CN105643658B - 一种双侧绳轮驱动的机器人关节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双侧绳轮驱动的机器人关节装置，属于机器人技术领域。包括：上连接体、驱动部件A、下连接体、驱动部件B和关节；所述关节包括关节轴套、关节左侧板和关节右侧板；所述关节轴套与关节左侧板、关节右侧板及下连接体配合形成铰接自由度；所述驱动部件A和驱动部件B分别用于驱动下连接体绕关节向两个相反方向转动。在该关节装置中，下连接体两个方向的转动分别通过两个液压缸驱动，并将驱动液压缸分别布置在上臂和下臂内部，结构紧凑，与传统的绳轮驱动方式相比显著减小了关节的横向尺寸。

Description

一种双侧绳轮驱动的机器人关节装置
技术领域
发明涉及一种及机器人关节装置，具体涉及一种绳轮驱动的机器人关节装置，属于机器人技术领域。
背景技术
现在机器人领域采用液压缸驱动技术的关节驱动方式有直接驱动和绳轮驱动等几种，其中直接驱动方式是将液压缸两端直接连接在关节的两部分进行直接驱动，绳轮驱动方式(如美国雷神公司的发明专利CN200980142653.0)采用一对或多对液压缸同时驱动一个绳轮，进而驱动关节运动。
直接驱动方式在关节运动到某些角度时所占的空间较大，并且所提供的力矩曲线起伏较大。绳轮驱动方式由于采用一对或多对液压缸同时驱动一个绳轮，所以横向尺寸较大，整个关节所占的空间较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双侧绳轮驱动的机器人关节装置，能够有效解决机器人关节尺寸大、力矩曲线起伏大等问题。
所述的双侧绳轮驱动的机器人关节装置，其特征在于，包括：上连接体、驱动部件A、下连接体、驱动部件B和关节.
所述关节包括关节轴套、关节左侧板和关节右侧板；所述关节轴套与关节左侧板、关节右侧板及下连接体配合形成铰接自由度；所述驱动部件A和驱动部件B分别用于驱动下连接体绕关节向两个相反方向转动.
所述下连接体一侧圆周面的中间位置加工有绳槽A，在与其相对侧的关节左侧板、关节右侧板上分别设置有关节左侧板绳槽和关节右侧板绳槽.
所述驱动部件A包括：液压缸A、上连接筒和柔性绳A；所述液压缸A固定安装在所述上连接体内的安装槽中，所述柔性绳A的一端通过上连接筒与液压缸A的活塞相连，另一端依次绕过换向轮A和绳槽A与固定在下连接体上的绳销相连；所述换向轮A的轴线平行于关节轴套的轴线.
所述驱动部件B包括：液压缸B、下连接筒、左柔性绳B和右柔性绳C；所述液压缸B固定安装在所述下连接体内的安装槽中，所述下连接筒与液压缸B的液压杆相连，下连接筒沿液压缸B液压杆的轴向设置有两个平行的连接端，分别为左连接端和右连接端；所述左柔性绳B的一端与下连接筒的左连接端相连，另一端依次绕过换向轮B和关节左侧板绳槽后固定在关节左侧板上的固定孔内；所述右柔性绳C的一端与下连接筒的右连接端相连，另一端依次绕过换向轮C和关节右侧板绳槽后固定在关节右侧板上的固定孔内；所述换向轮B和换向轮C的轴线在同一直线上，均平行于关节轴套的轴线。
在所述下连接体绕关节转动的两个方向上分别设置有用于限制其转动角度的限位结构。所述限位结构具体为：在所述上连接体与所述关节连接端的端部，安装换向轮A一侧加工有凸起A，通过所述凸起A限制所述下连接体在所述驱动部件A的驱动下绕关节转动的角度；
在所述上连接体与所述关节连接端的端部，安装换向轮A的相对侧有加工有倒角平面，所述下连接体上与之对应的位置加工有凸起B，所述倒角平面和凸起B配合限制所述下连接体在所述驱动部件B的驱动下绕关节转动的角度。
在所述关节轴套中安装有测量其转动角度的角度编码器。
有益效果：
