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪上的對應通孔，再按順時針方向沿著前側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達左定滑輪模塊，再經(jīng)過左定滑輪模塊換向180度，再按逆時針方向沿著后側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪上的對應通孔后，左驅(qū)動繩索的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[0016]上述后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪上的對應通孔，再按逆時針方向沿著前側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達右定滑輪模塊，再經(jīng)過右定滑輪模塊換向180度，再按順時針方向沿著后側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪上的對應通孔后，右驅(qū)動繩索的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[0017]上述關節(jié)左驅(qū)動繩索的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪固連，關節(jié)左驅(qū)動繩索逆時針纏繞在主動輪上；上述關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪固連，關節(jié)右驅(qū)動繩索順時針纏繞在主動輪上；
[0018]上述結(jié)構(gòu)中所述順時針方向和逆時針方向均指從前向后觀察；
[0019]上述繩索運動解耦機構(gòu)的固定輪與回轉(zhuǎn)關節(jié)中的回轉(zhuǎn)基座固定連接，主動輪與回轉(zhuǎn)連桿固定連接；回轉(zhuǎn)連桿承載軸承內(nèi)圈安裝在回轉(zhuǎn)連桿上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)基座的軸孔中，采用軸用彈性擋圈、軸肩進行軸線固定；回轉(zhuǎn)連桿承載軸承承受回轉(zhuǎn)關節(jié)的軸向和徑向載荷;導向滑輪固定安裝在回轉(zhuǎn)基座上，對關節(jié)左驅(qū)動繩索、關節(jié)右驅(qū)動繩索進行導向。
[0020]利用行星齒輪系的驅(qū)動，實現(xiàn)隨動輪運動角速度為回轉(zhuǎn)連桿旋轉(zhuǎn)角速度ω的一半，即為ω/2;并且通過左行星齒輪、右行星齒輪與固定齒輪、主動齒輪的可靠嚙合，實現(xiàn)隨動輪正反向可靠驅(qū)動；
[0021]并通過后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索正反向圓弧走線纏繞，實現(xiàn)后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索位移變化率的是隨動輪運動角速率ω/2的2r倍，其中r為后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索沿著前、后導線盤上的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽的走線半徑，ω為回轉(zhuǎn)連桿的旋轉(zhuǎn)角速度；
[0022]由回轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)動引起的后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索右端的末端將產(chǎn)生+ωAtgr，-coΔ tgr的位移，其中以沿著繩索方向由驅(qū)動單元端指向關節(jié)端方向為正；由隨動輪轉(zhuǎn)動弓I起的后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索的右端末端將產(chǎn)生-2rgco/2g Δ t、+2rgco/2g Δ t的位移，其中以沿著繩索方向由驅(qū)動單元端指向關節(jié)端方向為正;兩者實現(xiàn)相互抵消；即無論回轉(zhuǎn)連桿帶動主動輪如何旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過解耦機構(gòu)后的后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的后端與回轉(zhuǎn)連桿無相對位移，實現(xiàn)關節(jié)間的解耦；
[0023]上述回轉(zhuǎn)關節(jié)采用典型的繩索雙拉驅(qū)動；回轉(zhuǎn)基座固定不動，關節(jié)左驅(qū)動繩索和關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端與回轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動單元固定，繩索的后端與繩索運動解耦機構(gòu)中的主動輪固結(jié);關節(jié)左驅(qū)動繩索和關節(jié)右驅(qū)動繩索纏繞在主動輪上，并且纏繞方向相反;通過對兩驅(qū)動繩索的拉、放操作實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動;驅(qū)動過程中，拉、放對應的繩長相等，兩根繩索不會產(chǎn)生緊繃或松弛的現(xiàn)象，確保了關節(jié)正反向驅(qū)動的可靠性。
[0024]—種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于:
[0025]俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)包括俯仰旋轉(zhuǎn)基座、俯仰旋轉(zhuǎn)連桿、繩索運動解耦機構(gòu)、后端驅(qū)動繩索左導向滑輪、后端驅(qū)動繩索右導向滑輪、俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承;其中關節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿軸線垂直；
[0026]其中上述的繩索運動解耦機構(gòu)實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)與后端關節(jié)的運動解耦，從前向后依次包括固定輪、隨動輪、行星輪系、主動輪;固定輪固定不能轉(zhuǎn)動，主動輪可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn);隨動輪包括隨動輪主體；
