CN113027934B - 一种同构式虎克铰链丝驱动装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种同构式虎克铰链丝驱动装置，包括：被动虎克铰链，用于装设执行结构；连接段，一端与所述被动虎克铰链相连；主动虎克铰链，与所述连接段的另一端相连；驱动丝组，两端分别与被动虎克铰链上部及主动虎克铰链下部固接；驱动机构，用于驱动主动虎克铰链动作，进而配合驱动丝组实现所述被动虎克铰链与所述主动虎克铰链的联动。实现了具有更直观的驱动映射；实现将旋转运动的控制转化为平移运动的控制；在多个虎克铰链的耦合丝驱动运动解算中具有显著的优势。

Description

一种同构式虎克铰链丝驱动装置

技术领域

本公开涉及驱动机构技术领域，尤其涉及一种同构式虎克铰链丝驱动装置。

背景技术

丝传动是一种通过丝将驱动机构的运动传递到执行机构的传动方式。与其他传动方式相比，如带传动、链传动、齿轮传动等，丝传动具有体积小巧、应用灵活的优点。因此，丝传动广泛应用在对尺寸要求较为严格的领域，如航空航天、医疗手术等。从相对于执行机构的角度考虑，丝传动与传动丝的驱动机构可统称为丝驱动机构。

传统的传动丝驱动方法是使用丝杠进行牵拉，此方法虽然具有较大的牵引力和较高的驱动精度，但却存在着体积庞大的问题，难以灵活应用。为了缩小驱动机构的体积，通过滚轮卷丝的方法，虽然滚轮卷丝的方式有效地缩小了丝驱动机构的体积，但其驱动模型复杂，驱动映射不够直观，逆运动学求解困难，在多自由度耦合驱动时上述问题尤为突出。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种同构式虎克铰链丝驱动装置，以缓解现有技术中丝驱动运动解算及运动控制转换等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种同构式虎克铰链丝驱动装置，包括：

被动虎克铰链，用于装设执行结构；

连接段，一端与所述被动虎克铰链相连；

主动虎克铰链，与所述连接段的另一端相连；

驱动丝组，两端分别与被动虎克铰链上部及主动虎克铰链下部固接；

驱动机构，用于驱动主动虎克铰链动作，进而配合驱动丝组实现所述被动虎克铰链与所述主动虎克铰链的联动。

在本公开实施例中，所述被动虎克铰链，包括顺序连接的被动虎克铰链上部、被动虎克铰链中部、被动虎克铰链下部；

所述主动虎克铰链，包括顺序连接的主动虎克铰链上部、主动虎克铰链中部、主动虎克铰链下部；

所述连接段，与外部固接，所述连接段两端分别与所述被动虎克铰链下部及主动虎克铰链上部固接；

所述驱动丝组，两端分别与被动虎克铰链上部及主动虎克铰链下部固接，所述被动虎克铰链与所述主动虎克铰链通过所述驱动丝组实现联动。

在本公开实施例中，所述驱动机构包括：

第一平移轴驱动，所述第一平移轴驱动上设有向心关节轴承，所述向心关节轴承上设有直线轴承，所述直线轴承套接于所述主动虎克铰链下部设有的光轴，所述直线轴承与所述光轴能够相对滑动，用于带动所述向心关节轴承在一直线方向上平移。

第二平移轴驱动，与所述第一平移轴驱动连接，用于在不与所述向心关节轴承运动方向重合的一直线方向上平移，能够带动所述第一平移轴驱动运动。

在本公开实施例中，所述被动虎克铰链上部与所述被动虎克铰链中部，及所述被动虎克铰链中部与所述被动虎克铰链下部均通过塞打螺栓连接。

在本公开实施例中，所述主动虎克铰链上部与所述主动虎克铰链中部，及所述主动虎克铰链中部与所述主动虎克铰链下部均通过塞打螺栓连接。

在本公开实施例中，所述驱动丝组包括4根驱动丝，所述驱动丝均匀分布。

进一步地，所述第一平移轴驱动包括：

第一平移轴驱动电机；

第一平移轴同步带，通过所述第一平移轴驱动电机带动其运动，用于带动所述第一平移轴同步带上连接的所述向心关节轴承。

进一步地，所述第二平移轴驱动包括：

第二平移轴驱动电机；

第二平移轴同步带，通过所述第二平移轴驱动电机带动其运动，用于带动所述第二平移轴同步带上连接的所述第一平移轴驱动。

进一步地，所述向心关节轴承通过第一平移轴同步带压板与所述第一平移轴同步带固接。

进一步地，所述第一平移轴驱动通过第二平移轴同步带压板与所述第二平移轴同步带固接。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种同构式虎克铰链丝驱动装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了具有更直观的驱动映射；

