CN108247626B - 一种驱动装置与绳驱动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，公开了一种驱动装置与绳驱动机器人，其中驱动装置包括驱动基座、动力模组与擒释模组，擒释模组包括擒释基座与安装在擒释基座上的擒释爪，动力模组可驱动擒释模组沿靠近/远离驱动基座的方向运动，其中，擒释模组朝一个方向运动时，擒释爪可与待驱动的驱动绳连接；擒释模组朝相反的另一个方向运动时，擒释爪可与待驱动的驱动绳分离。本发明的驱动装置可以通过擒释爪实现与机械臂的驱动绳之间快速连接与分离，无需进行额外的分离操作，从而可以实现驱动装置与机械臂之间相互分离，便于维修时的快速拆卸和更换。

Description

一种驱动装置与绳驱动机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是涉及绳驱动的机器人领域，尤其是涉及一种驱动绳索运动的驱动装置。

背景技术

绳索驱动的超冗余机械臂机器人具有连续型机器人的特点，因此也具有了其它类型机器人无法相比的显著优点：一方面，在传动方式上绳索驱动超冗余机械臂采用了绳索传动的方式，电机、控制电路、减速装置等部件放置在机械臂的根部基座上，不仅能够将驱动电机和执行机构分开，实现远程动力传输，使得控制电路和传动机构等不易受到外界环境的如低高温、污染环境等的影响而出现故障，而且能够减少机械臂的质量，具有传动振动小，精度高等特点。

另一方面，由于绳索驱动超冗余机械臂具有冗余的自由度，除了能够在三维空间中达到预期的末端点位置之外，还具有较强的灵活性和避障能力。它能够灵活地改变自身的形状，快速适应各种复杂的环境以便穿越狭窄的小孔和其它障碍物，完成窄小空间的探测和目标的抓取等。

因此，基于绳索驱动的超冗余机械臂机器人具有极强的狭小空间适应性，是未来机械臂的发展趋势。现有技术中绳驱柔性机械臂机器人的驱动装置多数采用电机、丝杆与丝杆螺母，电机通过丝杆驱动丝杆螺母运动，丝杆螺母与驱动绳索之间固定连接以实现拉伸绳索的目的，当前绳驱柔性机械臂机器人多采用一体化设计，驱动装置与被驱动之间的机械臂分离十分困难，提高了后续的检修难度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种驱动装置，用于解决现有技术中的驱动装置难以与被驱动之间的机械臂分离，增加后续检修难度的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种驱动装置，包括驱动基座、动力模组与擒释模组，擒释模组包括擒释基座与安装在擒释基座上的擒释爪，动力模组可驱动擒释模组沿靠近/远离驱动基座的方向运动，其中，擒释模组朝一个方向运动时，擒释爪可与待驱动的驱动绳连接；擒释模组朝相反的另一个方向运动时，擒释爪可与待驱动的驱动绳分离。

作为上述方案的进一步改进方式，擒释模组还包括第一弹性件，第一弹性件的两端分别与擒释基座、擒释爪固定连接，擒释爪与擒释基座转动连接；

当擒释模组靠近驱动基座，直至擒释爪与驱动基座抵持时，擒释爪可随擒释模组朝向驱动基座的进一步运动而相对擒释基座转动；

当擒释爪与驱动基座分离时，擒释爪在第一弹性件的作用下复位。

作为上述方案的进一步改进方式，擒释爪包括抓取臂与驱动臂，抓取臂与驱动臂的交接部位设置有转轴，擒释爪通过转轴与擒释基座转动连接，并通过驱动臂与驱动基座抵持。

作为上述方案的进一步改进方式，抓取臂上设有单侧开口的卡槽。

作为上述方案的进一步改进方式，驱动臂的端部设置有滚轮。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括安装在驱动基座上的检测装置，擒释模组在运动至设定位置时触发检测装置，动力模组在检测装置被触发时停止输出动力。

作为上述方案的进一步改进方式，动力模组包括电机、丝杆与丝杆螺母，电机的驱动轴与丝杆固定连接，丝杆与丝杆螺母螺纹连接，丝杆螺母与擒释基座固定连接。

作为上述方案的进一步改进方式，丝杆上连接有用于检测电机转速并对电机进行反馈控制的编码器。

一种绳驱动机器人，包括柔性臂与上述驱动装置，柔性臂包括驱动绳、第二弹性件与弹性件固定座，弹性件固定座与驱动装置可拆卸的连接，第二弹性件的两端分别与弹性件固定座、驱动绳连接，驱动绳拉伸第二弹性件，并保持在设定的平衡位置；

