CN106826907A - 一种单自由度联动柔性充电机器人关节组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，公开了一种单自由度联动柔性充电机器人关节组，包括第一联动关节、第二联动关节、第三联动关节、第一连接件、第二连接件与联动绳，其中第一连接件位于第一联动关节与第二联动关节之间，与第一联动关节固定连接，并与第二联动关节转动连接，第二连接件位于第二联动关节与第三联动关节之间；当第一联动关节带动第一连接件相对第二联动关节转动时，第二连接件带动第三联动关节由联动绳驱动相对第二联动关节发生同向且等角度的转动。本发明相对于现有技术可以减少电机的使用数量与机械臂的质量，从而可以提高响应速度；需要采用联动关节的方案，将关节组内的关节通过联动机构联结一起，实现等曲率等方向的关节运动。

Description

一种单自由度联动柔性充电机器人关节组

技术领域

本发明涉及充电机器人领域，尤其是涉及一种由多个联动关节构成的关节组。

背景技术

据中国汽车工业协会统计，2015年汽车产销总体平稳增长，超过2450万辆，创全球历史新高，连续七年蝉联全球第一。而相应的我国停车位缺口至少超5000万个，停车难问题愈演愈烈，发展空间利用率高的立体车库迫在眉睫。同时，随着新能源汽车市场的爆发式增长，中国已经成为全球最大的新能源汽车市场，根据中国汽车技术研究中心等单位联合发布的《新能源汽车蓝皮书：中国新能源汽车产业发展报告（2016）》显示，2015年新能源汽车产量达340471辆，销量331092辆，同比分别增长3.3倍和3.4倍；截至2015年底，我国新能源汽车产销累计49.7万辆。根据电动汽车发展规划及应用推广情况，发改委提出了“适度超前”原则及“一表一车位”模式推进充电设施建设。因此大力推进充电基础设施建设有利于解决电动汽车充电难题，也是发展新能源汽车产业的重要保障。，在此基础上，将立体车库与智能充电桩相结合可以为停放在立体车库中的新能源汽车自动充电，有效缓解当前停车难和充电难的社会难题，为未来提供一种创新发展模式。

一般而言，立体车库作业空间狭小且存在众多障碍物，难以通过手动的方式为汽车插上充电头，智能充电桩机器人则是为解决这一问题而发展出的产物，其由机械手臂和传统充电桩结合而成，通过机械手臂带动充电头实现对汽车的自动充电。目前常用的机械手臂由多个刚性的离散关节组成，每个关节都需要配置独立的驱动装置，体积、重量大，控制成本高，运动相对而言也不够灵活，难以满足狭窄空间内充电头自由运动的需求；同时，电机和控制电路靠近末端执行器，容易受到外界环境的影响，不利于保证机器人的使用寿命。因此，体型纤细、运动灵活的超冗余连续型机械臂成为人们的一个重要选择。目前的连续型机械臂大致可以分为两大类，一类是单关节全约束的绳索驱动机械臂，其单个关节具有两个自由度，有三个电机控制，因此其驱动电机数目相当大，降低了系统的稳定性。而另外一类的连续型机械臂采用了弹性体作为支撑，一个关节段作为一个大关节，采用了两个或者三个电机进行驱动，此种机械臂虽然减少了驱动电机的数目，但是也极大的降低了机械臂的刚度，影响了其负载能力以及空间运动的能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单自由度联动柔性充电机器人关节组。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单自由度联动柔性充电机器人关节组，包括第一联动关节、第二联动关节、第三联动关节、第一连接件、第二连接件与联动绳，其中

第一连接件位于第一联动关节与第二联动关节之间，与第一联动关节固定连接，并与第二联动关节转动连接，第二连接件位于第二联动关节与第三联动关节之间，与第三联动关节固定连接，并与第二联动关节转动连接；

联动绳的两端分别与第一连接件、第二连接件固定连接，当第一联动关节带动第一连接件相对第二联动关节转动时，第二连接件带动第三联动关节由联动绳驱动相对第二联动关节发生同向且等角度的转动。

作为上述方案的进一步改进方式，第一连接件上固定连接有第一导轮，第二连接件上固定连接有第二导轮，联动绳绕过第一导轮后再反向绕过第二导轮。

作为上述方案的进一步改进方式，第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节的两端各设有铰接座，第一连接件上沿周向设有多个第一导轮，第二连接件的四壁上沿周向设有多个第二导轮，驱动绳绕设在位于同一侧面的第一导轮与第二导轮上。