[0027]上述的行星齒輪系包括固定齒輪、主動齒輪，左行星齒輪和右行星齒輪;各個齒輪的模數(shù)相同，并且固定齒輪與主動齒輪齒數(shù)相同，左行星齒輪和右行星齒輪齒數(shù)相同；固定齒輪與固定輪連接，主動齒輪與主動輪連接，左行星齒輪和右行星齒輪均安裝于隨動輪主體，繞軸線可以轉(zhuǎn)動但沿自身軸線方向運動受到限制；左行星齒輪和右行星齒輪通過與固定齒輪、主動齒輪的嚙合限制隨動輪的軸向運動和周向轉(zhuǎn)動；
[0028]該機構(gòu)還包括一根后端關節(jié)左驅(qū)動繩索、一根后端關節(jié)右驅(qū)動繩索；關節(jié)左驅(qū)動繩索、關節(jié)右驅(qū)動繩索；
[0029]上述隨動輪包括隨動輪主體，隨動輪主體的前側(cè)安裝前側(cè)導線盤，后側(cè)安裝后側(cè)導線盤，前側(cè)導線盤和后側(cè)導線盤結(jié)構(gòu)相同，均加工有同心圓環(huán)導線槽，同心圓環(huán)導線槽后端關節(jié)驅(qū)動繩索導線環(huán)槽；隨動輪主體上方還安裝左定滑輪模塊和右定滑輪模塊；左定滑輪模塊和右定滑輪模塊均為后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向定滑輪;上述固定輪下方和主動輪下方均設置有兩個與輪軸軸線平行的通孔，且通孔進行圓角處理或安裝滑輪分別用于上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索、后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的導向；
[0030]上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪上的對應通孔，再按順時針方向沿著前側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達左定滑輪模塊，再經(jīng)過左定滑輪模塊換向180度，再按逆時針方向沿著后側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪上的對應通孔后，左驅(qū)動繩索的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[0031]上述后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪上的對應通孔，再按逆時針方向沿著前側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達右定滑輪模塊，再經(jīng)過右定滑輪模塊換向180度，再按順時針方向沿著后側(cè)導線盤的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪上的對應通孔后，右驅(qū)動繩索的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[0032]上述關節(jié)左驅(qū)動繩索的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪固連，關節(jié)左驅(qū)動繩索逆時針纏繞在主動輪上；上述關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪固連，關節(jié)右驅(qū)動繩索順時針纏繞在主動輪上；
[0033]上述結(jié)構(gòu)中所述順時針方向和逆時針方向均指從前向后觀察；
[0034]上述繩索運動解耦機構(gòu)的固定輪與俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)中的俯仰旋轉(zhuǎn)基座固定連接，主動輪與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿固定連接;俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承內(nèi)圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)連桿上，外圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)基座的軸孔中，通過俯仰旋轉(zhuǎn)基座上的軸肩、彈性擋圈限制軸向位移，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承承受俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的軸向和徑向載荷。后端驅(qū)動繩索左導向滑輪固定于俯仰旋轉(zhuǎn)基座上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向；后端驅(qū)動繩索右導向滑輪固定于俯仰旋轉(zhuǎn)連桿上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向。
[0035]利用行星齒輪系的驅(qū)動，實現(xiàn)隨動輪運動角速度為俯仰旋轉(zhuǎn)連桿旋轉(zhuǎn)角速度ω的一半，即為ω/2;并且通過左行星齒輪、右行星齒輪與固定齒輪、主動齒輪的可靠嚙合，實現(xiàn)隨動輪正反向可靠驅(qū)動；
[0036]并通過后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索正反向圓弧走線纏繞，實現(xiàn)后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索位移變化率的是隨動輪運動角速率ω/2的2r倍，其中r為后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索沿著前、后導線盤上的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽的走線半徑，ω為俯仰旋轉(zhuǎn)連桿的旋轉(zhuǎn)角速度；
[0037]由俯仰旋轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)動引起的后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索右端的末端將廣生+ω Δtgr，_co Δ tgr的位移，其中以沿著繩索方向由驅(qū)動單元端指向關節(jié)端方向為正；由隨動輪轉(zhuǎn)動引起的后端關節(jié)左、右驅(qū)動繩索的右端末端將產(chǎn)生_2rg ω /2g Δ t、+2rg ω /2g Δ t的位移，其中以沿著繩索方向由驅(qū)動單元端指向關節(jié)端方向為正;兩者實現(xiàn)相互抵消；即無論俯仰旋轉(zhuǎn)連桿帶動主動輪如何旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過解耦機構(gòu)后的后端關節(jié)左驅(qū)動繩索和后端關節(jié)右驅(qū)動繩索的后端與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿無相對位移，實現(xiàn)關節(jié)間的解耦；