(1)下连接体两个方向的转动分别通过两个液压缸驱动，并将驱动液压缸分别布置在上臂和下臂内部，结构紧凑，与传统的绳轮驱动方式相比显著减小了关节的横向尺寸。
(2)通过改变关节左侧板绳槽、关节右侧板绳槽及绳槽A的轨迹形状能够实现不同的力矩曲线，以满足不同使用情况。
附图说明
图1为该关节装置的整体结构示意图；
图2为该关节装置的内部结构示意图；
图3为驱动部件A的连接示意图；
图4为驱动部件B的连接示意图。
其中：1-上臂、4-液压缸A、5-上连接筒、6-柔性绳A、7-关节左侧板、8-关节右侧板、9-关节轴套、10-下臂、13-液压缸B、14-下连接筒、15-左柔性绳B、16-右柔性绳C、18-换向轮A、19-换向轮B、20-换向轮C、21-上臂凸起、22-上臂倒角平面、23-下臂凸起
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种双侧绳轮驱动的机器人臂部关节装置，该装置结构紧凑，与传统的绳轮驱动方式相比显著减小了关节的横向尺寸。
该关节装置的整体结构如图1和图2所示，包括上臂1、驱动部件A、下臂10、驱动部件B和关节。所述关节包括关节轴套9、关节左侧板7和关节右侧板8。
所述关节轴套9用来与关节左侧板7、关节右侧板8及下臂10配合形成铰接自由度；具体为：所述上臂1的左右两侧分别连接相互平行的关节左侧板7和关节右侧板8，所述下臂10与通过关节轴套9与关节左侧板7及关节右侧板8铰接在一起(即关节左侧板7及关节右侧板8的一端分别套装在所述关节轴套9轴向的两端，另一端分别与上臂1的左右两侧相连)，并在轴承的作用下可以绕关节轴套9灵活转动。可在所述关节轴套9中安装测量其转动角度的角度编码器。
所述下臂10一侧圆周面的中间位置加工有绳槽A，在与其相对侧的关节左侧板7、关节右侧板8上分别设置有关节左侧板绳槽和关节右侧板绳槽。
如图3所示，所述上臂1为驱动部件A的承重构件，所述驱动部件A用于驱动下臂10顺时针运动(图1所示的方向)，具体包括：液压缸A4、上连接筒5和柔性绳A6。所述液压缸A4固定安装在所述上臂1中的安装槽内，上臂1用来定位并遮挡的液压缸A4；柔性绳A6的一端通过上连接筒5与液压缸A4的活塞相连，另一端依次绕过换向轮18A和绳槽A后固定在位于下臂10上的绳销上。所述换向轮18A的轴线平行于关节轴套9的轴线，换向轮18A用于改变柔性绳A6的方向，以保证液压缸A4的活塞杆不承受径向力而弯曲。
如图4所示，所述下臂10为驱动部件B的承重构件，所述驱动部件B用于驱动下臂10逆时针运动，具体包括：液压缸B13、下连接筒14、左柔性绳B15和右柔性绳C16。所述液压缸B13固定安装在所述下臂10中的安装槽内，下臂10用来定位并遮挡的液压缸B13。所述下连接筒14与液压缸B13的液压杆相连，下连接筒14沿液压缸B13液压杆的轴向设置有两个平行的连接端(分别为左连接端和右连接端)，左柔性绳B15的一端与下连接筒14的左连接端相连，另一端依次绕过换向轮B19和关节左侧板绳槽后固定在关节左侧板7的固定孔内；右柔性绳C16的一端与下连接筒14的右连接端相连，另一端依次绕过换向轮C20和关节右侧板绳槽后固定在关节右侧板8的固定孔内。所述换向轮B19和换向轮C20的轴线在同一直线上，均平行于关节轴套9的轴线。所述换向轮B19用于改变左柔性绳B15的方向，换向轮C20用于改变右柔性绳C16的方向，以保证液压缸B13的液压杆不承受径向力而弯曲。
如图3所示，在上臂1上安装换向轮A18一侧加工有上臂凸起21，所述上臂凸起21与下臂10一起起到限制下臂10绕关节顺时针方向运动极限角度的作用。在上臂1安装换向轮A18的相对侧有上臂倒角平面22，所述上臂倒角平面22与下臂10上的下臂凸起23一起起到限制下臂10绕上臂1逆时针方向运动极限角度的作用。可根据实际使用情况改变上臂凸起21、上臂倒角平面22和下臂凸起23的位置，以获得不同的关节活动范围。
