[发明专利]无摩擦的绳驱动被动解耦机构及其解耦减摩方法

摘要

本发明公开了一种无摩擦的绳驱动被动解耦机构及其解耦减摩方法，涉及绳驱动机械臂领域，解决了多关节间驱动绳索的运动耦合及绳索摩擦问题。该机构包括固定轮、随动轮盘组、主动轮、驱动导线盘、解耦导线盘。主动轮与关节连杆连接，固定轮与关节基座连接，解绳索沿着解耦导线盘绳槽及中心轮的滑轮正反向缠绕，驱动随动轮盘组以关节连杆旋转速度的1/2旋转。后端关节的驱动绳索沿着驱动导线盘的绳槽及中心轮的滑轮缠绕，由关节连杆转动引起的驱动绳索位移变化和由随动轮盘组转动导致的位移变化相互抵消，实现绳索的运动解耦。绳索由滑轮导向，摩擦可忽略不计。该解耦机构结构紧凑、可靠，无摩擦特性保证关节精准力位控制；模块化的设计应用范围广。

主权项

一种无摩擦的绳驱动被动解耦机构法，其特征在于：从前向后依次包括关节基座(5)、固定轮(1)、随动轮盘组(2)、主动轮(3)和当前关节连杆(4)；还包括中心轴(213)；其中固定轮(1)与关节基座(5)固定连接不能转动；固定轮(1)、随动轮盘组(2)均通过轴承安装与中心轴(213)上可相对转动，但轴向位移被限制；主动轮(3)与中心轴(213)固连一起转动，同时与当前关节连杆(4)固定连接；上述随动轮盘组(2)包括中心轮(206)，中心轮(206)前侧表面有两道环形同轴凹槽，径向从内到外分别安装有前侧小平面推力滚针轴承(211‑1)、前侧大平面推力滚针轴承(212‑1)；中心轮(206)后侧表面有两道环形同轴凹槽，径向从内到外分别安装有后侧小平面推力滚针轴承(211‑2)、后侧大平面推力滚针轴承(212‑2)；中心轮(206)前侧表面同轴安装前侧解耦导线盘(209‑1)和前侧驱动导线盘(210‑1)；后侧表面同轴安装后侧解耦导线盘(209‑2)和后侧驱动导线盘(210‑2)；前侧解耦导线盘(209‑1)、后侧解耦导线盘(209‑2)具有半径为r1的圆环导线槽，前侧驱动导线盘(210‑1)、后侧解耦导线盘(209‑2)具有半径为r2的圆环导线槽，四个环形导线槽均同轴；其中前侧驱动导线盘(210‑1)位于前侧解耦导线盘(209‑1)径向外侧；其中前侧解耦导线盘(209‑1)与中心轴(213)之间安装有前侧小法兰轴承(207‑1)，前侧解耦导线盘(209‑1)通过前侧小法兰轴承(207‑1)支撑并压向中心轮(206)前侧表面，使前侧解耦导线盘(209‑1)的轴向端面与前侧小平面推力滚针轴承(211‑1)保持接触；其中前侧驱动导线盘(210‑1)与前侧解耦导线盘(209‑1)之间安装有前侧大法兰轴承(208‑1)，前侧驱动导线盘(210‑1)通过前侧大法兰轴承(208‑1)支撑并压向中心轮(206)前侧表面，使前侧驱动导线盘(210‑1)的轴向端面与前侧大平面推力滚针轴承(212‑1)保持接触；其中后侧驱动导线盘(210‑2)位于后侧解耦导线盘(209‑2)径向外侧；其中后侧解耦导线盘(209‑2)与中心轴(213)之间安装有后侧小法兰轴承(207‑2)，后侧解耦导线盘(209‑2)通过后侧小法兰轴承(207‑2)支撑并压向中心轮(206)后侧表面，使后侧解耦导线盘(209‑2)的轴向端面与后侧小平面推力滚针轴承(211‑2)保持接触；其中后侧驱动导线盘(210‑2)与后侧解耦导线盘(209‑2)之间安装有后侧大法兰轴承(208‑2)，后侧驱动导线盘(210‑2)通过后侧大法兰轴承(208‑2)支撑并压向中心轮(206)后侧表面，使后侧驱动导线盘(210‑2)的轴向端面与后侧大平面推力滚针轴承(212‑2)保持接触；上述中心轮(206)前侧表面还固定有前导向滑轮模块(203)，包括左前导向滑轮