CN114633282B - 一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生机器人关节技术领域，并具体公开了一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，包括绳传动组件和旋腕组件；绳传动组件中：变刚度板块包括四个变刚度模块，变刚度模块包括电机固定架、小包塑轴承、大包塑轴承和钢丝绳，用于实现钢丝绳变刚度运动；动力传动板块中一个电机拉动一个对角线上的两根钢丝绳，另一个电机拉动另一个对角线上的两根钢丝绳；二板U铰板块中假手接口上板通过万向节安装在假手接口下板上；钢丝绳上端穿过假手接口下板后，固定在假手接口上板上，则钢丝绳可带动假手接口上板相对下板形成两方向运动。旋腕组件用于带动绳传动组件旋转。本发明可实现腕关节三自由度运动，且可在运动的任何时刻实现刚度自由变化。

Description

一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节

技术领域

本发明属于仿生机器人关节技术领域，更具体地，涉及一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节。

背景技术

在仿人机器人或假肢臂领域中，柔性关节是一个研究热点，它具有缓解冲撞避免损伤、积累能量、随时改变力输出特性等优点。目前柔性关节的设计方法有以下几种：串入弹性元件但弹性元件的刚度不变，即只起到弹性驱动器作用；引入磁流变或电流变的介质进行控制，但其中的液体特性需要研究完全；利用气动肌肉模型，但是装置体积过大；利用形状记忆合金，但是不能使得刚度在任何时间随着自己的要求进行变化。

同时，目前的三自由度腕关节往往不具备主动变刚度能力，因此亟需一种可以在运动的任何时刻实现刚度自由变化的仿人腕关节。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其目的在于，实现腕关节的三自由度运动，且可以在运动的任何时刻实现刚度的自由变化。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，包括绳传动组件和旋腕组件，其中：

所述绳传动组件包括变刚度板块、动力传动板块和二板U铰板块，其中，所述变刚度板块包括四个变刚度模块，每个变刚度模块包括电机固定架、三个小包塑轴承、大包塑轴承和钢丝绳；所述电机固定架中部开设有缺口槽，该缺口槽内活动安装有一个小包塑轴承，另两个小包塑轴承则轴向固定安装在电机固定架的上下两端；所述大包塑轴承分别与上端及缺口槽内的小包塑轴承活动连接；所述钢丝绳依次穿过下端和缺口槽内的小包塑轴承、大包塑轴承、上端小包塑轴承，使得拉动钢丝绳时，钢丝绳带动大包塑轴承移动，进而中部的小包塑轴承在缺口槽内移动；

所述动力传动板块包括接口板和电机，四个变刚度模块中的电机固定架下端分别安装在所述接口板的四角；所述电机安装在电机固定架上，电机用于从下端带动钢丝绳活动；

所述二板U铰板块包括假手接口下板和假手接口上板，所述假手接口下板固定在电机固定架上端，所述假手接口上板通过中部的万向节安装在假手接口下板上端；四根钢丝绳上端分别穿过所述假手接口下板的四角后，固定在所述假手接口上板的四角上，则四根钢丝绳的运动会带动假手接口上板相对假手接口下板形成两方向运动；

所述旋腕组件安装在所述接口板下端，用于带动所述绳传动组件旋转，从而实现腕关节旋前旋后运动。

作为进一步优选的，所述假手接口下板和假手接口上板的四侧均通过仿人韧带连接，该仿人韧带用于限制假手接口上板过度运动。

作为进一步优选的，所述仿人韧带两端通过仿人韧带压板安装在假手接口下板和假手接口上板上，所述仿人韧带压板内侧有一排等距分布的排针，用以固定仿人韧带。

作为进一步优选的，所述变刚度模块还包括连杆凸台和弯臂扭簧；所述大包塑轴承分别通过所述连杆凸台与上端及缺口槽内的小包塑轴承连接；所述弯臂扭簧中部安装在大包塑轴承上，弯臂扭簧的两端弯臂分别安装在上端小包塑轴承和缺口槽内的小包塑轴承上。

作为进一步优选的，所述动力传动板块包括两个电机，其中一个电机用于拉动接口板一个对角线上的两根钢丝绳，另一个电机用于拉动接口板另一个对角线上的两根钢丝绳。

作为进一步优选的，所述动力传动板块还包括槽轮卸荷轴承和带槽轴承，其中，两个所述槽轮卸荷轴承左右对称安装在所述接口板正面，且槽轮卸荷轴承上安装有双层槽轮；两个所述带槽轴承前后对称安装在所述接口板正面；两个电机分别带动两个双层槽轮旋转，一个对角线上的两根钢丝绳安装在同一个双层槽轮上，进而分别通过前后两个带槽轴承，连接到两个下端小包塑轴承上。

