[发明专利]基于轮系的绳驱动解耦机构及其解耦方法

权利要求书

1.一种基于轮系的绳驱动解耦机构，其特征在于:

从前向后依次包括关节基座(7)、固定轮(1)、随动轮(2)、行星轮系(4)、主动轮(3)、当前关节连杆(8)；其中固定轮(1)与关节基座(7)固定连接不能转动；主动轮(3)与当前关节连杆(8)固定连接，跟随当前关节连杆(8)转动；随动轮(2)包括随动轮主体(24)；

上述的行星齿轮系(4)包括固定齿轮(41)、主动齿轮(42)，左行星齿轮(43)和右行星齿轮(44)；各个齿轮的模数相同，并且固定齿轮(41)与主动齿轮(42)齿数相同，左行星齿轮(43)和右行星齿轮(44)齿数相同；固定齿轮(41)与固定轮(1)连接，主动齿轮(42)与主动轮(3)连接，左行星齿轮(43)和右行星齿轮(44)沿自身轴线方向运动受到限制，绕轴线可以转动；左行星齿轮(43)和右行星齿轮(44)通过与固定齿轮(41)、主动齿轮(42)的啮合限制随动轮(2)的轴向运动和周向转动；

该机构还包括一根后端关节左驱动绳索(61)、一根后端关节右驱动绳索(62)；

上述随动轮主体(24)的前侧安装前侧导线盘(22)，后侧安装后侧导线盘(23)，前侧导线盘(22)和后侧导线盘(23)结构相同，均加工有同心圆环导线槽，同心圆环导线槽后端关节驱动绳索导线环槽；随动轮主体(24)上方还安装左定滑轮模块(21-1)和右定滑轮模块(21-2)；左定滑轮模块(21-1)和右定滑轮模块(21-2)均为后端关节驱动绳索的导向定滑轮；

上述固定轮(1)下方和主动轮(3)下方均设置有两个与轮轴轴线平行的通孔，且通孔进行圆角处理或安装滑轮分别用于上述后端关节左驱动绳索(61)、后端关节右驱动绳索(62)的导向；

上述后端关节左驱动绳索(61)的前端用于与后端关节的驱动单元(101)相连；之后先穿过固定轮(1)上的对应通孔，再按顺时针方向沿着前侧导线盘(22)的驱动绳索导线环槽自下而上到达左定滑轮模块(21-1)，再经过左定滑轮模块(21-1)换向180度，再按逆时针方向沿着后侧导线盘(23)的驱动绳索导线环槽自上而下，再穿过主动轮(3)上的对应通孔后，左驱动绳索(61)的末端与后端关节的旋转连杆(9)相连；

上述后端关节右驱动绳索(62)的前端用于与后端关节的驱动单元(101)相连；之后先穿过固定轮(1)上的对应通孔，再按逆时针方向沿着前侧导线盘(22)的驱动绳索导线环槽自下而上到达右定滑轮模块(21-2)，再经过右定滑轮模块(21-2)换向180度，再按顺时针方向沿着后侧导线盘(23)的驱动绳索导线环槽自上而下，再穿过主动轮(3)上的对应通孔后，右驱动绳索(62)的末端与后端关节的旋转连杆(9)相连；

上述结构中所述顺时针方向和逆时针方向均指从前向后观察。

2.据权利要求1所述基于轮系的绳驱动解耦机构的解耦方法，其特征在于：

利用行星齿轮系(4)的驱动，实现随动轮(2)运动角速度为当前关节连杆(8)旋转角速度ω的一半，即为ω/2；并且通过左行星齿轮(43)、右行星齿轮(44)与固定齿轮(41)、主动齿轮(42)的可靠啮合，实现随动轮(2)正反向可靠驱动；

并通过后端关节左驱动绳索(61)和后端关节右驱动绳索(62)正反向圆弧走线缠绕，实现后端关节左驱动绳索(61)和后端关节右驱动绳索(62)位移变化率的是随动轮运动角速度ω/2的2r倍，其中r为后端关节左、右驱动绳索沿着前、后导线盘上的驱动绳索导线环槽的走线半径，ω为当前关节连杆(8)的旋转角速度；

由当前关节连杆(8)转动引起的后端关节左、右驱动绳索右端的末端将产生+ωΔt·r，-ωΔt·r的位移，其中以沿着绳索方向由驱动单元端指向关节端方向为正；由随动轮(2)转动引起的后端关节左、右驱动绳索的右端末端将产生-2r·ω/2·Δt、+2r·ω/2·Δt的位移，其中以沿着绳索方向由驱动单元端指向关节端方向为正；两者实现相互抵消；即无论当前关节连杆(8)带动主动轮(3)如何旋转，经过解耦机构后的后端关节左驱动绳索(61)和后端关节右驱动绳索(62)的后端与当前关节连杆(8)无相对位移，实现关节间的解耦。