擒释爪在沿远离擒释基座的方向运动时拉动驱动绳，第二弹性件收缩；

擒释爪在沿靠近擒释基座的方向运动时，驱动绳拉动第二弹性件复位；

驱动绳回复至平衡位置时，擒释爪在进一步靠近擒释基座的过程中与驱动绳分离。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括动滑轮与滑轮座，动滑轮转动连接在滑轮座上，驱动绳的一端绕过动滑轮后固定，第二弹性件上靠近驱动绳的一端与滑轮座固定连接。

本发明的有益效果是：

驱动装置可以通过擒释爪实现与机械臂的驱动绳之间快速连接与分离，无需进行额外的分离操作，从而可以实现驱动装置与机械臂之间相互分离，便于维修时的快速拆卸和更换。

在本发明的优选实施例中，采用了动滑轮牵引驱动绳的方式，能缩短丝杆一半行程，从而大大缩小了驱动装置的尺寸，减轻了驱动装置的质量。

在本发明的优选实施例中，采用了编码器进行位置反馈控制，可以提高驱动装置的控制精度。

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是本发明驱动装置一个实施例的立体示意图；

图2是本发明擒释模组一个实施例的立体示意图；

图3是本发明绳驱动机器人的机械臂的端部结构示意图；

图4是本发明绳驱动机器人的立体示意图。

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、前、后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，示出了本发明驱动装置一个实施例的立体示意图。如图所示，驱动装置的主体结构包括若干的基座，包括但不限于驱动基座111、丝杆安装基座112与电机安装基座113，上述基座通过未示出的安装壳体进行固定。

驱动基座111、丝杆安装基座112与电机安装基座113共同参与动力模组的固定，动力模组上还安装有擒释模组，动力模组可驱动擒释模组沿靠近/远离驱动基座111的方向运动。

具体地，动力模组包括电机121、联轴器122、丝杆123、丝杆螺母124、轴承座125、导轨126与导轨滑块127。电机121优选采用带有减速器的电机，其固定在电机安装基座113上，电机121的驱动轴通过联轴器122与丝杆123固定连接。驱动基座111与丝杆安装基座112上相对设置的丝杆孔内分别固定有轴承座125，丝杆123通过轴承座125分别与驱动基座111、丝杆安装基座112转动连接。丝杆123与丝杆螺母124螺纹连接，丝杆螺母124则与擒释模组固定连接。同时，擒释模组通过导轨滑块127与导轨126滑动连接，以实现对擒释模组的导向。

此外，丝杆123的末端还通过弹性联轴器128连接有编码器129，编码器129优选采用绝对式编码器，编码器129用于检测电机转速并对电机进行反馈控制，有助于提高控制精度。

参照图2，示出了本发明擒释模组一个实施例的立体示意图。如图所示，擒释模组包括擒释基座131与擒释爪132，优选还包括第一弹性件133。

擒释爪132伸出有抓取臂1321与驱动臂1322，抓取臂1321与驱动臂1322的交接部位设置有转轴1323，擒释爪132通过转轴1323与擒释基座131转动连接。抓取臂1321用于与待驱动的驱动绳连接，其上对称设置有两个爪片，爪片上设有单侧开口的U型卡槽1324。驱动臂1322的端部设置有滚轮1325。

第一弹性件133优选为弹簧，弹簧的两端分别与擒释基座131、驱动臂1322固定连接。在弹簧的拉伸作用下，抓取臂1321在正常工作状态时近似水平伸出。

结合图1、图2，动力模组驱动擒释模组沿靠近/远离驱动基座111的方向运动，当擒释模组靠近驱动基座111，直至驱动臂1322端部的滚轮1325与驱动基座111抵持时，随擒释模组朝向驱动基座111的进一步运动，驱动臂1322将带动抓取臂1321相对擒释基座131转动。

优选地，驱动基座111上还设有有检测装置114，检测装置优选采用行程开关，当擒释模组运动至设定位置时由擒释基座131触发检测装置，动力模组在检测装置被触发时停止输出动力，实现擒释模组的自动控制。

参照图3，示出了本发明绳驱动机器人的机械臂的端部结构示意图。如图所示，机械臂包括固定柱201、安装板202、驱动绳203、第二弹性件204与弹性件固定座205，优选还包括有动滑轮206与滑轮座207。

安装板202、弹性件固定座205分别固定在固定柱201之上，弹性件固定座205上设置有导向轮。第二弹性件204优选为弹性绳索，弹性绳索的一端与固定柱201固定连接，另一端绕过导向轮，穿过弹性件固定座205上的过孔后再与滑轮座207固定连接。

动滑轮206转动连接在滑轮座207之上，滑轮座207在动滑轮206的两侧各设置有一连接构件，该连接构件一方面用于安装动滑轮206，另一方面可以与上述抓取臂1321上的U型卡槽1324卡接。