[0038]上述俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)采用典型的繩索雙拉驅(qū)動;俯仰旋轉(zhuǎn)基座固定不動，關節(jié)左驅(qū)動繩索和關節(jié)右驅(qū)動繩索的前端與俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動單元固定，繩索的后端與繩索運動解耦機構(gòu)中的主動輪固結(jié);關節(jié)左驅(qū)動繩索和關節(jié)右驅(qū)動繩索纏繞在主動輪上，并且纏繞方向相反;通過對兩驅(qū)動繩索的拉、放操作實現(xiàn)對俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動;驅(qū)動過程中，拉、放對應的繩長相等，兩根繩索不會產(chǎn)生緊繃或松弛的現(xiàn)象，確保了關節(jié)正反向驅(qū)動的可靠性。
[0039]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和效果:
[0040]本實用新型提出的兩種繩驅(qū)動機械臂關節(jié)，其驅(qū)動單元放置于基座處，采用繩索遠程驅(qū)動，提高了機械臂的負載自重比和關節(jié)的驅(qū)動響應特性。本實用新型針對關節(jié)運動耦合，設計了一種繩索運動解耦機構(gòu)，簡單可靠，易于實現(xiàn)。該機構(gòu)實現(xiàn)關節(jié)的運動獨立，降低了運動控制算法的復雜性。本實用新型的兩種模塊化繩驅(qū)動機械臂關節(jié)，每個關節(jié)均可實現(xiàn)O?300°范圍的轉(zhuǎn)動，工作空間大，響應性能好。并且在實際應用過程中，可以根據(jù)操作目標的要求，變換關節(jié)的種類，增減機械臂的自由度數(shù)，實現(xiàn)多種構(gòu)型機械臂的組裝，應用范圍廣，實現(xiàn)成本低。
【附圖說明】

[0041]圖1為繩索運動解親機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0042]圖2為回轉(zhuǎn)關節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3為俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖4-1為繩索運動解耦機構(gòu)中各繩索走線的第一示意圖，具體為解耦繩索和后端驅(qū)動繩索的走線示意圖；
[0045]圖4-2為繩索運動解耦機構(gòu)中各繩索走線的第二示意圖，具體為關節(jié)驅(qū)動繩索走線不意圖；
[0046]圖5為后端驅(qū)動繩索的解耦過程示意圖，其中左邊為主動輪轉(zhuǎn)動，后端驅(qū)動繩索走線示意圖；右邊為隨動輪轉(zhuǎn)動，后端驅(qū)動繩索走線示意圖；
[0047]圖6-1為第一種構(gòu)型機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖6-2為第二種構(gòu)型機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖6-3為第三種構(gòu)型機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖6-4為第四種構(gòu)型機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051 ]圖6-5為第五種構(gòu)型機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖7-1為腰部關節(jié)隨動輪及其繩索走線第一示意圖，具體為腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)處隨動輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖7-2為腰部關節(jié)隨動輪及其繩索走線第二示意圖，具體為腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)處各繩索走線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖8-1為肩部關節(jié)隨動輪及其繩索走線第一示意圖，具體為肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)處隨動輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖8-2為肩部關節(jié)隨動輪及其繩索走線第二示意圖，具體為肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)處各繩索走線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖中標號名稱，I回轉(zhuǎn)關節(jié);2俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié);3繩索運動解耦機構(gòu);4多種構(gòu)型的繩驅(qū)動機械臂；
[0057]11回轉(zhuǎn)基座;12回轉(zhuǎn)連桿;13導向滑輪;14回轉(zhuǎn)連桿承載軸承；
[0058]21俯仰旋轉(zhuǎn)基座;22俯仰旋轉(zhuǎn)連桿;23-1后端驅(qū)動繩索左導向滑輪，23-2后端驅(qū)動繩索右導向滑輪;24俯仰旋轉(zhuǎn)承載軸承；
[0059]31固定輪;32隨動輪;32-11左定滑輪模塊;32-12右定滑輪模塊;32_2前側(cè)導線盤；32-3后側(cè)導線盤;32-4隨動輪主體;33主動輪;34-1固定齒輪;34_2主動齒輪;34_3左行星齒輪;34-4右行星齒輪；35-1后端左驅(qū)動繩索；35-2后端右驅(qū)動繩索；36_1關節(jié)左驅(qū)動繩索；36-2關節(jié)右驅(qū)動繩索；
[0060]41關節(jié)式的繩驅(qū)動機械臂；41-1第一種四自由度關節(jié)式機械臂;41-2第二種四自由度關節(jié)式機械臂;41-3三自由度關節(jié)式機械臂;42腕部式繩驅(qū)動機械臂;43SCARA式繩驅(qū)動機械臂；
[0061 ] 51腰部回轉(zhuǎn)關節(jié);52肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié);53肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)、54腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關
-K-■P。
【具體實施方式】
[0062]附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及的優(yōu)選實施的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳細地說明本實用新型的技術方案。