作为进一步优选的，所述小包塑轴承、大包塑轴承均为V槽包塑轴承，所述钢丝绳穿过该V槽包塑轴承上的V槽。

作为进一步优选的，所述旋腕组件包括非后驱自锁动力传动板块和非后驱卸荷板块，其中：

所述非后驱自锁动力传动板块包括第二电机固定架以及安装在第二电机固定架内的电机系统、非后驱自锁系统、谐波减速器系统；所述电机系统产生的旋转动力依次经非后驱自锁系统、谐波减速器系统传递给所述非后驱卸荷板块，所述非后驱自锁系统用于实现旋转的自锁与解锁；

所述卸荷板块包括输出轴、轴承外环座、角接触球轴承，所述输出轴两端分别连接所述谐波减速器系统和接口板，所述轴承外环座套设在所述输出轴上，所述角接触球轴承安装在所述输出轴和轴承外环座之间，且被轴承外环座轴向固定。

作为进一步优选的，所述非后驱自锁系统包括固定杯、销轴固定盘、销轴、楔形凸轮，其中：

所述销轴固定盘安装在所述固定杯内部，并与 所述电机系统连接；四个所述销轴分别固定在所述销轴固定盘的四角，每个销轴上端安装有楔形凸轮；所述楔形凸轮的大头侧开设有限位槽，所述销轴在该限位槽中活动，进而销轴可带动楔形凸轮旋转，且楔形凸轮旋转到一定位置时会与所述固定杯接触；左侧的两个楔形凸轮之间以及右侧的两个楔形凸轮之间均安装有平面板弹簧。

作为进一步优选的，所述非后驱自锁系统还包括凸轮固定盘，所述楔形凸轮的上方均放置有微型法兰轴承，形成四个凸起的圆柱，所述凸轮固定盘整体安装在楔形凸轮该四个突起圆柱上，且凸轮固定盘与所述输出轴连接。

作为进一步优选的，所述非后驱自锁系统分为锁定状态和活动状态；当销轴固定盘旋转，进而通过销轴带动楔形凸轮外旋时，楔形凸轮的外沿与固定杯相触碰，且由于平面板弹簧的存在，楔形凸轮无法进一步旋转，形成锁定状态；当销轴固定盘旋转，进而通过销轴带动楔形凸轮内旋时，楔形凸轮的外沿与固定杯相远离，则销轴固定盘继续旋转，进而带动传动轴旋转，继续传动，即活动状态。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明绳传动组件中，电机通过变刚度板块控制钢丝绳运动，使得钢丝绳可以模拟人体手腕的尺屈肌、桡屈肌、尺伸肌、桡伸肌进行两自由度主动变刚度控制，可以起到柔顺、缓冲、储能的效果；同时结合旋腕组件控制前臂旋转自由度，从而实现腕关节的三自由度运动。

2.相较于锥齿轮等差动机构，绳传动大大降低了整体重量与体积，实现轻量化，同时降低了成本以及截肢患者使用的负担。同时在不同的作用场景下，通过更换不同粗细、材料的钢丝绳或者广义柔索性质的结构可以使得整体关节的刚度变化输出特性不一致，用来适应不同的作用环境。

