[发明专利]一种可实现运动解耦的绳驱动机械臂

说明书

本发明涉及绳索驱动机械臂领域。目的是提出一种可解耦的绳索驱动机械臂，以消除前端关节对后端关节造成的耦合。技术方案是：一种可实现运动解耦的绳驱动机械臂，其特征在于：该机械臂包括底座、可转动地定位在底座上的大臂、可转动地定位在大臂上的小臂、固定在小臂上的平台、设置在底座上通过第一传动机构驱动大臂转动的第一电机、设置在底座上通过第二传动机构驱动小臂转动的第二电机、与第二传动机构配合的解耦机构；所述第一传动机构包括由第一电机驱动的第一电机轮、与大臂固定的大臂驱动轮、两端分别缠绕固定在第一电机轮与大臂驱动轮上并且缠绕方向相反的两条第一传动绳。

技术领域

本发明涉及绳索驱动机械臂领域，具体是涉及一种可解耦的绳索驱动机械臂。

背景技术

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地降低，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。在现有的绳驱动机械臂中，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采用控制算法进行主动解耦和设计解耦机构进行解耦，算法解耦的复杂度会随着关节的增多而大大增加，并且对于前端关节是回转关节以及前后关节之间的运动耦合是非线性的情况，难以通过控制算法进行主动解耦；若采用套索结构，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

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提出一种可解耦的绳索驱动机械臂，以消除前端关节对后端关节造成的耦合。

本发明的技术方案是：

一种可实现运动解耦的绳驱动机械臂，其特征在于：该机械臂包括底座、可转动地定位在底座上的大臂、可转动地定位在大臂上的小臂、固定在小臂上的平台、设置在底座上通过第一传动机构驱动大臂转动的第一电机、设置在底座上通过第二传动机构驱动小臂转动的第二电机、与第二传动机构配合的解耦机构；

所述第一传动机构包括由第一电机驱动的第一电机轮、与大臂固定的大臂驱动轮、两端分别缠绕固定在第一电机轮与大臂驱动轮上并且缠绕方向相反的两条第一传动绳；

所述第二传动机构包括由第二电机驱动的第二电机轮、可转动地定位在大臂上的小臂驱动轮与定轮、与小臂固定的小臂从动轮、第二传动绳、第三传动绳；

所述解耦机构包括可转动地定位大臂上并与底座固定的第一解耦轮、可滑动地定位在大臂上的上滑架与下滑架、固定在上滑架上的第三解耦轮、可转动地定位在上滑架上的上动轮、固定在下滑架上的第二解耦轮、可转动地定位在下滑架上的下动轮、一端同时缠绕固定在第一解耦轮上并且另一端分别缠绕固定在第二解耦轮或第三解耦轮上的两条解耦绳；所述两条解耦绳的缠绕方向相反；

所述第二传动绳的一端缠绕固定在第二电机轮上，另一端依次绕过小臂驱动轮、定轮、下动轮后缠绕固定在小臂从动轮上；所述第三传动绳的一端缠绕固定在第二电机轮上，另一端依次绕过小臂驱动轮、定轮、上动轮后缠绕固定在小臂从动轮上；所述第二传动绳与第三传动绳的缠绕方向相反；

所述大臂驱动轮、小臂驱动轮、第一解耦轮、大臂转动轴线同轴布置；所述第三解耦轮与上动轮同轴布置；所述第二解耦轮与下动轮同轴布置；所述小臂从动轮与小臂转动轴线同轴布置。

所述大臂转动轴线、小臂转动轴线、定轮转动轴线、第一电机轮转动轴线、第二电机轮转动轴线、上动轮转动轴线、下动轮转动轴线互相平行。

所述底座上设有轴承座，与大臂固定的大臂主轴可转动地定位在轴承座上，与大臂固定的小臂主轴可转动地定位在大臂上。