作为上述方案的进一步改进方式，第一联动关节两端的铰接座相互垂直。

作为上述方案的进一步改进方式，包括若干个第二联动关节、第三联动关节以及若干与之对应的联动绳，该若干个第二联动关节与第三联动关节依次交叉串联并通过第二连接件连接，第二联动关节与相邻第二连接件转动连接，第三联动关节与相邻第二连接件固定连接，第二联动关节的两端分别固定连接有第三导轮、第四导轮，其中，两相邻的第二联动关节分别与联动绳的两端固定连接，且联动绳绕过其中一个第二联动关节的第四导轮后再反向绕过另一第二联动关节的第三导轮，以使所述第一联动关节与第二联动关节之间，以及所述第二联动关节与第三联动关节之间发生同向且等角度的转动。

作为上述方案的进一步改进方式，包括调节联动绳张紧程度的张紧装置。

作为上述方案的进一步改进方式，张紧装置包括设于第二联动关节上的导杆以及可沿导杆滑动的导套，导套上设有过孔，联动绳穿设在过孔内。

作为上述方案的进一步改进方式，包括至少两根独立运动的驱动绳，驱动绳与第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节中的任何一个固接，且沿相邻联动关节之间的转动方向，该两根驱动绳位于与之固接的联动关节的两侧，驱动绳的一端与该联动关节固定连接，另一端与动力源固定连接。

作为上述方案的进一步改进方式，第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节各包括有过线盘，过线盘上沿周向设有若干的过线孔，驱动绳依次穿设在第二联动关节与第三联动关节的过线孔内，并与第一联动关节固接。

作为上述方案的进一步改进方式，第二连接件上设有导轮，联动绳绕过导轮，联动绳的两端分别位于第一连接件相对第二联动关节转动轴心的同一侧。

本发明的有益效果是：

相对于现有技术可以减少电机的使用数量与机械臂的质量，从而可以提高响应速度；需要采用联动关节的方案，将关节组内的关节通过联动机构联结一起，实现等曲率等方向的关节运动；机械臂的刚性强，负载能力高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的立体示意图；

图2是本发明第一联动关节一个实施例的立体示意图；

图3是本发明第一联动关节与第二联动关节的分解示意图；

图4是本发明联动绳的分解示意图；

图5是本发明多关节串联的立体示意图；

图6是图5中另一方向的立体示意图；

图7是本发明联动关节与驱动绳的连接示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，示出了本发明第一个实施例的立体示意图。如图所示，本发明包括第一联动关节100、第二联动关节201、第三联动关节202、第一连接件301、第二连接件302、联动绳401、联动绳402、导管501与导管502。

本发明中第一联动关节100、第二联动关节201与第三联动关节202的结构大体相似，以第一联动关节100为例，参照图2，示出了本发明第一联动关节一个实施例的立体示意图，其包括一柱状的主体101，主体101的两端设有过线盘102，过线盘102上均匀分布有若干的过线孔103，过线盘102上还伸出有铰接座104。其中第一联动关节100与第二联动关节201、第三联动关节202的区别包括但不限于：第一联动关节100上两端的铰接座相互垂直，第二联动关节201、第三联动关节202两端的铰接座则相互平行。

回到图1，第一连接件301位于第一联动关节100与第二联动关节201之间，第一连接件301与第一联动关节100的铰接座固定连接，并与第二联动关节201的铰接座转动连接，即第一联动关节100可与第一连接件301一体的相对第二联动关节201转动。具体参照图3，图3示出了本发明第一联动关节与第二联动关节的分解示意图。如图所示，第一连接件301首先通过销钉31与第一联动关节100的铰接座固定连接，然后通过销钉32与第二联动关节201的铰接座转动连接（更具体的是第二联动关节201与下述的第三导轮3012固接，然后第三导轮3012再与第一连接件301转动连接）。

第二连接件302则位于第二联动关节201与第三联动关节202之间，第二连接件302与第三联动关节202的铰接座固定连接，并与第二联动关节201的铰接座转动连接，即第三联动关节202可带动第二连接件302一体的相对第二联动关节201转动。

其中，第一联动关节100相对第二联动关节201的转动方向与第三联动关节202相对第二联动关节201的转动方向相同。

参照图1、图4，图4示出了本发明联动绳的分解示意图，第一连接件301上平行于转动方向的一侧固定有第一导轮3011，第二连接件302上平行于转动方向的一侧固定有第一导轮3021，第一导轮3011与第二导轮3021上均设有线槽。联动绳401的顶端a与第一连接件301的左侧固定连接，底端b则与第二连接件302的右侧固定连接，联动绳401首先沿图中顺时针的方向绕过第一导轮3011，然后再沿图中逆时针的方向绕过第二导轮3021；类似的，联动绳402的顶端c与第一连接件301的右侧固定连接，底端d则与第二连接件302的左侧固定连接，联动绳402首先沿图中逆时针的方向绕过第一导轮3011，然后再沿图中顺时针的方向绕过第二导轮3021。联动绳401与联动绳402的对称交叉，二者的连接关系、运动关系相同，故以联动绳401为例说明第一联动关节100、第二联动关节201与第三联动关节202通过联动绳实现联动的工作原理：