[0063]請參閱1、4-1、4_2、5所示，提供一種用于繩索驅(qū)動串聯(lián)機械臂的驅(qū)動繩索運動被動解耦的機構(gòu)。繩索運動解耦機構(gòu)3從前向后依次包括固定輪31、隨動輪32、行星輪系34、主動輪33;固定輪31固定不能轉(zhuǎn)動，主動輪33可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn)；固定齒輪34-1與固定輪31連接，主動齒輪34-2與主動輪33連接；隨動輪32通過安裝在隨動輪主體32-4上的左行星齒輪34-3、右行星齒輪34-4與主動齒輪34-2、固定齒輪34-1相嚙合，限制隨動輪32的軸向運動和繞軸向轉(zhuǎn)動；
[0064]該機構(gòu)還包括一根后端關節(jié)左驅(qū)動繩索35-1、一根后端關節(jié)右驅(qū)動繩索35-2;關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1、關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2;
[0065]上述隨動輪32包括隨動輪主體32-4，隨動輪主體32-4的前側(cè)安裝前側(cè)導線盤32-2，后側(cè)安裝后側(cè)導線盤32-3，前側(cè)導線盤32-2和后側(cè)導線盤32-3結(jié)構(gòu)相同，均加工有同心圓環(huán)導線槽，同心圓環(huán)導線槽后端關節(jié)驅(qū)動繩索導線環(huán)槽；隨動輪主體32-4上方還安裝左定滑輪模塊32-11和右定滑輪模塊32-12;左定滑輪模塊32-11和右定滑輪模塊32-12均為后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向定滑輪；
[0066]上述固定輪31下方和主動輪33下方均設置有兩個與輪軸軸線平行的通孔，且通孔進行圓角處理或安裝滑輪分別用于上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索35-1、后端關節(jié)右驅(qū)動繩索35-2的導向；
[0067]上述的行星齒輪系34包括固定齒輪34-1、主動齒輪34-2，左行星齒輪34-3和右行星齒輪34-4;各個齒輪的模數(shù)相同，并且固定齒輪34-1與主動齒輪34-2齒數(shù)相同，左行星齒輪34-3和右行星齒輪34-4齒數(shù)相同。固定齒輪34-1與固定輪31連接，主動齒輪34-2與主動輪33連接，左行星齒輪34-3和右行星齒輪34-4沿自身軸線方向運動受到限制，繞軸線可以轉(zhuǎn)動；左行星齒輪34-3和右行星齒輪34-4通過與固定齒輪34-1、主動齒輪34-2的嚙合限制隨動輪32的軸向運動和周向轉(zhuǎn)動；
[0068]上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索35-1的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪31上的對應通孔，再按順時針方向沿著前側(cè)導線盤32-2的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達左定滑輪模塊32-11，再經(jīng)過左定滑輪模塊32-11換向180度，再按逆時針方向沿著后側(cè)導線盤32-3的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪33上的對應通孔后，左驅(qū)動繩索35-1的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[0069]上述后端關節(jié)右驅(qū)動繩索35-2的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪31上的對應通孔，再按逆時針方向沿著前側(cè)導線盤32-2的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達右定滑輪模塊32-12，再經(jīng)過右定滑輪模塊32-12換向180度，再按順時針方向沿著后側(cè)導線盤32-3的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪33上的對應通孔后，右驅(qū)動繩索35-2的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連；
[°07°]上述關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪33固連，關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1逆時針纏繞在主動輪33上;上述關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪33固連，關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2順時針纏繞在主動輪33上；[0071 ]上述結(jié)構(gòu)中所述順時針方向和逆時針方向均指從前向后觀察；
[0072]上述的行星齒輪系34，主動齒輪34-1與固定齒輪34-2齒數(shù)相同，左行星齒輪34-3、右行星齒輪34-4與主動齒輪34-1與固定齒輪34-2嚙合，可知隨動輪32旋轉(zhuǎn)的角速度為左行星齒輪34-3、右行星齒輪34-4的公轉(zhuǎn)角速度，行星齒輪公轉(zhuǎn)系桿的傳動比i = l+z固/z主=2，由此可知，隨動輪32旋轉(zhuǎn)的角速度為主動輪33轉(zhuǎn)速的1/2。
[0073]上述后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2，由于后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2沿著前側(cè)導線盤32-2、后側(cè)導線盤32-3上的導向環(huán)槽纏繞，并且前側(cè)導線盤32-2、后側(cè)導線盤32-3上的驅(qū)動繩索導向環(huán)槽半徑相等，均為r，所以隨動輪32轉(zhuǎn)動導致的后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2右側(cè)末端的變化速率是隨動輪旋轉(zhuǎn)角速率的2r倍。當主動輪33以圖1所示方向、ω角速度轉(zhuǎn)動時，通過主動輪33上通孔的導向，后端左驅(qū)動繩索35-1沿著后側(cè)導線盤32-3上的導向環(huán)槽脫離，后端左驅(qū)動繩索35-1的右側(cè)末端產(chǎn)生+ ω Atgr位移，而后端右驅(qū)動繩索35-2沿著后側(cè)導線盤32-3上的導向環(huán)槽纏繞，后端右驅(qū)動繩索35-2的右側(cè)末端產(chǎn)生-ω Atgr位移(ω為主動輪33的旋轉(zhuǎn)角速度，r為前側(cè)導線盤32-2、后側(cè)導線盤32-3上驅(qū)動繩索導向環(huán)槽的半徑，圖5中以沿著繩索方向向上為正)。