(2)实现了将旋转运动的控制转化为平移运动的控制；以及

(3)在多个虎克铰链的耦合丝驱动运动解算中具有显著的优势。

附图说明

图1为本公开实施例同构式虎克铰链丝驱动装置的整体结构示意图。

图2为本公开实施例同构式虎克铰链丝驱动装置的第二平移轴运动正视图。

图3为本公开实施例同构式虎克铰链丝驱动装置的第一平移轴运动正视图。

图4为本公开实施例同构式虎克铰链丝驱动装置的局部剖视示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100 被动虎克铰链；

101 被动侧空心螺栓；

102 被动虎克铰链上部；

103 被动虎克铰链中部；

104 被动虎克铰链下部；

200 主动虎克铰链；

201 主动虎克铰链上部；

202 主动虎克铰链中部；

203 主动虎克铰链下部；

204 光轴安装座；

205 主动侧空心螺栓；

206 直线轴承；

207 直线轴承向心关节轴承连接座；

208 向心关节轴承内圈；

209 向心关节轴承外圈；

210 向心关节轴承安装座；

211 向心关节轴承固定板；

212 光轴；

300 第一平移轴驱动；

301 第一平移轴驱动电机；

302 第一平移轴同步带轮；

303 第一平移轴同步带；

304 第一平移轴同步带压板；

305 第一平移轴滑块；

306 第一平移轴导轨；

400 第二平移轴驱动；

401 第二平移轴驱动电机；

402 第二平移轴同步带轮；

403 第二平移轴同步带；

404 第二平移轴同步带压板；

405 第二平移轴滑块；

406 第二平移轴导轨；

500 连接段；

510 驱动丝；

520 丝扣；

530 塞打螺栓。

具体实施方式

本公开提供了一种同构式虎克铰链丝驱动装置，所述同构式虎克铰链丝驱动装置，与现有的丝驱动机构相比，该丝驱动装置具有更直观的驱动映射，将旋转运动的控制转化为平移运动的控制，在多个虎克铰链的耦合丝驱动运动解算中具有显著的优势。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种同构式虎克铰链丝驱动装置，如图1至4所示，所述制备方法，包括：被动虎克铰链100，包括顺序连接的被动虎克铰链上部102、被动虎克铰链中部103、被动虎克铰链下部104；主动虎克铰链200，包括顺序连接的主动虎克铰链上部201、主动虎克铰链中部202、主动虎克铰链下部203；连接段500，所述连接段500与外部固接，所述连接段500两端分别与所述被动虎克铰链下部104及主动虎克铰链上部201固接；驱动丝组，所述驱动丝组两端分别与被动虎克铰链上部102及主动虎克铰链下部203固接，所述被动虎克铰链100与所述主动虎克铰链200通过所述驱动丝组实现联动。

在本公开实施例中，还包括驱动机构；所述驱动机构包括：第一平移轴驱动300，所述第一平移轴驱动上设有向心关节轴承，所述向心关节轴承上设有直线轴承206，所述直线轴承206套接于所述主动虎克铰链下部203设有的光轴212，所述直线轴承206与所述光轴212能够相对滑动，用于带动所述向心关节轴承在一直线方向上平移。第二平移轴驱动400，与所述第一平移轴驱动300连接，用于在不与所述向心关节轴承运动方向重合的一直线方向上平移，能够带动所述第一平移轴驱动300运动。

在本公开实施例中，所述被动虎克铰链上部102与所述被动虎克铰链中部103，及所述被动虎克铰链中部103与所述被动虎克铰链下部104均通过塞打螺栓530连接。

在本公开实施例中，所述主动虎克铰链上部与所述主动虎克铰链中部，及所述主动虎克铰链中部与所述主动虎克铰链下部均通过塞打螺栓连接。

在本公开实施例中，所述驱动丝组包括4根驱动丝，所述驱动丝均匀分布。

在本公开实施例中，所述第一平移轴驱动300包括：第一平移轴驱动电机301；第一平移轴同步带303，通过所述第一平移轴驱动电机301带动其运动，用于带动所述第一平移轴同步带303上连接的所述向心关节轴承。

在本公开实施例中，所述第二平移轴驱动400包括：第二平移轴驱动电机401；第二平移轴同步带403，通过所述第二平移轴驱动电机401带动其运动，用于带动所述第二平移轴同步带403上连接的所述第一平移轴驱动300。

在本公开实施例中，所述向心关节轴承通过第一平移轴同步带压板304与所述第一平移轴同步带303固接。

在本公开实施例中，所述第一平移轴驱动300通过第二平移轴同步带压板404与所述第二平移轴同步带403固接。

具体地，在本公开实施例中，如图1至4所示，第二平移轴驱动400与第一平移轴驱动300各具有一个平移自由度；这两个平移自由度作用在主动虎克铰链200的光轴212上，转化为主动虎克铰链200的两个偏转自由度；主动虎克铰链200通过4根驱动丝510将两自由度的偏转运动传递到被动虎克铰链100上，实现对被动虎克铰链100的两个偏转自由度的控制。