3.本发明中采用仿人韧带，使得腕关节对在极端位姿进行一定限制制约，保护整个关节，同时具有拟人性。

4.非后驱自锁系统利用凸轮在输出端的不同工况，达到自锁与解锁的功能，使得可对前臂旋转自由度的方向性进行有效限制，同时又有弹性驱动器的缓冲作用。

附图说明

图1为本发明实施例基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节结构示意图；

图2为本发明实施例绳传动组件中传动板块正面示意图；

图3为本发明实施例绳传动组件中传动板块反面示意图；

图4为本发明实施例变刚度板块整体示意图；

图5为本发明实施例变刚度模块结构示意图；

图6为本发明实施例仿人变刚度情况示意图；

图7为本发明实施例变刚度模块不同状态示意图，其中(a)-(c)分别表示刚度K最小、居中、最大时的变刚度模块；

图8为本发明实施例二板U铰板块示意图；

图9为本发明实施例绳传动组件中动力板块示意图；

图10为本发明实施例非后驱自锁动力传动板块示意图；

图11为本发明实施例非后驱自锁系统示意图；

图12为本发明实施例非后驱自锁系统正面细节示意图；

图13为本发明实施例非后驱自锁系统反面细节示意图；

图14为本发明实施例非后驱自锁系统原理示意图，其中(a)、(b)分别表示锁定状态、活动状态（弹簧未画）；

图15为本发明实施例卸荷板块示意图；

图16为本发明实施例卸荷板块截面图；

图17为本发明实施例基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节侧视图；

图18为本发明实施例绳传动组件二自由度运动示意图，其中(a)-(d)分别表示屈曲、伸展、尺偏、桡偏。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：传动板块-1，接口板-101，槽轮卸荷轴承座-102a、102b，槽轮卸荷轴承-103a、103b，固定螺母-104，带槽轴承单侧挡圈-105a、105b，带槽轴承-106a、106b，六角螺母-107a、107b，带槽轴承座-108a、108b，带槽轴承座安装螺母-109，接口板整体固定螺母-1010，变刚度板块-2，变刚度模块1号-201，变刚度模块2号-202，变刚度模块3号-203，变刚度模块4号-204，双层槽轮-205a、205b，钢丝绳-206a、206b、206c、206d，绳换向套-207，电机固定架-20101，小包塑轴承-20102a、20102b、20102c，大包塑轴承-20103，连杆凸台-20104a、20104b，弯臂扭簧-20105，轴承轴向固定组合装置-20106，固定螺栓-20107，二板U铰板块-3，假手接口下板-301，假手接口上板-302，铝套-303，仿人韧带压板-304，仿人韧带-305，仿人韧带压板固定螺母-306，电机固定架固定螺母-307，万向节-308，万向节连接板-309，万向节固定螺母-3010，动力板块-4，电机系统-401，非后驱自锁动力传动板块-5，电机系统-501，非后驱自锁系统-502，固定杯-50201，凸轮固定盘-50202，楔形凸轮-50203，左凸轮-50203a，右凸轮-50203b，微型法兰轴承-50204，平面板弹簧-50205，销轴固定盘-50206，销轴-50207，谐波减速器系统-503，第二电机固定架-504，卸荷板块-6，输出轴-601，轴承外环座-602，角接触球轴承-603，垫片-604。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，如图1和图17所示，包括绳传动组件和旋腕组件，其中：

所述绳传动组件包括动力传动板块（即传动板块1和动力板块4）、变刚度板块2、二板U铰板块3，其中：

参见图2和图3，传动板块1整体呈现对称的形状，分为正反两面，正面用于放置轴承座等零部件，用以和动力板块4进行连接，另一侧则是用螺母来固定零部件。槽轮卸荷轴承座102a和102b左右对称分布在接口板101正面两侧，中间分别放置了槽轮卸荷轴承103a和103b，固定螺母104从反面进行安装固定；带槽轴承座108a和108b放置在接口板101的正面另外两侧，上面分别安装了带槽轴承单侧挡圈105a和105b和带槽轴承106a和106b，采用轮流放置，中间则是通过六角螺母107a和107b安装固定，也与反面的带槽轴承座安装螺母109进行协同安装，接口板101上的接口板整体固定螺母1010用来连接变刚度板块2。

参见图4、图5，变刚度板块2包括四个变刚度模块（即变刚度模块1号201、变刚度模块2号202、变刚度模块3号203、变刚度模块4号204）。每个变刚度模块包括电机固定架、三个小包塑轴承、大包塑轴承和钢丝绳，小包塑轴承和大包塑轴承均为V槽包塑轴承。以变刚度模块1号为例，电机固定架20101用来联结上下方向的二板U铰板块3和接口板101，且两端均由3个小圆柱体突出用以固定位置，中间的台阶面用来固定电机；四个变刚度模块中的电机固定架下端分别安装在接口板101的四角。小包塑轴承20102a、20102b和20102c从上至下通过轴承轴向固定组合装置20106安装在电机固定架20101上，轴承轴向固定组合装置20106包含螺母、垫片、垫环、滑轮轴、C型夹紧卡簧挡圈，其中上下两端的小包塑轴承20102a和20102c是轴向固定的，只可以旋转，而中间的小包塑轴承20102b则可以在电机固定架20101的中心缺口槽进行移动，其移动路程经过了理论推算，符合对腕部其中两自由度的旋转输出，其中的移动方式由大包塑轴承20103间接完成。固定螺栓20107用来固定电机。双层槽轮205a和205b分别安装在槽轮卸荷轴承103a和103b，且分别通过四个螺栓安装在两个电机上，双层槽轮上面开有可通过钢丝绳的小孔。