驱动绳203的一端通过端子固定在安装板202上，另一端绕过动滑轮206，并穿过安装板202上的过孔后与未示出的机械臂段连接固定，机械臂段给予驱动绳203一定的拉紧力，从而对弹性绳索进行拉伸，使得滑轮座207在无外力作用时可以悬停在安装板202与弹性件固定座205之间固定的平衡位置。

参照图4，示出了本发明绳驱动机器人的立体示意图。如图所示，绳驱动机器人包括图1中的驱动装置与图2中的机械臂，具体地，机械臂通过安装板202、弹性件固定座205等结构与驱动装置可拆卸地连接，连接方式优选采用螺纹连接件进行连接，以方便拆装。

当驱动装置与机械臂转配好之后，驱动装置的擒释模组位于滑轮座205与驱动基座111之间。擒释模组朝远离驱动基座111的方向运动，直至抓取臂1321上的U型卡槽1324卡在滑轮座207上的连接构件之上，随着擒释模组朝远离驱动基座111的方向进一步运动，驱动绳203被拉动，进而带动未示出的机械臂段弯曲，弹性绳索则发生收缩。

当需要分离驱动模组与机械臂时，擒释模组朝靠近驱动基座111的方向运动，未示出的机械臂段通过驱动绳203拉动弹性绳索复位。当滑轮座207回复至上述平衡位置时停在当前位置，擒释模组则朝靠近驱动基座111的方向进一步运动，使得抓取臂1321与滑轮座207分离。

进一步地，当擒释模组运动至接近驱动基座111的位置时，驱动臂1322与基座111抵持以驱动抓取臂1321朝远离固定柱201的方向转动，避免对机械臂的脱出造成阻碍。

驱动装置可以通过擒释爪实现与机械臂的驱动绳之间快速连接与分离，无需进行额外的分离操作，从而可以实现驱动装置与机械臂之间相互分离，便于维修时的快速拆卸和更换。

此外，本发明采用了动滑轮牵引驱动绳的方式，能缩短丝杆一半行程，从而大大缩小了驱动装置的尺寸，减轻了驱动装置的质量。

以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，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 (8)

1.一种绳驱动机器人，其特征在于，包括驱动基座、动力模组与擒释模组，所述擒释模组包括擒释基座与安装在所述擒释基座上的擒释爪，所述动力模组可驱动所述擒释模组沿靠近/远离所述驱动基座的方向运动，其中，所述擒释模组朝一个方向运动时，所述擒释爪可与待驱动的驱动绳连接；所述擒释模组朝相反的另一个方向运动时，所述擒释爪可与待驱动的驱动绳分离；

还包括柔性臂和驱动装置，所述柔性臂包括驱动绳、第二弹性件与弹性件固定座，所述弹性件固定座与所述驱动装置可拆卸的连接，所述第二弹性件的两端分别与所述弹性件固定座、驱动绳连接，所述驱动绳拉伸所述第二弹性件，并保持在设定的平衡位置；所述擒释爪在沿远离所述擒释基座的方向运动时拉动所述驱动绳，所述第二弹性件收缩；所述擒释爪在沿靠近所述擒释基座的方向运动时，所述驱动绳拉动所述第二弹性件复位；所述驱动绳恢复至所述平衡位置时，所述擒释爪在进一步靠近所述擒释基座的过程中与所述驱动绳分离；

还包括动滑轮与滑轮座，所述动滑轮转动连接在所述滑轮座上，所述驱动绳的一端绕过所述动滑轮后固定，所述第二弹性件上靠近所述驱动绳的一端与所述滑轮座固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述擒释模组还包括第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述擒释基座、擒释爪固定连接，所述擒释爪与所述擒释基座转动连接；

当所述擒释模组靠近所述驱动基座，直至所述擒释爪与所述驱动基座抵持时，所述擒释爪可随所述擒释模组朝向所述驱动基座的进一步运动而相对所述擒释基座转动；

当所述擒释爪与所述驱动基座分离时，所述擒释爪在所述第一弹性件的作用下复位。

3.根据权利要求2所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述擒释爪包括抓取臂与驱动臂，所述抓取臂与所述驱动臂的交接部位设置有转轴，所述擒释爪通过所述转轴与所述擒释基座转动连接，并通过所述驱动臂与所述驱动基座抵持。

4.根据权利要求3所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述抓取臂上设有单侧开口的卡槽。

5.根据权利要求3所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述驱动臂的端部设置有滚轮。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，还包括安装在所述驱动基座上的检测装置，所述擒释模组在运动至设定位置时触发所述检测装置，所述动力模组在所述检测装置被触发时停止输出动力。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述动力模组包括电机、丝杆与丝杆螺母，所述电机的驱动轴与所述丝杆固定连接，所述丝杆与所述丝杆螺母螺纹连接，所述丝杆螺母与所述擒释基座固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种绳驱动机器人，其特征在于，所述丝杆上连接有用于检测所述电机转速并对所述电机进行反馈控制的编码器。

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