在本公开实施例中，如图1和图2所示，第二平移轴驱动400主要包含的零部件有：第二平移轴驱动电机401、第二平移轴同步带轮402、第二平移轴同步带403、第二平移轴同步带压板404、第二平移轴滑块405和第二平移轴导轨406。

第二平移轴同步带轮402固定在第二平移轴驱动电机401的输出轴上，并带动第二平移轴同步带403运动；第二平移轴第二平移轴同步带压板404将第二平移轴第二平移轴同步带403紧压在第二平移轴第二平移轴滑块405上，第二平移轴第二平移轴滑块405与第一平移轴驱动300通过螺栓固连，使得第一平移轴驱动300跟随第二平移轴第二平移轴同步带403一起在第二平移轴第二平移轴驱动电机401的带动下做沿第二平移轴导轨406的平移运动。

在本公开实施例中，如图1和图3所示，第一平移轴驱动300主要包含的零部件有：第一平移轴驱动电机301、第一平移轴同步带轮302、第一平移轴同步带303、第一平移轴同步带压板304、第一平移轴滑块305和第一平移轴导轨306。

第一平移轴同步带轮302固定在第一平移轴驱动电机301的输出轴上，并带动第一平移轴同步带303运动；第一平移轴同步带压板304将第一平移轴同步带303紧压在第一平移轴滑块305上，第一平移轴滑块305与主动虎克铰链200中的向心关节轴承安装座210通过螺栓固连，使得向心关节轴承安装座210跟随第一平移轴同步带303一起在第一平移轴驱动电机301的带动下做沿第一平移轴导轨306的平移运动。

综合上述说明可知，第二平移轴驱动电机401与第一平移轴驱动电机301输出的旋转运动可通过第二平移轴同步带403与第一平移轴同步带303转化为沿第二平移轴与第一平移轴的平移运动，进而作用在主动虎克铰链200中的向心关节轴承安装座210上，使其沿第二平移轴与第一平移轴产生平移运动。

在本公开实施例中，如图1和图4所示，主动虎克铰链200主要包含的零部件有：主动虎克铰链上部201、主动虎克铰链中部202、主动虎克铰链下部203、光轴安装座204、主动侧空心螺栓205、直线轴承206、直线轴承向心关节轴承连接座207、向心关节轴承内圈208、向心关节轴承外圈209、向心关节轴承安装座210、向心关节轴承固定板211、光轴212和塞打螺栓530。

主动虎克铰链上部201与连接段500固连，连接段500一般受到外界环境或其他结构的约束，可视为固定不可移动的零件。主动虎克铰链中部202与主动虎克铰链上部201通过塞打螺栓530铰接，主动虎克铰链下部203与主动虎克铰链中部202通过塞打螺栓530铰接。光轴安装座204通过螺栓分别与主动虎克铰链下部203和光轴212固连。直线轴承206套在光轴212上并可沿光轴212的轴线方向滑动，形成一直线副。直线轴承向心关节轴承连接座207通过螺栓与直线轴承206固连，直线轴承向心关节轴承连接座207上套有向心关节轴承内圈208，向心关节轴承固定板211通过螺栓与直线轴承向心关节轴承连接座207固连并将向心关节轴承内圈208压紧在直线轴承向心关节轴承连接座207上。向心关节轴承外圈209与向心关节轴承内圈208嵌套形成球副，可实现任意方向的相对旋转。向心关节轴承外圈209嵌套在向心关节轴承安装座210中，可随之一起做平移运动。

当向心关节轴承安装座210在第一平移轴驱动300和第二平移轴驱动400的作用下产生两自由度的平移运动时，其内部安装的直线轴承206、向心关节轴承内圈208和向心关节轴承外圈209也会随之一起平移。但是由于受到相互铰接的主动虎克铰链上部201、主动虎克铰链中部202以及主动虎克铰链下部203的约束，直线轴承206中的光轴212只具有两个偏转自由度，不可以随直线轴承206一起平移，故直线轴承206以及向心关节轴承内圈208在随向心关节轴承安装座210平移时会相对向心关节轴承安装座210发生偏转，相对光轴212发生平移。由此，向心关节轴承安装座210两自由度的平移运动即可通过直线轴承206与光轴212形成的直线副以及向心关节轴承外圈209与向心关节轴承内圈208形成的球副转换为主动虎克铰链上部201、主动虎克铰链中部202与主动虎克铰链下部203之间两自由度的偏转运动。

