一种绳驱动三自由度偏置关节.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112476477A(43)申请公布日2021.03.12(21)申请号202011260420.5(22)申请日2020.11.12(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人尚伟伟庞顺翔张飞丛爽(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司11260代理人郑立明赵镇勇(51)Int.Cl.B25J17/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种绳驱动三自由度偏置关节(57)摘要本发明公开了一种绳驱动三自由度偏置关节，包括驱动电机、驱动绳、绳轮、驱动绞盘、导引滑轮组、交叉滚子轴承、导引孔、电机支撑架、轴承外压等部件，驱动电机通过绳轮驱动缠绕在绞盘上的绳，实现绞盘的旋转运动，第二个自由度和第三个自由度是通过导引滑轮组将驱动绳从布置在前一个驱动绞盘的旋转中心轴的绳轮引出，第一个绞盘旋转中心轴和第二个绞盘旋转中心轴相交于一点，第二个绞盘旋转中心轴和第三个绞盘旋转中心轴相交于一点，三个旋转中心轴不相交于一点。采用绳驱动的方式驱动绞盘实现关节的旋转运动，具有柔性高、转动惯量小和负载自重比高等优点，可有效对机器人驱动关节进行优化设计。CN112476477ACN112476477A权利要求书1/1页1.一种绳驱动三自由度偏置关节，其特征在于，包括三自由度驱动装置，每个自由度驱动装置分别包括驱动电机、电机支架、交叉滚子轴承、轴承外压、绳轮、绞盘、绞盘盖板、导引滑轮组、连接盖支架、连接盖支架、连接支架支柱、导引孔；所述驱动电机驱动绳轮，所述绳轮通过传动绳驱动绞盘，所述绳轮的两侧边缘布置两根传动绳，两根传动绳通过导引滑轮组和导引孔缠绕在绞盘，分别驱动绞盘的正反两个转动方向，所述交叉滚子轴承装于所述绞盘与电机支架之间，所述连接盖支架和连接支架支柱将电机支架与绞盘连接在一起。2.根据权利要求1所述的绳驱动三自由度偏置关节，其特征在于：第一个自由度的驱动电机布置在第一个电机支架上；第二个自由度的驱动电机布置在第一个自由度的绞盘的旋转中心位置，第二个电机支架通过螺栓与第一个绞盘盖板连接；第三个自由度的驱动电机布置在第二个自由度的绞盘的旋转中心位置，第三个电机支架通过螺栓与第二个绞盘盖板连接。3.根据权利要求1所述的绳驱动三自由度偏置关节，其特征在于，第一个绞盘转动轴线与第二个绞盘转动轴线相交于一点，第二个绞盘转动轴线与第三个绞盘转动轴线相交于一点，三个绞盘的转动轴线不相交于一点。4.根据权利要求1、2或3所述的绳驱动三自由度偏置关节，其特征在于，每个自由度的减速是通过绞盘与绳轮的直径比值实现的，通过调节绞盘上的传动缠绕绳长度，改变绞盘的转角范围。2CN112476477A说明书1/4页一种绳驱动三自由度偏置关节技术领域[0001]本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种绳驱动三自由度偏置关节。背景技术[0002]近年来，协作机器人在人类生活中得到广泛的应用。然而，传动协作机器人存在柔顺性差、安全性能差等问题，驱动关节多数是刚性结构，这也限制了协作机器人的发展。因此，具有柔顺驱动关节的协作机器人是未来发展的趋势。[0003]传统协作机器人多数采用刚性驱动关节，其运动精度较高，但是柔顺性较差，为了提高机器人的柔顺性，常采用柔顺控制算法实现机器人的柔性，常用的的算法有导纳控制和阻抗控制，这些控制方法对控制器性能要求较高，这也导致了该类机器人制造成本高，同时这类方法的柔顺性一般，与实际要求仍有较大差距。[0004]另一种方法是设计柔性关节提高机器人柔性，弹性材料和气动元件等构件应用大大提高了机器人的柔性，然而多数高柔性机器人刚度较低，运动精度较差，同时负载较小。绳能够实现任意路径运动和力的传递，设计绳的走线方案，将驱动力传递到关节处，实现关节的运动，同时绳自身的柔性可以有效提高驱动关节的柔性。[0005]目前，机器人三自由度关节多数是三轴相交于一点，尤其是机器人肩关节配置，这会导致第三个自由度运动范围受限，偏置设计可以提高关节的运动范围。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种绳驱动三自由度偏置关节。[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：[0008]本发明的绳驱动三自由度偏置关节，包括三自由度驱动装置，每个自由度驱动装置分别包括驱动电机、电机支架、交叉滚子轴承、轴承外压、绳轮、绞盘、绞盘盖板、导引滑轮组、连接盖支架、连接盖支架、连接支架支柱、导引孔；[0009]所述驱动电机驱动绳轮，所述绳轮通过传动绳驱动绞盘，所述绳轮的两侧边缘布置两根传动绳，两根传动绳通过导引滑轮组和导引孔缠绕在绞盘，分别驱动绞盘的正反两个转动方向，所述交叉滚子轴承装于所述绞盘与电机支架之间，所述连接盖支架和连接支架支柱将电