[发明专利]一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及其解耦方法

说明书

本发明公开了一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及解耦方法，在该解耦机构中，主动轮和解耦绳索驱动轮与关节连杆固连，机械臂前臂上的滑槽限制滑梁作上下移动，利用后端关节驱动绳索的过渡轮的直径是解耦绳索驱动轮直径的两倍，实现当前关节转动时滑梁的位移是后端关节驱动绳索末端位移的1/2。这样，因当前关节转动而引起的后端关节驱动绳索末端位移就和滑梁的上下移动引起的后端关节驱动绳索末端位移相互抵消。经过解耦机构后的驱动绳索与关节连杆之间无相对位移，从而实现前后关节之间的运动解耦。本发明的解耦机构可以工作在0°至300°范围内，工作范围大、结构简单、紧凑，增加过渡轮及相应的导向滑轮个数，能够解耦更多的后端关节。

技术领域

本发明涉及机械驱动领域，尤其涉及一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及其解耦方法。

背景技术

传统机械臂大都将驱动器电机直接安装在关节处，这使得机械臂的体积质量大、转动惯量大、结构复杂、负载自重比低。

绳驱动技术采用绳索远程传递运动和力，实现对关节转动的控制，因而能够将全部的驱动单元安装在基座上。由于传动绳索很轻，且驱动单元外置，所以机械臂的结构得到了很大的简化，质量和转动惯量以及体积都得到了大幅度的降低，从而很好地解决了传统机械臂存在的问题，但同时也带来了关节之间的耦合问题。

在绳驱动串联机械臂中，由于前端关节的转动会引起穿过前端关节的后端关节驱动绳索在过渡轮上缠绕量的变化，从而对后端关节产生一个附加的运动，即两个关节的运动不独立。

目前针对这种耦合的解耦方法主要有采用控制算法进行主动解耦和设计解耦机构进行解耦两种，算法解耦会随着关节的增多，其复杂度会大大增加，且对于前端关节是回转关节的，前后关节之间的运动耦合是非线性的，也就难以通过控制算法进行主动解耦；采用套索结构，不存在运动耦合，但是驱动绳索与套索之间为滑动摩擦，不仅摩擦力大，且存在死区、间隙、迟滞等非线性特性，机械臂的控制精度难以保证。

发明内容

为解决现有解耦方法存在的问题，本发明提供了一种绳驱动解耦机构以解决绳驱动串联机械臂各关节之间的运动耦合问题，该解耦机构结构简单可靠，工作范围大，摩擦力小。

本发明的技术方案为：

一种绳驱动机械臂关节的解耦机构，所述的机械臂结构包括：前臂、后臂、并排布置且与后臂固定连接的两定位杆一、与前臂固定连接的两两一组、并排布置的定位杆二和定位杆三以及单独的定位杆四；

所述解耦机构包括导向滑轮组五、过渡轮、解耦组件、导向滑轮组三和后端关节驱动绳索，所述过渡轮至少包括过渡轮一，所述后端关节驱动绳索至少包括后端关节驱动绳索左段和后端关节驱动绳索右段；

所述导向滑轮组五由导向滑轮五套在所述定位杆一上组成，每一定位杆一上套至少一个导向滑轮五，所述导向滑轮五至少包括第一导向滑轮五和第二导向滑轮五；

所述解耦组件自上而下依次包括：解耦部件一、导向滑轮组四、解耦部件二、导向滑轮组一；

所述解耦部件一由主动轮、解耦绳索驱动轮一和解耦绳索驱动轮二依次固定连接在关节连杆上所组成；

所述过渡轮一套在所述关节连杆上，且在所述解耦绳索驱动轮一和所述解耦绳索驱动轮二之间；

所述导向滑轮组四由导向滑轮四套在所述定位杆二上组成，每一定位杆二上套至少三个导向滑轮四，所述导向滑轮四至少包括：第一导向滑轮四、第二导向滑轮四、第三导向滑轮四、第四导向滑轮四、第五导向滑轮四和第六导向滑轮四；

所述解耦部件二由并排布置的位移补偿装置一和位移补偿装置二组成，所述位移补偿装置一由固定块一、至少一个导向滑轮二和固定块三依次连接在滑梁一上组成，所述位移补偿装置二由固定块二、至少一个导向滑轮二和固定块四依次连接在滑梁二上组成，所述导向滑轮二至少包括第一导向滑轮二和第二导向滑轮二；