如圖4-1、4-2、5所示，由于行星齒輪系34的驅(qū)動，隨動輪32以ω/2角速度跟隨主動輪33同向轉(zhuǎn)動，隨動輪旋轉(zhuǎn)的角度ω Δ t/2。因為隨動輪32的轉(zhuǎn)動，后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2右側(cè)末端的速率是隨動輪角速率的2r倍，所以后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2的右側(cè)末端的位移大小為ω Δ t/2g2r= ω Δ tgr。隨動輪的轉(zhuǎn)動，導致后端左驅(qū)動繩索35-1會繼續(xù)沿著前側(cè)、后側(cè)導線盤上的導向環(huán)槽纏繞，纏繞長度為ω Atgr，也即后端左驅(qū)動繩索35-1的右端將產(chǎn)生-ω Atgr位移。后端右驅(qū)動繩索35-2的一部分將沿著前側(cè)、后側(cè)導線盤上的導向環(huán)槽脫離，脫離長度為ω Δ tgr，也就是后端右驅(qū)動繩索35-2的右端將產(chǎn)生+ω Atgr位移(圖5中沿著繩索方向向上為正)。后端左驅(qū)動繩索35-1、后端右驅(qū)動繩索35-2在經(jīng)過解耦模塊后，它們右側(cè)的末端與主動輪33間無相對移動，也即后端關節(jié)的驅(qū)動繩索35沒有因主動輪33的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生相對移動，實現(xiàn)了繩索運動的被動解耦；
[0074]請參閱圖2所示，基于繩索驅(qū)動的回轉(zhuǎn)關節(jié)I，其關節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與回轉(zhuǎn)連桿12中心軸線重合?；剞D(zhuǎn)關節(jié)I包括回轉(zhuǎn)基座11，回轉(zhuǎn)連桿12，繩索運動解耦機構(gòu)3，導向滑輪13，回轉(zhuǎn)連桿承載軸承14。繩索運動解耦機構(gòu)3實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)關節(jié)I與后端關節(jié)的運動解耦。上述繩索運動解耦機構(gòu)3的固定輪31與回轉(zhuǎn)關節(jié)I中的回轉(zhuǎn)基座11固定連接，主動輪33與回轉(zhuǎn)連桿12固定連接?；剞D(zhuǎn)連桿承載軸承14內(nèi)圈安裝在回轉(zhuǎn)連桿12上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)基座11的軸孔中，采用軸用彈性擋圈、軸肩進行軸線固定；回轉(zhuǎn)連桿承載軸承14承受回轉(zhuǎn)關節(jié)I的軸向和徑向載荷;導向滑輪13固定安裝在回轉(zhuǎn)基座11上，對關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1、關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2進行導向。上述的回轉(zhuǎn)關節(jié)I的驅(qū)動，采用驅(qū)動繩索雙拉驅(qū)動模式，關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1、關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2與主動輪33固定，通過對兩繩索的拉、放操作實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)關節(jié)I的驅(qū)動，驅(qū)動過程中，拉、放對應的繩長相等，兩根繩索不會產(chǎn)生緊繃或松弛的現(xiàn)象，確保了關節(jié)正反向驅(qū)動的可靠性。
[0075]請參閱圖3所示，俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2，采用繩索驅(qū)動。關節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22軸線垂直。俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2，包括俯仰旋轉(zhuǎn)基座21，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22，繩索運動解耦機構(gòu)3，后端驅(qū)動繩索左導向滑輪23-1，后端驅(qū)動繩索右導向滑輪23-2，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承24。繩索運動解耦機構(gòu)3實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2與后端關節(jié)的運動解耦。上述的繩索運動解耦機構(gòu)3的固定輪31與俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2中的俯仰旋轉(zhuǎn)基座21固定連接，主動輪33與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22固定連接。俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承24內(nèi)圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22上，外圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)基座21的軸孔中，通過俯仰旋轉(zhuǎn)基座上的軸肩、彈性擋圈限制軸向位移，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承24承受俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2的軸向和徑向載荷。后端驅(qū)動繩索左導向滑輪23-1固定于俯仰旋轉(zhuǎn)基座21上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向；后端驅(qū)動繩索右導向滑輪23-2固定于俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向。俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)采用典型的繩索雙拉驅(qū)動模式，通過對關節(jié)左驅(qū)動繩索36-1、關節(jié)右驅(qū)動繩索36-2進行拉、放操作驅(qū)動俯仰旋轉(zhuǎn)連桿22。
