CN112959313B - 一种基于旋转式快换机构的绳驱机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋转式快换机构的绳驱机器人，包括旋转式快换机构（由旋转机架组、电机传动组、导绳滑轮组三部分组成）、柔性机械臂杆件组、角度传感器组、拉力传感器组。旋转式快换机构的旋转约束杆穿过旋转摆动杆的安装孔和旋转固定圆盘的安装孔，约束旋转摆动杆的旋转运动。本发明通过导绳滑轮组约束绳索走向，避免绳索与旋转机架组干涉；通过脱出旋转固定圆盘的旋转约束杆，旋转摆动杆的转动将带动电机传动组的位置变化，增大旋转式快换机构内部零件的更换空间，方便导绳滑轮组和电机传动组的拆装；分别通过角度传感器组和拉力传感器组反馈万向节角度及绳索拉力实现系统闭环控制。

Description

一种基于旋转式快换机构的绳驱机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是涉及绳驱机器人领域。

背景技术

就目前研究现状来看，绳驱机器人多是搭载柔性机械臂杆件组，柔性机械臂杆件组适用于狭窄的非结构化环境，受到运动空间的限制，要求柔性机械臂杆件组及其机械结构紧凑、尺寸准确，要求绳驱机器人装配时无干涉、运动时无干涉。然而，目前柔性机械臂杆件组部分采用分立式的电机和驱动器，大多采用绳驱方式，电机数量多，绳索缠绕复杂，这样会带来很多缺点：

1.绳驱机器人的电气线路和电机布置十分复杂，给安装和调试带来许多不便；

2.绳驱机器人的绳索承受拉力较大，绳索布置过程困难，易产生干涉；

3.绳驱机器人柔性机械臂杆件组的万向节转动角度不易测量导致系统控制误差过大；

4.绳驱机器人的拆装复杂费时，后期维护困难；

因此，需要提供一种新的应用于绳驱机器人的结构来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种旋转式快换机构，旋转式快换机构的旋转摆动杆可安装电机传动组且携带电机传动组绕旋转主轴转动，改变电机传动组和旋转机架组的相对位置，改变电机传动组和电机传动组的相对位置，实现快速拆装和维护。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种导绳滑轮组，导绳滑轮组的绳索换向滑轮和绳索牵引滑轮约束绳索走向，避免绳索与旋转机架组干涉。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种绳驱机器人，绳驱机器人的绳索所受拉力和柔性机械臂杆件组的万向节的旋转角度可实时检测，可以减少绳索驱动的控制误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种旋转式快换机构，包括转机架组、电机传动组、导绳滑轮组，旋转机架组包括旋转摆动杆，旋转固定圆盘，连接旋转摆动杆和旋转固定圆盘的旋转约束杆，支撑和固定电机传动组的电机支撑杆，其中所述的旋转固定圆盘上分布有与旋转摆动杆上一一对应的安装孔，用来安装旋转约束杆，旋转约束杆穿过旋转固定圆盘的安装孔，将旋转摆动杆固定，且与旋转机架组保持相对静止；旋转摆动杆都固定在同一个旋转主轴上，非固定状态时，旋转摆动杆可绕旋转主轴在一定范围内旋转，固定状态时旋转摆动杆与旋转机架组保持相对静止。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括基座平台，基座平台用于固定主轴轴承座、电机支撑杆和旋转固定圆盘，基座平台上设有阶梯，阶梯可将主轴轴承座、电机支撑杆和旋转固定圆盘架高悬空，拉力传感器固于基座平台阶梯的侧面，方便安装和拆卸。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括所述拉力传感器、传感器滑轮连接螺纹帽、绳索换向滑轮和绳索牵引滑轮，所述的拉力传感器通过螺纹连接固定在基座平台阶梯的侧面，拉力传感器通过螺纹连接与传感器滑轮连接螺纹帽相连，传感器滑轮连接螺纹帽上固设有一个绳索换向滑轮，绳索穿过传感器滑轮连接螺纹帽后经过绳索换向滑轮换向，然后绕过绳索牵引滑轮并沿旋转约束杆方向通过旋转固定圆盘与柔性机械臂杆件组相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的绳索换向滑轮与绳索牵引滑轮在同一竖直平面内，约束绳索走向，避免干涉，电机转动时可带动绳索在竖直平面内收放。

附图说明

为了更加清晰直观的理解本发明，特提供附图对本发明做进一步详细的说明。并且附图构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为基于旋转式快换机构的绳驱机器人的整体结构示意图。

