[发明专利]串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构

说明书

本发明公开了串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，为克服串联式绳驱机械手关节运动耦合的问题，被动解耦机构包括基座系统、解耦模块、1号手臂系统、2号手臂、1号驱动绳与2号驱动绳；1号手臂系统通过其中的1号主动轮的小轴段的下端安装在基座系统中的基座板右端的光通孔中为间隙配合；1号手臂系统的1号手臂板左端的3号齿轮和基座系统中的5号齿轮啮合连接；2号手臂左端采过盈配合的方式套装在1号手臂系统中的9号销钉的上端；解耦模块安装在基座板上的矩形凹槽内，解耦模块中的齿条与基座系统中的2号齿轮啮合连接；1号驱动绳套装在1号驱动轮与1号主动轮的环形凹槽内；2号驱动绳和基座系统、解耦模块与1号手臂系统接触连接。

技术领域

本发明涉及一种被动解耦运动的机构，更确切地说，本发明涉及一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构。

背景技术

自1958年美国联合控制公司研制出的第一台机械手到今，串联式机械手的发展已有60年，串联机械手逐渐往两个方向发展：一是小型化，一是大型化。在往大型化发展中，机械手追求的是更高的负载能力；往小型化发展的过程中，机械手追求的更加纤细的体型，以便在狭小的工作空间内工作。许多研究人员提出了利用绳索、齿轮、连杆等机构作为动力传输介质来减小机械手的体型的方法。利用绳索作为动力传输介质可以极大的简化和减小串联机械手的运动关节。此外，机械手的手臂可以做的更加细长，手臂轮廓对机械手运动的影响也就变得更小，运动空间就更加广阔。

但是在串联式绳驱机械手中，前端关节的运动会导致后端关节的驱动绳索的变化进而导致关节的附带转动，这就是关节运动的耦合问题。处理解耦问题的方法有两种：一是采用运动控制方法进行主动解耦，另外一种是设计解耦结构，被动式解耦。拉斯加大学林肯分校设计的手术机械手利用了行星齿轮的运动原理，将绳索和齿轮结合的驱动方式实现了解耦。南京航空航天大学设计的解耦模块，则是利用动滑轮组的运动方法进行解耦。但其缺点是每一个运动关节都需要配备一个解耦模块，而且关节的体型较大，无法应用到手术机械手中，此外它的解耦模块采用的是钢丝绳驱动，因钢丝绳自生的延展性影响了其解耦精度。因而，需要设计新的解耦机构提高解耦精度和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的串联式绳驱机械手关节运动耦合的问题，提供了一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构包括基座系统、解耦模块、1号手臂系统、2号手臂、1号驱动绳与2号驱动绳；

所述的基座系统包括1号驱动轮、2号驱动轮、基座板、2号齿轮与5号齿轮；

所述的1号手臂系统包括1号主动轮、2号主动轮、自由轮、1号手臂板与3号齿轮；

所述的1号驱动绳与2号驱动绳都是直径为1.2mm的不锈钢丝绳，1号驱动绳与2号驱动绳皆为首尾相连的封闭钢丝绳环，2号驱动绳长度大于1号驱动绳的长度；

1号手臂系统通过1号主动轮的小轴段的下端安装在基座板右端的光通孔上，小轴段的下端与的右端的光通孔之间是间隙配合；1号手臂板左端的3号齿轮和5号齿轮啮合连接；2号手臂左端采过盈配合的方式套装在9号销钉的上端；解耦模块安装在基座板上的矩形凹槽内，解耦模块通过其中的齿条与2号齿轮啮合连接；1号驱动绳套装在1号驱动轮与1号主动轮的环形凹槽内；2号驱动绳和基座系统、解耦模块与1号手臂系统接触连接。

技术方案中所述的2号驱动绳和基座系统、解耦模块与1号手臂系统接触连接是指：

所述的2号驱动绳逆时针依次绕过2号驱动轮的前侧、1号导向轮的里侧、1号解耦轮的前侧、2号导向轮的里侧、自由轮的前侧、纵向对称线下方的5号导向轮的里侧、2号主动轮的前侧、2号主动轮的后侧、纵向对称线后侧的第2个结构相同的5号导向轮的里侧、自由轮的后侧、3号导向轮的里侧、2号解耦轮的后侧、4号导向轮的里侧与2号驱动轮的后侧，2号驱动绳和所绕过的各轮之间皆为接触连接。