[0076]參閱圖6-1至6-5所示，為基于兩種繩驅(qū)動模塊化的旋轉(zhuǎn)關節(jié)，提出的多種構(gòu)型的繩驅(qū)動機械臂結(jié)構(gòu)示意圖。按照不同的操作任務，組成關節(jié)式、手腕式、SCARA式構(gòu)型的繩驅(qū)動機械臂。關節(jié)式的繩驅(qū)動機械臂41按自由度數(shù)分為三自由度關節(jié)式機械臂41-3、第一種四自由度關節(jié)式機械臂41-1、第二種四自由度關節(jié)式機械臂41-2。三自由度關節(jié)式機械臂41-3從基座至機械臂末端依次為回轉(zhuǎn)關節(jié)1、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2;第一種四自由度關節(jié)式機械臂41-1從基座至機械臂末端依次為回轉(zhuǎn)關節(jié)1、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2;第二種四自由度關節(jié)式機械臂41-2從基座至機械臂末端依次為回轉(zhuǎn)關節(jié)1、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、回轉(zhuǎn)關節(jié)I;腕部式繩驅(qū)動機械臂42，三個關節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線交于一點，含有三個自由度，依次分別為回轉(zhuǎn)關節(jié)1、俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)2、回轉(zhuǎn)關節(jié)I;SCARA式繩驅(qū)動機械臂43有三個自由度，依次為回轉(zhuǎn)關節(jié)1、回轉(zhuǎn)關節(jié)1、回轉(zhuǎn)關節(jié)I。
[0077]參閱圖6-1至6-5所示，第一種四自由度關節(jié)式機械臂41-1為第一優(yōu)先實施例。該機械臂包括腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)51、肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)52、肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)53、腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54。腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)51，繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)。肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)52繞水平軸作俯仰運動，肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)53繞水平軸作俯仰運動，腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54繞水平軸作俯仰運動。腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)51處的繩索運動解耦機構(gòu)，實現(xiàn)腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)51與肩部、肘部、腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的運動解耦，其隨動輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-1所示，該隨動輪上纏繞有六根后端關節(jié)驅(qū)動繩索和兩根解耦繩索，六根驅(qū)動繩索分別對應為肩部、肘部、腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動繩索。隨動輪上有四個同心圓的走線槽用于繩索走線(三個走線槽用于后端關節(jié)驅(qū)動繩索走線，一個走線槽用于解耦繩索的走線)。圖7-2為腰部回轉(zhuǎn)關節(jié)51處的繩索走線示意圖；肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)52處的繩索運動解耦機構(gòu)，實現(xiàn)肩部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)52與肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)53、腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54的運動解耦，其隨動輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-1所示。該隨動輪上纏繞有四根后端關節(jié)驅(qū)動繩索和兩根解耦繩索，四根驅(qū)動繩索分別對應為肘部、腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)的驅(qū)動繩索，隨動輪上有三個同心圓的走線槽用于繩索走線(兩個走線槽用于后端關節(jié)驅(qū)動繩索走線，一個走線槽用于解耦繩索的走線)。圖8-2為肩部回轉(zhuǎn)關節(jié)52處的繩索走線示意圖；肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)53處的繩索運動解耦機構(gòu)，實現(xiàn)肘部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)53與腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54的運動解耦。其繩索運動解耦機構(gòu)的隨動輪如圖1中所示。腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54因為沒有后端關節(jié)，不需要對繩索進行解耦，所以腕部俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)54內(nèi)沒有繩索運動解耦機構(gòu)。
【主權項】