具体的，三个包塑轴承上安装有连杆凸台和弯臂扭簧20105，即大包塑轴承20103分别通过连杆凸台20104a、20104b与小包塑轴承20102a、20102b连接；弯臂扭簧20105中部安装在大包塑轴承20103上，弯臂扭簧的两端弯臂分别安装在小包塑轴承20102a、20102b上。对此部分各零件的厚度进行精确设计，使得中间的小包塑轴承20102b在运动时候只受到平行于电机固定架20101的力，而不会造成切向阻碍运动力。

具体的，以变刚度模块1号201为例，钢丝绳206a从双层槽轮205a上面的设计凹槽入口进行始端固定，经过带槽轴承106a，然后依次小包塑轴承20102c、小包塑轴承20102b、大包塑轴承20103、小包塑轴承20102a，最终通过绳换向套207到达变刚度板块2的终端，用以联结绳传动二板U铰板块3。如图7中(a)-(c)所示，分别为钢丝绳运动过程中，刚度最小、居中、最大时的变刚度模块中各包塑轴承状态。

更具体的，一个对角线上的两根钢丝绳，即图4中的钢丝绳206a、206b均从双层槽轮205a出发，然后分别经过带槽轴承106a、106b，到达各自对应的下端小包塑轴承；另一个对角线上的两根钢丝绳，即钢丝绳206c、206d均从双层槽轮205b出发，然后分别经过带槽轴承106a、106b，到达各自对应的下端小包塑轴承。如图6所示，四个变刚度模块分别仿照了人体腕部的桡屈肌、尺伸肌、桡伸肌和尺屈肌，可以实现腕关节的屈伸、桡偏两自由度旋转。

参见图8，二板U铰板块3中四根钢丝绳分别通过假手接口下板301上的四个小孔穿过绳换向套207继续通向假手接口上板302的四个小孔，最终由铝套303进行末端固定，其中铝套303上可安装有紧定螺栓。在假手接口下板301和假手接口上板302四侧，是由仿人韧带压板304、仿人韧带305和仿人韧带压板固定螺母306组成的过屈伸、过桡屈旋转限制结构。四个电机固定架固定螺母307通过假手接口下板301的四个小孔固定安装在电机固定架20101上。假手接口下板301和假手接口上板302中间的万向节308由两端的万向节连接板309和万向节固定螺母3010进行固定，可以支持假手接口下板301和假手接口上板302形成两平面的两方向旋转。因此，通过四根钢丝绳的带动，可实现假手接口上板302相对于假手接口下板301的两方向旋转，如图18所示，其中(a)-(d)分别表示屈曲、伸展、尺偏、桡偏。

具体的，仿人韧带压板304的内侧设计有一排等距分布的排针，用以固定仿人韧带305；仿人韧带305材料的选取可影响过屈伸、过桡屈旋转限制范围。假手接口下板301和假手接口上板302四条边上的四根仿人韧带305分别仿照人体腕部的掌侧桡腕韧带、背侧桡腕韧带、桡侧副韧带、尺侧副韧带，可以限制腕关节四个方向运动的极限范围。

参见图9，动力板块4中电机系统401选择Maxon商用电机，其编码器、电机、减速器已经封装完毕，其周围四孔经由固定螺栓20107安装在电机固定架20101上。两个电机系统的输出端分别连接双层槽轮 205a和205b，即分别带动两个双层槽轮旋转，进而再由固定在双层槽轮上面的钢丝绳进行后续传动。