其工作原理为(设该关节装置处于的初始状态为竖直状态，且上臂1为固定不动)：
(1)下臂10顺时针运动：控制液压缸A4的液压杆收回(即向上运动)，带动上连接筒5运动，进而带动柔性绳A6向上运动。由于柔性绳A6下端通过绳销与下臂10连接，中间绕过绳槽A并沿着换向轮A18运动，所以液压缸A4收回最终实现的动作是下臂10及安装在下臂10上的各零件绕关节轴套9作顺时针运动，在该过程中，在左柔性绳B15和右柔性绳C16的作用下液压缸B13被动伸出。
(2)下臂10逆时针运动：控制液压缸B13的液压杆收回(即向下运动)，带动下连接筒14运动，进而带动左柔性绳B15和右柔性绳C16向下运动。由于左柔性绳B15与关节左侧板7相连，中间绕过关节左侧板绳槽并沿着换向轮B19运动；右柔性绳C16与关节右侧板8相连，中间绕过关节右侧板绳槽并沿着换向轮C20运动，所以液压缸B13收回最终实现的动作是下臂10及安装在下臂10上的各零件绕关节轴套9逆时针运动，在该过程中，在柔性绳A6的作用下液压缸A4被动伸出。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双侧绳轮驱动的机器人关节装置，其特征在于，包括：上连接体、驱动部件A、下连接体、驱动部件B和关节；
所述关节包括关节轴套、关节左侧板和关节右侧板；所述关节轴套与关节左侧板、关节右侧板及下连接体配合形成铰接自由度；所述驱动部件A和驱动部件B分别用于驱动下连接体绕关节向两个相反方向转动；
所述下连接体一侧圆周面的中间位置加工有绳槽A，在与其相对侧的关节左侧板、关节右侧板上分别设置有关节左侧板绳槽和关节右侧板绳槽；
所述驱动部件A包括：液压缸A、上连接筒和柔性绳A；所述液压缸A固定安装在所述上连接体内的安装槽中，所述柔性绳A的一端通过上连接筒与液压缸A的活塞相连，另一端依次绕过换向轮A和绳槽A与固定在下连接体上的绳销相连；所述换向轮A的轴线平行于关节轴套的轴线；
所述驱动部件B包括：液压缸B、下连接筒、左柔性绳B和右柔性绳C；所述液压缸B固定安装在所述下连接体内的安装槽中，所述下连接筒与液压缸B的液压杆相连，下连接筒沿液压缸B液压杆的轴向设置有两个平行的连接端，分别为左连接端和右连接端；所述左柔性绳B的一端与下连接筒的左连接端相连，另一端依次绕过换向轮B和关节左侧板绳槽后固定在关节左侧板上的固定孔内；所述右柔性绳C的一端与下连接筒的右连接端相连，另一端依次绕过换向轮C和关节右侧板绳槽后固定在关节右侧板上的固定孔内；所述换向轮B和换向轮C的轴线在同一直线上，均平行于关节轴套的轴线。
2.如权利要求1所述的双侧绳轮驱动的机器人关节装置，其特征在于，在所述下连接体绕关节转动的两个方向上分别设置有用于限制其转动角度的限位结构。
3.如权利要求2所述的双侧绳轮驱动的机器人关节装置，其特征在于，所述限位结构具体为：在所述上连接体与所述关节连接端的端部，安装换向轮A一侧加工有凸起A，通过所述凸起A限制所述下连接体在所述驱动部件A的驱动下绕关节转动的角度；
在所述上连接体与所述关节连接端的端部，安装换向轮A的相对侧有加工有倒角平面，所述下连接体上与之对应的位置加工有凸起B，所述倒角平面和凸起B配合限制所述下连接体在所述驱动部件B的驱动下绕关节转动的角度。
4.如权利要求1或2所述的双侧绳轮驱动的机器人关节装置，其特征在于，在所述关节轴套中安装有测量其转动角度的角度编码器。
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