1.一種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂回轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于: 包括回轉(zhuǎn)基座(11 )，回轉(zhuǎn)連桿(12)，繩索運動解耦機構(gòu)(3)，導向滑輪(13)，回轉(zhuǎn)連桿承載軸承(14);其中回轉(zhuǎn)關節(jié)(I)的旋轉(zhuǎn)軸線與回轉(zhuǎn)連桿(12)軸線重合； 其中上述的繩索運動解耦機構(gòu)(3)實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)關節(jié)(I)與后端關節(jié)的運動解耦;從前向后依次包括固定輪(31)、隨動輪(32)、行星輪系(34)、主動輪(33);固定輪(31)固定不能轉(zhuǎn)動，主動輪(33)可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn);隨動輪(32)包括隨動輪主體(32-4); 上述的行星齒輪系(34)包括固定齒輪(34-1)、主動齒輪(34-2)，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4);各個齒輪的模數(shù)相同，并且固定齒輪(34-1)與主動齒輪(34-2)齒數(shù)相同，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)齒數(shù)相同；固定齒輪(34-1)與固定輪(31)連接，主動齒輪(34-2)與主動輪(33)連接，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)均安裝于隨動輪主體(32-4)，繞軸線可以轉(zhuǎn)動但沿自身軸線方向運動受到限制；左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)通過與固定齒輪(34-1)、主動齒輪(34-2)的嚙合限制隨動輪(32)的軸向運動和周向轉(zhuǎn)動； 該機構(gòu)還包括一根后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)、一根后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2);關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)、關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2); 上述隨動輪主體(32-4)的前側(cè)安裝前側(cè)導線盤(32-2)，后側(cè)安裝后側(cè)導線盤(32-3)，前側(cè)導線盤(32-2)和后側(cè)導線盤(32-3)結(jié)構(gòu)相同，均加工有同心圓環(huán)導線槽，同心圓環(huán)導線槽后端關節(jié)驅(qū)動繩索導線環(huán)槽;隨動輪主體(32-4)上方還安裝左定滑輪模塊(32-11)和右定滑輪模塊(32-12);左定滑輪模塊(32-11)和右定滑輪模塊(32-12)均為后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向定滑輪； 上述固定輪(31)下方和主動輪(33)下方均設置有兩個與輪軸軸線平行的通孔，且通孔進行圓角處理或安裝滑輪分別用于上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)、后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2)的導向; 上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪(31)上的對應通孔，再按順時針方向沿著前側(cè)導線盤(32-2)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達左定滑輪模塊(32-11)，再經(jīng)過左定滑輪模塊(32-11)換向180度，再按逆時針方向沿著后側(cè)導線盤(32-3)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪(33)上的對應通孔后，左驅(qū)動繩索(35-1)的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連； 上述后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2)的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪(31)上的對應通孔，再按逆時針方向沿著前側(cè)導線盤(32-2)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達右定滑輪模塊(32-12)，再經(jīng)過右定滑輪模塊(32-12)換向180度，再按順時針方向沿著后側(cè)導線盤(32-3)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪(33)上的對應通孔后，右驅(qū)動繩索(35-2)的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連； 上述關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪(33)固連，關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)逆時針纏繞在主動輪(33)上； 上述關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2)的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪(33)固連，關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2)順時針纏繞在主動輪(33)上； 上述結(jié)構(gòu)中所述順時針方向和逆時針方向均指從前向后觀察； 上述繩索運動解耦機構(gòu)(3)的固定輪(31)與回轉(zhuǎn)關節(jié)(I)中的回轉(zhuǎn)基座(11)固定連接，主動輪(33)與回轉(zhuǎn)連桿(12)固定連接； 回轉(zhuǎn)連桿承載軸承(14)內(nèi)圈安裝在回轉(zhuǎn)連桿(12)上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)基座(11)的軸孔中，采用軸用彈性擋圈、軸肩進行軸線固定；回轉(zhuǎn)連桿承載軸承(14)承受回轉(zhuǎn)關節(jié)(I)的軸向和徑向載荷;導向滑輪(13)固定安裝在回轉(zhuǎn)基座(I I)上，對關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)、關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2)進行導向。2.