所述旋腕组件用于带动所述绳传动组件旋转，优选的，其包括非后驱自锁动力传动板块5、非后驱卸荷板块6，其中：

参见图10至图13，非后驱自锁动力传动板块5包括第二电机固定架504以及安装在第二电机固定架504内的电机系统501、非后驱自锁系统502、谐波减速器系统503。电机系统501选取了Maxon选型好的编码器与电机，谐波减速器系统503也由Maxon选型，电机系统501和非后驱自锁系统502的周围设计有四个孔，可以通过螺栓固定安装在第二电机固定架504上，第二电机固定架504的底端同样设计有四孔，由螺栓螺母固定在卸荷板块6上。非后驱自锁系统502中在销轴固定盘50206四个角上设有四孔，四根销轴50207在该孔中用来拨动楔形凸轮50203的轴向旋转运动，即销轴50207一端与销轴固定盘50206过盈配合，同时楔形凸轮50203上开设有限位槽，销轴50207另一端套设在该限位槽中，并可在限位槽中小范围移动。楔形凸轮50203为四个，其中一个对角线上的一对楔形凸轮为左凸轮50203a，另一对为右凸轮50203b；左凸轮50203a和右凸轮50203b对侧开设有凹槽，波形的平面板弹簧50205安装在凹槽中。两对楔形凸轮50203分别在上方放置有微型法兰轴承50204，再将凸轮固定盘50202安装在楔形凸轮50203的两对突起圆柱上，固定杯50201包围在整个非后驱自锁系统502内部元件的外部。

具体的，如图14中(a)、(b)所示，整个非后驱自锁系统502分为锁定状态和活动状态，当电机系统501传入的旋转方向使得与输入件（即销轴固定盘50206）相连的销轴50207活动到楔形凸轮50203的外侧时，会使得楔形凸轮50203的外沿与固定杯50201相触碰，由于平面板弹簧50205的存在，楔形凸轮50203无法进一步旋转，最终造成锁定状态；相反，当电机系统501传入的旋转方向使得与输入件相连的销轴50207活动到两对楔形凸轮50203的内侧时，会使得楔形凸轮50203的外沿与固定杯50201相远离，平面板弹簧50205在其中起到缓冲作用，从而使得电机系统501的传动进一步通过与楔形凸轮相连的输出件（即凸轮固定盘50202）传动到后方的谐波减速器系统503，进行后续传动控制。

优选的，所述限位槽为V形，当动力从输入端传入时，无论是逆时针还是顺时针，销轴都会在V形限位槽中进行一定角度（7°左右）的旋转空程，防止突然启动的冲击，且该空程经过减速器后基本可以忽略，不影响实际使用。

参见图15与图16，卸荷板块6中谐波减速器系统503安装在输出轴601一端，而接口板101通过垫片604安装在输出轴601另一端；输出轴601周围放置了两个角接触球轴承603，其被轴承外环座602所轴向固定，角接触球轴承603可以同时承受径向负荷与轴向负荷。

进一步的，在腕部刚度变化范围需要按照工作环境进行修改时，只需要结合相关的肌电信号与刚度关系进行更改钢丝绳的直径。

进一步的，当关节的运动需要精确控制时，可以增加相应的力、位、角度、加速度等传感器。

综上，通过对绳传动组件和旋腕组件的配合，可实现腕关节的三自由度运动；其中，三自由度中两个仿人的屈伸、桡偏旋转自由度由绳传动组件进行控制，另一个前臂旋转自由度由旋腕组件中的非后驱自锁板块进行控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，包括绳传动组件和旋腕组件，其中：

所述绳传动组件包括变刚度板块（2）、动力传动板块和二板U铰板块（3），其中，所述变刚度板块（2）包括四个变刚度模块，每个变刚度模块包括电机固定架、三个小包塑轴承、大包塑轴承、钢丝绳、连杆凸台和弯臂扭簧；所述电机固定架中部开设有缺口槽，该缺口槽内活动安装有一个小包塑轴承，另两个小包塑轴承则轴向固定安装在电机固定架的上下两端；所述大包塑轴承分别通过所述连杆凸台与上端及缺口槽内的小包塑轴承活动连接；所述钢丝绳依次穿过下端和缺口槽内的小包塑轴承、大包塑轴承、上端小包塑轴承，使得拉动钢丝绳时，钢丝绳带动大包塑轴承移动，进而中部的小包塑轴承在缺口槽内移动；所述弯臂扭簧中部安装在大包塑轴承上，弯臂扭簧的两端弯臂分别安装在上端小包塑轴承和缺口槽内的小包塑轴承上；

所述动力传动板块包括接口板（101）和电机，四个变刚度模块中的电机固定架下端分别安装在所述接口板（101）的四角；所述电机安装在电机固定架上，电机用于从下端带动钢丝绳活动；