由于联动绳401的顶端a与第一连接件301固定连接，故顶端a可随第一连接件301的转动而上下运动，当第一连接件301如图中所示朝左侧转动时，顶端a下降，同时拉动第二连接件302相对第二联动关节201朝右侧转动，也可以视作第二联动关节201相对第二连接件302朝左侧转动，如此便实现了第一连接件301与第二联动关节201之间，以及第二联动关节201至第二连接件302之间的同向转动；此外，由于联动绳401的总长一定，故第一连接件301的转动角度等于第二连接件302的转动角度。综上，第一联动关节100、第二联动关节201与第三联动关节202可以发生同向且同角度的转动。

作为短联动绳与连接件的一种优选连接方式，连接件（即上述的第一端部连接件与第一中心连接件）上设有螺纹孔，螺纹孔内旋有螺钉，螺钉上设有径向的通孔，短联动绳穿过通孔后通过端部的金属球头卡接在销钉上。

作为短联动绳与连接件的另一种优选连接方式，连接件上同样设有螺纹孔，螺纹孔内旋有螺钉，螺钉上设有轴向的螺纹孔，以及与该轴向螺纹孔连通的径向通孔，短联动绳穿过径向通孔，由旋在轴向螺纹孔内的顶丝顶紧固定。优选的，径向通孔内还设有薄壁金属管，短联动绳穿设在薄壁金属管内，顶丝挤压薄壁金属管发生变形直至顶紧短联动绳，薄壁金属管可以对绳索起到一定保护作用，避免顶丝拧入的过程中损坏绳索，同时金属筒被压紧变形后也可以增强对绳索的固定作用。

本实施例中第一连接件301与第二连接件302可以采用完全相同的结构，以增加互换性；同时，第一连接件301的四壁均设有第一导轮3011，第二连接件302的四壁设有第二导轮3021，以使连接件安装时无需区分方向。

导管501、导管502分别沿第一联动关节100相对第二联动关节201的转动方向固定在第一联动关节100的两侧，导管内穿设有未示出的驱动绳，所述驱动绳用于带动第一联动关节100相对第二联动关节201转动，驱动绳之间独立运动。本发明中的驱动绳优选采用不锈钢绳索。

本发明还包括用于调节联动绳张紧程度的张紧装置，如图所示，张紧装置包括设于第二联动关节201上的导杆601以及可沿导杆601滑动的导套602，导套602上旋有螺钉，螺钉的端部穿过导套后与导杆601抵持，从而将导套602固定在导杆601上。导套601上设有过孔，联动绳穿设在过孔内，通过导套601沿导杆的滑动便可以调整联动绳的张紧程度。过孔与联动绳之间还设有可降低摩擦力的滑套，避免联动绳与孔壁摩擦而降低联动绳的使用寿命，本实施例中的滑套优选采用特氟龙套管。

第一个实施例为本发明的基本原理部分，以此为基础本发明还提出了第一个实施例的进一步方案，即包括有若干个第二联动关节与第三联动关节，该若干个第二联动关节与第三联动关节依次交叉串联。参照图5，示出了本发明多关节串联的立体示意图，图中隐藏了驱动绳。如图所示，图中按顺序依次包括第一联动关节A1、第二联动关节A2、第三联动关节A3与第二联动关节A4（第二联动关节A4与第二联动关节A2结构相同，A2与A4仅为标识顺序）。相邻的第二联动关节与第三联动关节之间通过第二连接件进行连接，连接原则为：第二联动关节与各第二连接件转动连接，第三联动关节与各第二连接件固定连接。

第一联动关节A1、第二联动关节A2与第三联动关节A3之间的联动方式与前述一致，为实现第二联动关节A4的联动，参照图4、图6，图6示出了本发明多关节串联另一方向上的立体示意图，图中隐藏了驱动绳。如图所示，第二联动关节上在相对于第一导轮3011、第二导轮3021的一侧固定连接有第三导轮3012、第四导轮3013（第一导轮、第二导轮分别与第一连接件、第二连接件固定连接，第三导轮、第四导轮则与第二联动关节固定连接），联动绳403的顶端e固定在第二联动关节A2的第四导轮3013的左侧，底端f固定在第二联动关节A4的第三导轮3012的右侧，且联动绳403沿图中顺时针的方向绕过第二联动关节A2的第四导轮3013，然后再沿图中逆时针的方向绕过第二联动关节A4的第三导轮3012，联动绳404与联动绳403对称。

