[发明专利]一种绳索驱动的全闭环反馈球关节无效

申请号：	200910087531.8	申请日：	2009-06-29
公开（公告）号：	CN101590651A	公开（公告）日：	2009-12-02
发明（设计）人：	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
主分类号：	B25J17/00	分类号：	B25J17/00;B25J19/02
代理公司：	北京永创新实专利事务所	代理人：	周长琪
地址：	100083***	国省代码：	北京;11
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摘要：
搜索关键词：	一种绳索驱动闭环反馈关节
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【说明书】：

技术领域

本发明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。

背景技术

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，再由此推算旋转角度。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。

发明内容

本发明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构成本发明球关节的驱动部分。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。本发明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，并通过角度传感器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。

在本发明中，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，本发明球关节的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。

本发明绳索驱动的全闭环反馈球关节的优点在于：

(1)采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)采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)本发明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，实现对本发明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是本发明绳索驱动的全闭环反馈球关节的结构图。

图2是本发明三轴球关节组件的结构图。

图2A是本发明三轴球关节组件的分解图。

图3是本发明基座与绳驱动组件的装配图。