一種可重構(gòu)的繩驅(qū)動串聯(lián)解耦機械臂俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其特征在于: 俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)(2)包括俯仰旋轉(zhuǎn)基座(21)，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿(22)，繩索運動解耦機構(gòu)(3)，后端驅(qū)動繩索左導向滑輪(23-1)，后端驅(qū)動繩索右導向滑輪(23-2)，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承(24);其中關節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿(22)軸線垂直； 其中上述的繩索運動解耦機構(gòu)(3)實現(xiàn)對后端驅(qū)動繩索的運動解耦，實現(xiàn)俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)(2)與后端關節(jié)的運動解耦;從前向后依次包括固定輪(31)、隨動輪(32)、行星輪系(34)、主動輪(33);固定輪(31)固定不能轉(zhuǎn)動，主動輪(33)可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn);隨動輪(32)包括隨動輪主體(32-4); 上述的行星齒輪系(34)包括固定齒輪(34-1)、主動齒輪(34-2)，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4);各個齒輪的模數(shù)相同，并且固定齒輪(34-1)與主動齒輪(34-2)齒數(shù)相同，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)齒數(shù)相同；固定齒輪(34-1)與固定輪(31)連接，主動齒輪(34-2)與主動輪(33)連接，左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)均安裝于隨動輪主體(32-4)，繞軸線可以轉(zhuǎn)動但沿自身軸線方向運動受到限制；左行星齒輪(34-3)和右行星齒輪(34-4)通過與固定齒輪(34-1)、主動齒輪(34-2)的嚙合限制隨動輪(32)的軸向運動和周向轉(zhuǎn)動； 該機構(gòu)還包括一根后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)、一根后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2);關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)、關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2); 上述隨動輪主體(32-4)的前側(cè)安裝前側(cè)導線盤(32-2)，后側(cè)安裝后側(cè)導線盤(32-3)，前側(cè)導線盤(32-2)和后側(cè)導線盤(32-3)結(jié)構(gòu)相同，均加工有同心圓環(huán)導線槽，同心圓環(huán)導線槽后端關節(jié)驅(qū)動繩索導線環(huán)槽;隨動輪主體(32-4)上方還安裝左定滑輪模塊(32-11)和右定滑輪模塊(32-12);左定滑輪模塊(32-11)和右定滑輪模塊(32-12)均為后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向定滑輪； 上述固定輪(31)下方和主動輪(33)下方均設置有兩個與輪軸軸線平行的通孔，且通孔進行圓角處理或安裝滑輪分別用于上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)、后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2)的導向; 上述后端關節(jié)左驅(qū)動繩索(35-1)的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪(31)上的對應通孔，再按順時針方向沿著前側(cè)導線盤(32-2)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達左定滑輪模塊(32-11)，再經(jīng)過左定滑輪模塊(32-11)換向180度，再按逆時針方向沿著后側(cè)導線盤(32-3)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪(33)上的對應通孔后，左驅(qū)動繩索(35-1)的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連； 上述后端關節(jié)右驅(qū)動繩索(35-2)的前端用于與后端關節(jié)的驅(qū)動單元相連;之后先穿過固定輪(31)上的對應通孔，再按逆時針方向沿著前側(cè)導線盤(32-2)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自下而上到達右定滑輪模塊(32-12)，再經(jīng)過右定滑輪模塊(32-12)換向180度，再按順時針方向沿著后側(cè)導線盤(32-3)的驅(qū)動繩索導線環(huán)槽自上而下，再穿過主動輪(33)上的對應通孔后，右驅(qū)動繩索(35-2)的末端與后端關節(jié)的旋轉(zhuǎn)連桿相連； 上述關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪(33)固連，關節(jié)左驅(qū)動繩索(36-1)逆時針纏繞在主動輪(33)上； 上述關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2)的前端與關節(jié)的驅(qū)動單元相連，后端與主動輪(33)固連，關節(jié)右驅(qū)動繩索(36-2)順時針纏繞在主動輪(33)上； 上述結(jié)構(gòu)中所述順時針方向和逆時針方向均指從前向后觀察； 上述繩索運動解耦機構(gòu)(3)的固定輪(31)與俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)(2)中的俯仰旋轉(zhuǎn)基座(21)固定連接，主動輪(33)與俯仰旋轉(zhuǎn)連桿(22)固定連接;俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承(24)內(nèi)圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)連桿(22)上，外圈安裝在俯仰旋轉(zhuǎn)基座(21)的軸孔中，通過俯仰旋轉(zhuǎn)基座上的軸肩、彈性擋圈限制軸向位移，俯仰旋轉(zhuǎn)連桿承載軸承(24)承受俯仰旋轉(zhuǎn)關節(jié)(2)的軸向和徑向載荷；后端驅(qū)動繩索左導向滑輪(23-1)固定于俯仰旋轉(zhuǎn)基座(21)上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向；后端驅(qū)動繩索右導向滑輪(23-2)固定于俯仰旋轉(zhuǎn)連桿(22)上，用于對后端關節(jié)驅(qū)動繩索的導向。
【文檔編號】B25J17/02GK205704261SQ201620319582
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】印亮, 蔣素榮, 張超, 白東明, 吳洪濤, 陳柏, 吳志恒, 張磊, 殷杰, 華達人
【申請人】南京航空航天大學