图2为基于旋转式快换机构的绳驱机器人的单个电机传动组安装示意图。

图3为基于旋转式快换机构的绳驱机器人的旋转机架组示意图。

图4为基于旋转式快换机构的绳驱机器人的整体结构后视图。

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和图2，分别示出了基于旋转式快换机构的绳驱机器人的整体结构示意图和单个电机传动组安装示意图，本实施例的基于旋转式快换机构的绳驱机器人包括旋转机架组100、电机传动组200、柔性机械臂杆件组300、丝杠稳定连接器240、导绳滑轮组400。旋转机架组100包括基座平台110、旋转固定圆盘120、旋转主轴130、旋转摆动杆140，电机支撑杆150、电机支撑杆151、电机支撑杆152、主轴轴承座160，柔性机械臂杆件组固定法兰座170，柔性机械臂杆件组固定法兰座170通过螺纹连接固定在基座平台110上，旋转固定圆盘120固定在基座平台110上，主轴轴承座160固定在基座平台110上，旋转主轴130穿过主轴轴承座160和旋转固定圆盘120上旋转主轴的安装孔，旋转主轴130没有平移运动，只有旋转运动，多个旋转摆动杆140依次穿过旋转主轴130，旋转摆动杆140可绕旋转主轴130转动，电机支撑杆150固定在基座平台上；电机传动组200包括电机210、联轴器220、丝杠230、丝杠稳定连接器240、旋转约束杆250，电机210轴端通过螺纹连接到旋转摆动杆140上，电机后端搭在电机支撑杆150上，电机210的转轴通过联轴器220与丝杠230无螺纹端固定，丝杆230通过丝杠稳定连接器240与旋转约束杆250连接，丝杆230有螺纹端不接触旋转固定圆盘120，旋转约束杆250一端穿过丝杠稳定连接器240固定在旋转摆动杆140上，另一端固定在旋转固定圆盘120的安装孔121，当旋转约束杆250两端固定时，电机210可带动丝杠230转动，转动时绳索牵引滑轮450将相对旋转机架组100作往复直线运动，运动过程中绳索牵引滑轮450始终与基座平台110保持垂直，旋转约束杆250取消约束时，电机传动组200可整体随旋转摆动杆140绕旋转主轴130转动。柔性机械臂杆件组300包括旋转万向节320、臂杆330；角度传感器组包括编码器310、旋转编码器支架340；臂杆330通过螺纹连接固定在柔性机械臂杆件组300固定法兰座170上，臂杆330通过万向节320与下一个相同臂杆330相连，旋转编码器支架340与臂杆330同轴固定，圆弧面紧贴，用螺栓连接，旋转编码器310的转轴与阶梯轴相连，阶梯轴穿过旋转编码器支架340的通孔，作为转轴与万向节320相连，万向节受绳索440拉力转动时，旋转编码器310转轴随着转动，机械臂万向节320具有两个自由度，同时在万向节320上安装两个相同的旋转编码器310，可同时测出万向节320转过的角度。

参照图1和图2，具体的说导绳滑轮组400包括绳索换向滑轮430、绳索440、绳索牵引滑轮450;拉力传感器组包括拉力传感器410、传感器滑轮连接螺纹帽420；拉力传感器420一端通过螺纹连接固定在基座平台110一侧，另一端通过螺纹连接与传感器滑轮连接螺纹帽420固定，绳索换向滑轮430固定于传感器滑轮连接螺纹帽420上，绳索440第一端由传感器连接螺纹帽420内部的通孔卡住，绳索440绕过拉力传感器410连接绳索换向滑轮430，向上绕过绳索牵引滑轮450通过旋转固定圆盘120的绳孔122与机械臂300相连，导绳滑轮组400约束绳索440的走向，避免绳索440与旋转机架组100的干涉。

参照图3和图4，分别示出了基于旋转式快换机构的绳驱机器人的旋转机架组示意图和整体结构后视图，具体的说，每个旋转摆动杆140均安装两组电机传动组200，旋转主轴130依次穿过旋转摆动杆140、主轴轴承座160和旋转固定圆盘120通孔121，旋转摆动杆140可携带电机传动组200绕旋转主轴130相对旋转机架组100转动，旋转约束杆250穿过旋转摆动杆140的通孔141后连接到旋转固定圆盘120对应的通孔121，旋转约束杆250同时通过通孔141和通孔121时，将约束旋转摆动杆140和传动系统200的旋转运动，当旋转约束杆250一端从旋转固定圆盘120通孔121脱出时，旋转摆动杆140和传动系统200恢复转动，转动时可调整电机传动组200位置，方便人工进行安装、维护、调试和拆卸，约束转动时，旋转摆动杆140和电机传动组200相对旋转机架组100静止，电机210通过联轴器220带动丝杆230转动，绳索440随丝杠230运动，可正常进行绳索440收放。