模块(203‑1)和右前导向滑轮模块(203‑2)，左前导向滑轮模块(203‑1)和右前导向滑轮模块均(203‑2)由一个解耦绳索导向滑轮和驱动绳索导向滑轮组成；中心轮(206)后侧表面还还固定有后导向滑轮模块(205)，左后导向滑轮模块(205‑1)和右后导向滑轮模块(205‑2)，左后导向滑轮模块(205‑1)和右后导向滑轮模块(205‑2)均由一个解耦绳索导向滑轮和驱动绳索导向滑轮组成；中心轮(206)上方安装有定滑轮模块(204)，左定滑轮模块(204‑1)和右定滑轮模块(204‑2)；左定滑轮模块(204‑1)和右定滑轮模块(204‑2)均由一个解耦绳索定滑轮和驱动绳索定滑轮组成；该机构还包括一根左解耦绳索(201)、一根右解耦绳索(202)、一根后端关节左驱动绳索(71)、一根后端关节右驱动绳索(72)；上述固定轮(1)下方和主动轮(3)下方均设置有与中心轴(213)轴线平行的两个圆形通孔和两个方形通孔，两个圆孔进行圆角处理，用于上述左解耦绳索(201)、右解耦绳索(202)的导向；两个方形孔处安装导向滑轮，用于上述后端关节左驱动绳索(71)、后端关节右驱动绳索(72)的导向；上述左解耦绳索(201)的前端与固定轮(1)固定，之后先穿过固定轮(1)上的对应圆形通孔，再按顺时针方向沿着前侧解耦导线盘(209‑1)的绳槽自下而上缠绕，到达左前导向滑轮模块(203‑1)，经过解耦绳索导向滑轮导向后到达左定滑轮模块(204‑1)，经过解耦绳索定滑轮转向，到达左后导向滑轮模块(205‑1)，经过解耦绳索导向滑轮导向后，再按逆时针方向沿着后侧解耦导线盘(209‑2)的绳槽自上而下缠绕，再穿过主动轮(3)上的对应圆形通孔后，绳索的末端与主动轮(3)固定；上述右解耦绳索(202)的前端与固定轮(1)固定，之后先穿过固定轮(1)上的对应圆形通孔，再按逆时针方向沿着前侧解耦导线盘(209‑1)的绳槽自下而上缠绕，到达右前导向滑轮模块(203‑2)，经过解耦绳索导向滑轮导向后到达右定滑轮模块(204‑2)，经过解耦绳索定滑轮转向，到达右后导向滑轮模块(205‑2)，经过解耦绳索导向滑轮导向后，再按顺时针方向沿着后侧解耦导线盘(209‑2)的绳槽自上而下缠绕，再穿过主动轮(3)上的对应圆形通孔后，绳索的末端与主动轮(3)固定；上述后端关节左驱动绳索(71)的前端用于与后端关节的驱动单元(81)相连，之后先穿过固定轮(1)上的对应方形通孔，经过引入导向滑轮导向后，再按顺时针方向沿着前侧驱动导线盘(210‑1)的绳槽自下而上缠绕，到达左前导向滑轮模块(203‑1)，经过驱动绳索导向滑轮导向后到达左定滑轮模块(204‑1)，经过驱动绳索定滑轮转向，到达左后导向滑轮模块(205‑1)，经过驱动绳索导向滑轮导向后，再按逆时针方向沿着后侧驱动导线盘(210‑2)的绳槽自上而下缠绕，经过引出导向滑轮导向引出，再穿过主动轮(3)上的对应方形通孔后，绳索的末端与后端关节连杆(9)相连；上述后端关节右驱动绳索(72)的前端用于与后端关节的驱动单元(81)相连，之后先穿过固定轮(1)上的对应方形通孔，经过引入导向滑轮导向后，再按逆时针方向沿着前侧驱动导线盘(210‑1)的绳槽自下而上缠绕，到达右前导向滑轮模块(203‑2)，经过驱动绳索导向滑轮导向后到达右定滑轮模块(204‑2)，经过驱动绳索定滑轮转向，到达右后导向滑轮模块(205‑2)，经过驱动绳索导向滑轮导向后，再按顺时针方向沿着后侧驱动导线盘(210‑2)的绳槽自下而上缠绕，经过引出导向滑轮导向引出，再穿过主动轮(3)上的对应方形通孔后，绳索的末端与后端关节连杆(9)相连；上述结构中所述顺时针方向和逆时针方向均指从前向后观察。