所述二板U铰板块（3）包括假手接口下板（301）和假手接口上板（302），所述假手接口下板（301）固定在电机固定架上端，所述假手接口上板（302）通过中部的万向节（308）安装在假手接口下板（301）上端；四根钢丝绳上端分别穿过所述假手接口下板（301）的四角后，固定在所述假手接口上板（302）的四角上，则四根钢丝绳的运动会带动假手接口上板（302）相对假手接口下板（301）形成两方向运动；

所述旋腕组件安装在所述接口板（101）下端，用于带动所述绳传动组件旋转，从而实现腕关节旋前旋后运动。

2.如权利要求1所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述假手接口下板（301）和假手接口上板（302）的四侧均通过仿人韧带（305）连接，该仿人韧带（305）用于限制假手接口上板（302）过度运动。

3.如权利要求1所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述动力传动板块包括两个电机，其中一个电机用于拉动接口板（101）一个对角线上的两根钢丝绳，另一个电机用于拉动接口板（101）另一个对角线上的两根钢丝绳。

4.如权利要求3所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述动力传动板块还包括槽轮卸荷轴承和带槽轴承，其中，两个所述槽轮卸荷轴承左右对称安装在所述接口板（101）正面，且槽轮卸荷轴承上安装有双层槽轮；两个所述带槽轴承前后对称安装在所述接口板（101）正面；两个电机分别带动两个双层槽轮旋转，一个对角线上的两根钢丝绳安装在同一个双层槽轮上，进而分别通过前后两个带槽轴承，连接到两个下端小包塑轴承上。

5.如权利要求1所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述小包塑轴承、大包塑轴承均为V槽包塑轴承，所述钢丝绳穿过该V槽包塑轴承上的V槽。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述旋腕组件包括非后驱自锁动力传动板块（5）和非后驱卸荷板块（6），其中：

所述非后驱自锁动力传动板块（5）包括第二电机固定架（504）以及安装在第二电机固定架（504）内的电机系统（501）、非后驱自锁系统（502）、谐波减速器系统（503）；所述电机系统（501）产生的旋转动力依次经非后驱自锁系统（502）、谐波减速器系统（503）传递给所述非后驱卸荷板块（6），所述非后驱自锁系统（502）用于实现旋转的自锁与解锁；

所述非后驱卸荷板块（6）包括输出轴（601）、轴承外环座（602）、角接触球轴承（603），所述输出轴（601）两端分别连接所述谐波减速器系统（503）和接口板（101），所述轴承外环座（602）套设在所述输出轴（601）上，所述角接触球轴承（603）安装在所述输出轴（601）和轴承外环座（602）之间，且被轴承外环座（602）轴向固定。

7.如权利要求6所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述非后驱自锁系统（502）包括固定杯（50201）、销轴固定盘（50206）、销轴（50207）、楔形凸轮，其中：

所述销轴固定盘（50206）安装在所述固定杯（50201）内部，并与所述电机系统（501）连接；四个所述销轴（50207）分别固定在所述销轴固定盘（50206）的四角，每个销轴（50207）上端安装有楔形凸轮；所述楔形凸轮的大头侧开设有限位槽，所述销轴（50207）在该限位槽中活动，进而销轴（50207）可带动楔形凸轮旋转，且楔形凸轮旋转到一定位置时会与所述固定杯（50201）接触；左侧的两个楔形凸轮之间以及右侧的两个楔形凸轮之间均安装有平面板弹簧（50205）。

8.如权利要求7所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述非后驱自锁系统（502）还包括凸轮固定盘（50202），所述楔形凸轮（50203）的上方均放置有微型法兰轴承（50204），形成四个突起的圆柱，所述凸轮固定盘（50202）整体安装在楔形凸轮（50203）该四个突起的圆柱上，且凸轮固定盘（50202）与所述谐波减速器系统（503）连接。

9.如权利要求7所述的基于绳传动的三自由度仿人变刚度腕关节，其特征在于，所述非后驱自锁系统（502）分为锁定状态和活动状态；当销轴固定盘（50206）旋转，进而通过销轴（50207）带动楔形凸轮外旋时，楔形凸轮的外沿与固定杯（50201）相触碰，且由于平面板弹簧（50205）的存在，楔形凸轮（50203）无法进一步旋转，形成锁定状态；当销轴固定盘（50206）旋转，进而通过销轴（50207）带动楔形凸轮内旋时，楔形凸轮的外沿与固定杯（50201）相远离，则销轴固定盘（50206）继续旋转，进而带动传动轴旋转，继续传动，即活动状态。