在本公开实施例中，如图1和图4所示，被动虎克铰链100与主动虎克铰链200同构，两部分通过4根驱动丝510连接并实现联动。

在本公开实施例中，在主动虎克铰链200中，驱动丝510被丝扣520夹紧并卡在主动侧空心螺栓205的孔中，主动侧空心螺栓205通过螺纹与主动虎克铰链下部203连接，并可以通过旋转主动侧空心螺栓205微调驱动丝510的初始长度和预紧力。被动虎克铰链100中的结构与主动虎克铰链200相同，即驱动丝510被丝扣520夹紧并卡在被动侧空心螺栓101的孔中，被动侧空心螺栓101通过螺纹与被动虎克铰链上部102连接，并可以通过旋转被动侧空心螺栓101微调驱动丝510的初始长度和预紧力。

当主动虎克铰链200中的主动虎克铰链中部202与主动虎克铰链下部203产生两自由度的偏转运动时，位于主动虎克铰链200中的4根驱动丝510的长度会发生变化。由于4根驱动丝510的总长度不变，且连接段500中的4根驱动丝510长度不变，故位于被动虎克铰链100中的4根驱动丝510的长度会发生与主动虎克铰链200中相反的变化，即在主动虎克铰链200中缩短的驱动丝510在被动虎克铰链100中会伸长，在主动虎克铰链200中伸长的驱动丝510在被动虎克铰链100中会缩短。由此被动虎克铰链100会产生与主动虎克铰链200相反的两自由度偏转运动。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种同构式虎克铰链丝驱动装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种同构式虎克铰链丝驱动装置，所述同构式虎克铰链丝驱动装置，与现有的丝驱动机构相比，该丝驱动装置具有更直观的驱动映射，将旋转运动的控制转化为平移运动的控制，在多个虎克铰链的耦合丝驱动运动解算中具有显著的优势。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同构式虎克铰链丝驱动装置，包括：

被动虎克铰链，用于装设执行结构；

连接段，一端与所述被动虎克铰链相连；

主动虎克铰链，与所述连接段的另一端相连；

驱动丝组，两端分别与被动虎克铰链上部及主动虎克铰链下部固接，用于实现被动虎克铰链与主动虎克铰链之间相反的两自由度偏转运动；

驱动机构，用于驱动主动虎克铰链动作，进而配合驱动丝组实现所述被动虎克铰链与所述主动虎克铰链的联动；

其中，所述驱动机构包括：

第一平移轴驱动，所述第一平移轴驱动上设有向心关节轴承，所述向心关节轴承上设有直线轴承，所述直线轴承套接于所述主动虎克铰链下部设有的光轴，所述直线轴承与所述光轴能够相对滑动，所述第一平移轴驱动用于带动所述向心关节轴承在一直线方向上平移；

第二平移轴驱动，与所述第一平移轴驱动连接，用于在不与所述向心关节轴承运动方向重合的一直线方向上平移，能够带动所述第一平移轴驱动运动。

2.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，

所述被动虎克铰链，包括顺序连接的被动虎克铰链上部、被动虎克铰链中部、被动虎克铰链下部；

所述主动虎克铰链，包括顺序连接的主动虎克铰链上部、主动虎克铰链中部、主动虎克铰链下部；

所述连接段，与外部固接，所述连接段两端分别与所述被动虎克铰链下部及主动虎克铰链上部固接；

所述驱动丝组，两端分别与被动虎克铰链上部及主动虎克铰链下部固接，所述被动虎克铰链与所述主动虎克铰链通过所述驱动丝组实现联动。

3.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述被动虎克铰链上部与所述被动虎克铰链中部，及所述被动虎克铰链中部与所述被动虎克铰链下部均通过塞打螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述主动虎克铰链上部与所述主动虎克铰链中部，及所述主动虎克铰链中部与所述主动虎克铰链下部均通过塞打螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述驱动丝组包括4根驱动丝，所述驱动丝均匀分布。

6.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述第一平移轴驱动包括：

第一平移轴驱动电机；

第一平移轴同步带，通过所述第一平移轴驱动电机带动其运动，用于带动所述第一平移轴同步带上连接的所述向心关节轴承。

7.根据权利要求1所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述第二平移轴驱动包括：

第二平移轴驱动电机；

第二平移轴同步带，通过所述第二平移轴驱动电机带动其运动，用于带动所述第二平移轴同步带上连接的所述第一平移轴驱动。

8.根据权利要求6所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述向心关节轴承通过第一平移轴同步带压板与所述第一平移轴同步带固接。

9.根据权利要求7所述的同构式虎克铰链丝驱动装置，其中，所述第一平移轴驱动通过第二平移轴同步带压板与所述第二平移轴同步带固接。

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