结合图5、图6，多关节串联关节组的驱动方式为：第一联动关节A1通过联动绳401、联动绳402驱动第三联动关节A3相对第二联动关节A2转动，第二联动关节A2通过联动绳403、联动绳404驱动第二联动关节A4相对第三联动关节A3转动，第三联动关节A3通过联动绳405、联动绳406驱动未示出的第三联动关节相对第二联动关节A4转动，依次类推。

参照图7，示出了本发明联动关节与驱动绳的连接示意图，作为本发明的优选方式，驱动绳701沿相邻联动关节之间的转动方向位于联动关节的两侧，依次穿设在第二联动关节201与第三联动关节202的过线孔内，一端与第一联动关节100固接,另一端与未示出的动力源固定连接，如此，驱动绳701一方面可以直接驱动第一联动关节100，另一方面驱动绳在第二联动关节201、第三联动关节202的过线孔内滑动的过程中也可以驱动第二联动关节201、第三联动关节202，结合联动绳实现关节组的同向等曲率弯曲。

由于关节组内的各关节为联动关系，故驱动绳也可以与第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节中的任何一个固接，同样都可以实现关节组的整体运动。

此外，本发明还公开了第二个实施例，结合图1，其与第一个实施例的区别在于移除第一连接件301上的导轮，而仅在第二连接件302上设置导轮，联动绳401的顶端a固定连接在第一连接件301的右侧，底端b固定连接在第二连接件302的右侧，联动绳401沿图中逆时针的方向绕过导轮，如此同样可以实现关节间同向同角度的转动。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，包括第一联动关节、第二联动关节、第三联动关节、第一连接件、第二连接件与联动绳，其中

所述第一连接件位于所述第一联动关节与所述第二联动关节之间，与所述第一联动关节固定连接，并与所述第二联动关节转动连接，所述第二连接件位于所述第二联动关节与所述第三联动关节之间，与所述第三联动关节固定连接，并与所述第二联动关节转动连接；

所述联动绳的两端分别与所述第一连接件、第二连接件固定连接，当第一联动关节带动所述第一连接件相对所述第二联动关节转动时，所述第二连接件带动所述第三联动关节由所述联动绳驱动相对所述第二联动关节发生同向且等角度的转动。

2.根据权利要求1所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述第一连接件上固定连接有第一导轮，所述第二连接件上固定连接有第二导轮，所述联动绳绕过所述第一导轮后再反向绕过所述第二导轮。

3.根据权利要求2所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节的两端各设有铰接座，所述第一连接件上沿周向设有多个所述第一导轮，所述第二连接件上沿周向设有多个所述第二导轮，所述驱动绳绕设在位于同一侧面的所述第一导轮与第二导轮上。

4.根据权利要求3所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述第一联动关节两端的所述铰接座相互垂直。

5.根据权利要求2所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，包括若干个所述第二联动关节、第三联动关节以及若干与之对应的所述联动绳，该若干个第二联动关节与第三联动关节依次交叉串联并通过所述第二连接件连接，所述第二联动关节与相邻所述第二连接件转动连接，所述第三联动关节与相邻所述第二连接件固定连接，所述第二联动关节的两端分别固定连接有第三导轮、第四导轮，其中，两相邻的所述第二联动关节分别与所述联动绳的两端固定连接，且所述联动绳绕过其中一个所述第二联动关节的第四导轮后再反向绕过另一所述第二联动关节的第三导轮，以使所述第一联动关节与第二联动关节之间，以及所述第二联动关节与第三联动关节之间发生同向且等角度的转动。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，包括调节所述联动绳张紧程度的张紧装置。

7.根据权利要求6所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述张紧装置包括导杆以及可沿所述导杆滑动的导套，所述导套上设有过孔，所述联动绳穿设在所述过孔内。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，包括至少两根独立运动的驱动绳，所述驱动绳与所述第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节中的任何一个固接，且沿相邻联动关节之间的转动方向，该两根驱动绳位于与之固接的联动关节的两侧，所述驱动绳的一端与该联动关节固定连接，另一端与动力源固定连接。

9.根据权利要求8所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述第一联动关节、第二联动关节与第三联动关节各包括有过线盘，所述过线盘上沿周向设有若干的过线孔，所述驱动绳依次穿设在所述第二联动关节与第三联动关节的过线孔内，并与所述第一联动关节固接。

10.根据权利要求1所述的单自由度联动柔性充电机器人关节组，其特征在于，所述第二连接件上设有导轮，所述联动绳绕过所述导轮，所述联动绳的两端分别位于所述第一连接件相对所述第二联动关节转动轴心的同一侧。