[发明专利]一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构

说明书

本发明公开了一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，包括吊臂、多向旋转关节、摆动臂和绳驱单元；多个吊臂长度方向上的轴线于同一平面上绕同一轴线呈放射状布置，多个吊臂的一端相互连接固定构成吊臂架；多向旋转关节安装于吊臂架的中心轴线上，摆动臂与多向旋转关节连接固定；绳驱单元安装于摆动臂上，绳驱单元与中心对称的两吊臂绳驱传动连接，绳驱单元用于驱动摆动臂绕吊臂架的中心轴线进行多向摆动；通过吊臂绳驱单元的绳拉力放大，提高关节机构的输出力矩增加其负载能力；且绳驱单元的过载能力好，其驱动特性使关节机构具备较高的柔顺性；多向旋转关节使得关节机构具备空间360°的运动范围，可确保摆动臂完全折叠具备，高展收比。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构。

背景技术

现有的模块化关节包括传统关节和绳索驱动关节。

传统关节模块在关节空间内集成电机驱动、传动齿轮、减速器、力矩传感器、编码器、控制器和电气线束等设备，导致结构较为复杂，关节空间拥挤，关节质量较重。而具备空间2DOF(Degree of freedom，自由度)运动能力的关节需要两个关节模块正交布置，这种设计方案显著增加了关节质量和体积，导致由此组成的机械臂运动惯量大，快速运动性能不佳。

绳索驱动关节依靠绳索驱动万向节运动，可以实现空间2DOF运动，并且绳索驱动相较于传统关节可以实现旋转关节与驱动装置的分离，使关节质量和体积大幅减小，机械臂运动惯量低，可以实现快速运动。但是现有绳索驱动关节由于结构限制导致关节运动范围小，并且关节输出力矩弱。

而大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人，因其应用场景的需求，要求其关节具备空间2DOF运动能力、关节输出扭矩大、整体质量轻、刚度大、柔顺性好以及耐冲击等特点。

而现有的模块化关节在运动能力、输出扭矩、整体质量、刚度、柔顺性和耐冲击度均存在不足；所以现有的模块化关节，难以同时满足大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人对其应用的关节的特别需求。

因此需要一种能够同时满足大跨度机械臂和大型多足机器人等大型机器人的特别需求的关节机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，以解决现有模块化关节在运动能力、输出扭矩、整体质量、刚度、柔顺性和耐冲击度上，不能满足大型机器人对模块化关节的使用需求问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻量化高扭矩的绳索驱动双自由度关节机构，包括吊臂、多向旋转关节、摆动臂和绳驱单元；多个所述吊臂长度方向上的轴线于同一平面上绕同一轴线呈放射状布置，多个所述吊臂的一端相互连接固定构成吊臂架；所述多向旋转关节安装于所述吊臂架的中心轴线上，所述摆动臂与所述多向旋转关节连接固定；所述绳驱单元安装于所述摆动臂上，所述绳驱单元与中心对称的两所述吊臂绳驱传动连接，所述绳驱单元用于驱动所述摆动臂绕所述吊臂架的中心轴线进行多向摆动。

在其中一个实施例中，所述吊臂和所述摆动臂均为衔架结构。

在其中一个实施例中，所述多向旋转关节包括依次连接固定的第一转动关节和第二转动关节，所述第一转动关节的转动轴线与所述第二转动关节的转动轴线异面垂直；所述第一转动关节与所述吊臂架连接固定，所述第二转动关节与所述摆动臂连接固定。

在其中一个实施例中，所述吊臂架呈十字形。

在其中一个实施例中，两所述多向旋转关节分别安装于所述吊臂架厚度方向上的两侧面。

在其中一个实施例中，所述摆动臂内安装有多个所述绳驱单元；所述绳驱单元的传动绳索的两端分别与相对的两所述吊臂连接，多个所述绳驱单元用于驱动所述摆动臂朝多个方向摆动。