[发明专利]一种可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，以消除前端关节运动时对后端关节造成的耦合。技术方案是：一种可解耦的绳驱动机械臂，包括底座、通过大臂主轴可转动地定位在底座上的大臂、通过小臂主轴可转动地定位在大臂上的小臂、固定在小臂上的平台、设置在底座上的第一电机与第二电机、传递第一电机动力驱动大臂转动的第一传动机构、传递第二电机动力驱动大臂转动的第二传动机构、与两个传动机构配合的解耦机构；其特征在于：所述第一传动机构包括由第一电机驱动的大臂驱动轮、与大臂主轴固定的大臂传动轮、两端分别缠绕固定在大臂驱动轮与大臂传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，具体是涉及一种具有解耦功能的绳索驱动机械臂。

背景技术

绳驱动技术依靠绳索来传递力与运动的方式，实现对关节转动的控制，绳索可以沿着任意路径进行远距离传输力与运动，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，驱动单元外置能避免臃肿粗大的关节结构、降低关节重量与转动惯量、增加自身承重比、降低成本，同时传动绳索因其本身的柔性，加强了机器人的缓冲吸振的能力，一定程度上改善了机器人的人机交互安全性，很好地解决了传统机械臂存在的问题，但也带来了关节之间的耦合问题。绳驱动机器人存在其固有的运动耦合问题。由于后端关节的驱动绳索需要经过前端关节走线，当前端关节转动时，后端关节驱动绳索会由于前端关节的转动产生一定的绳长变化，从而使后端关节产生一定的关节角变化，即两个关节的运动不独立，关节间产生运动耦合。

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，虽然不存在运动耦合，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，以消除前端关节运动时对后端关节造成的耦合。

本发明的技术方案是：

一种可解耦的绳驱动机械臂，包括底座、通过大臂主轴可转动地定位在底座上的大臂、通过小臂主轴可转动地定位在大臂上的小臂、固定在小臂上的平台、设置在底座上的第一电机与第二电机、传递第一电机动力驱动大臂转动的第一传动机构、传递第二电机动力驱动大臂转动的第二传动机构、与两个传动机构配合的解耦机构；其特征在于：

所述第一传动机构包括由第一电机驱动的大臂驱动轮、与大臂主轴固定的大臂传动轮、两端分别缠绕固定在大臂驱动轮与大臂传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小臂驱动轮、与小臂主轴固定的小臂传动轮、两端分别缠绕固定在小臂驱动轮与小臂传动轮上并且缠绕方向相反的两条第二传动绳；

所述解耦机构包括与大臂驱动轮同轴固定的解耦驱动轮、可转动地定位在大臂主轴上的解耦传动轮与小臂从动轮、可转动地定位在解耦传动轮外圆周面上的解耦盘、两端分别缠绕固定在解耦驱动轮与解耦传动轮上并且缠绕方向相反的两条解耦传动绳；所述解耦传动轮布置在两个小臂从动轮之间，小臂从动轮的间距与解耦盘的外径相适合，解耦盘的转动轴线与大臂主轴的轴线垂直相交，解耦盘与大臂主轴的间距与小臂从动轮的外径相适合；

所述第二传动绳还依次绕过其中一个小臂从动轮、解耦盘、另一个小臂从动轮，两条第二传动绳在小臂从动轮与解耦盘上的缠绕方向相反。

所述大臂主轴、小臂主轴、第一电机输出轴、第二电机输出轴平行布置。

所述大臂驱动轮与解耦驱动轮同轴布置；所述大臂传动轮、解耦传动轮与小臂从动轮同轴布置。

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，与小臂固定的小臂主轴可转动地定位在大臂上。