[发明专利]一种用于超冗余机械臂的关节模块在审

申请号：	202211057269.4	申请日：	2022-08-31
公开（公告）号：	CN115416046A	公开（公告）日：	2022-12-02
发明（设计）人：	郭亚星;郑继贵;侍威;陶云飞;黄玉平;张华锦;石俊杰	申请（专利权）人：	北京精密机电控制设备研究所
主分类号：	B25J17/02	分类号：	B25J17/02;B25J9/10
代理公司：	中国航天科技专利中心 11009	代理人：	徐晓艳
地址：	100076 ***	国省代码：	北京;11
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摘要：
搜索关键词：	一种用于冗余机械关节模块
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【说明书】：

本发明涉及一种用于超冗余机械臂的关节模块，该关节模块包括第一臂杆、关节、第二臂杆、N根驱动绳索，N大于等于3；关节包括左半关节、中心环、右半关节、穿线盘，右半关节垂直于穿线盘，并与穿线盘固定连接构成中间连接盘，中心环与左半关节绕第一轴线旋转连接，与中间连接盘的穿线盘绕第二轴线旋转连接，第一轴线与第二轴线正交；左半关节与第二臂杆固定连接，中间连接盘通过右半关节与第一臂杆固定连接；控制每个臂杆的N根驱动绳索相互平行，依次穿过第二臂杆、中间连接盘的穿线盘、第一臂杆，并固定到第一臂杆远离中间连接盘的两一端，通过N根驱动绳索的线性伸缩配合，第一臂杆相对于第二臂杆实现相互正交的两个旋转自由度的运动。

技术领域

本发明涉及一种超冗余机械臂关节模块，具体说涉及一种用于超冗余机械臂的关节。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人逐渐代替人类从事一些危险、繁琐的工作，较为常见的有工业机械臂，能提升效率，且在一些场合可避免对人造成危害。

常见机械臂包含单关节自由度，总自由度数目有限，同时也限制了机械臂的工作范围和灵活性。结合机械臂与仿生结构，一种超冗余机械臂应运而生，采用绳索驱动关节的形式，每个关节具有两个自由度，整个驱动机构与关节部分分体布置，理论上具有无限个自由度，且运动更加灵活，工作范围更广。

目前，国内外针对超冗余机械臂的研究尚少，国外比较有代表性的研究方为英国OC Robotics公司(已被美国通用电气公司收购)，国内比较有代表性的研究方有新松机器人自动化股份有限公司，主要研究高校有哈尔滨工业大学(深圳)、上海交通大学、浙江大学等。上述公司和研究机构中超冗余机械臂基本都采用绳索驱动十字轴关节的形式，正如专利CN201510631030.7，CN113119080A，CN108908318B等所示，其中驱动绳索以圆周均匀分布的方式布置到关节外围，在关节产生运动角度且达到限定角度值时，会出现驱动绳索与关节相干涉的现象。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于超冗余机械臂的关节模块，消除驱动绳索与关节相干涉的现象。

本发明解决技术的方案是：一种用于超冗余机械臂的关节模块，该关节模块包括第一臂杆、关节、第二臂杆、N根驱动绳索，N大于等于3；

关节包括左半关节、中心环、右半关节、穿线盘，右半关节垂直于穿线盘，并与穿线盘固定连接构成中间连接盘，中心环与左半关节绕第一轴线旋转连接，与中间连接盘的穿线盘绕第二轴线旋转连接，第一轴线与第二轴线正交；左半关节与第二臂杆固定连接，中间连接盘通过右半关节与第一臂杆固定连接；

N根驱动绳索相互平行，依次穿过第二臂杆、中间连接盘的穿线盘、第一臂杆，并固定到第一臂杆远离中间连接盘的一端，通过N根驱动绳索的线性伸缩配合，第一臂杆相对于第二臂杆实现相互正交的两个旋转自由度的运动。

优选地，所述驱动绳索为三根驱动绳索，三根驱动绳索呈120度圆周分布。

优选地，右半关节、穿线盘一体加工而成。

优选地，右半关节、穿线盘为可拆卸组装结构。

优选地，所述第一臂杆和第二臂杆为中空加外表镂空结构。

优选地，所述驱动绳索为钢丝绳。

优选地，所述第一臂杆和第二臂杆的材料为钛合金。

优选地，所述右半关节、穿线盘的材料为高锰钢。