具体的说，丝杠稳定连接器240包括滑轮连接件241、螺母安装盘242、悬挂滑轮支架243、T型丝杆螺母244，T型丝杆螺母244通过螺纹连接固定在螺母安装盘242上，两个相同的T型丝杆螺母244安装方向相反，向内侧加紧螺母安装盘242，滑轮连接件241通过螺纹连接安装在T型丝杆螺母244上，两个滑轮连接件241安装方向相反，旋转约束杆250依次通过滑轮连接件241、悬挂滑轮支架243、滑轮连接件241，悬挂滑轮支架243可绕旋转约束杆自由旋转，也可随T型丝杆螺母244作相对机架100的往复直线运动，因绳索440第一端固定在基座平台110上，电机转动时，丝杠稳定连接器240的滑轮拉动绳索收紧，绳索通过绳孔122穿过旋转固定圆盘120与机械臂300相连，绳索440收紧从而拉动机械杆组300的万向节弯曲。每个万向节的转动由三根绳索控制，由于两根绳索再加上万向节中心的共三个点的约束，可以完全约束其状态。考虑到绳索只能单向受力，即只能拉伸不能压缩，需要第三根绳索来保证该两根绳索处于张紧状态。因此只需要两根绳索进行位置控制，而第三根绳索进行张力保持控制，让张力处于一定的拉力范围内，就可以完成对柔性臂杆组的力位混合控制。

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 (5)

1.一种基于旋转式快换机构的绳驱机器人，其特征在于：包括旋转快换式机构、柔性机械臂杆件组、角度传感器组、拉力传感器组；旋转式快换机构包括旋转机架组、电机传动组、导绳滑轮组；旋转机架组包括旋转固定圆盘、旋转主轴、主轴轴承座、基座平台、旋转摆动杆、电机支撑杆、柔性机械臂杆件组固定法兰座；电机传动组包括电机、联轴器、丝杠、旋转约束杆、丝杠稳定连接器；导绳滑轮组包括绳索换向滑轮、绳索牵引滑轮、绳索；柔性机械臂杆件组包括臂杆、万向节；角度传感器组包括旋转编码器、旋转编码器支架；拉力传感器组包括拉力传感器、传感器滑轮连接螺纹帽；旋转固定圆盘、主轴轴承座、电机支撑杆和柔性机械臂杆件组固定法兰座固定在基座平台上，且始终保持静止状态；柔性机械臂杆件组以多组臂杆-万向节的顺序串联起来并固定在柔性机械臂杆件组固定法兰座上；旋转主轴依次穿过旋转摆动杆、主轴轴承座和旋转固定圆盘的对应安装孔，旋转约束杆一端穿过丝杠稳定连接器固定在旋转摆动杆上，另一端固定在旋转圆盘的安装孔；电机轴端通过螺纹连接到旋转摆动杆上，电机后端搭在电机支撑杆上，电机的转轴通过联轴器和丝杠无螺纹端固定；丝杠通过丝杠稳定连接器与旋转约束杆连接，丝杠有螺纹端不接触旋转固定圆盘；拉力传感器组一端固定在基座平台，另一端连接导绳滑轮组；旋转编码器支架固定在臂杆一端，旋转编码器固定在旋转编码器支架上；所述的旋转摆动杆固定安装有两个电机传动组，旋转主轴没有平移运动，只有旋转运动，旋转摆动杆可绕旋转主轴带动电机传动组绕旋转主轴转动；当旋转约束杆从旋转固定圆盘的安装孔一侧脱出时，旋转摆动杆的转动将带动电机传动组的位置变化，增大旋转式快换机构内部零件的更换空间。

2.根据权利要求1所述的基于旋转式快换机构的绳驱机器人，其特征在于：旋转约束杆固定安装时通过旋转固定圆盘的安装孔将旋转固定圆盘和旋转摆动杆的周向约束起来，使电机传动组和旋转摆动杆与旋转机架组保持相对静止状态。

3.根据权利要求1所述的基于旋转式快换机构的绳驱机器人，其特征在于：所述的电机传动组均固定安装有一个丝杠稳定连接器，丝杠稳定连接器连接一个绳索牵引滑轮，通过绳索牵引滑轮将绳索拉紧，并使绳索可相对旋转机架组做往复直线运动，绳索一端与拉力传感器相连，然后依次绕过绳索换向滑轮和绳索牵引滑轮，再穿过旋转固定圆盘的绳孔与柔性机械臂杆件组相连，拉力传感器实时检测绳索的拉力。

4.根据权利要求1所述的基于旋转式快换机构的绳驱机器人，其特征在于：所述的丝杠稳定连接器的绳索牵引滑轮可随丝杠做平移运动，安装在基座平台上的绳索换向滑轮固定不动；绳索牵引滑轮与基座平台上的绳索换向滑轮一一对应，导绳滑轮组的绳索牵引滑轮与绳索换向滑轮始终保持在同一个平面内，约束绳索的走向。

5.根据权利要求1所述的基于旋转式快换机构的绳驱机器人，其特征在于：柔性机械臂杆件组通过螺纹连接固定在柔性机械臂杆件组固定法兰座上，柔性机械臂杆件组由万向节和臂杆构成，在万向节处通过阶梯轴外接旋转编码器，实时检测万向节的转动角度。

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