CN217434370U - 一种腱传动结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种腱传动结构，用于驱动关节运动；所述腱传动结构包括：驱动器、控制腱、关节；驱动器的输出端与控制腱相连接，其中一组驱动器分别通过控制腱牵拉关节；腱传动结构还包括腱鞘和腱鞘固定元件；腱鞘固定元件包括第一腱鞘固定元件和第二腱鞘固定元件；腱鞘的一端设置在第一腱鞘固定元件处，另一端与关节处的第二腱鞘固定元件相连接；控制腱的一部分穿过腱鞘并在腱鞘中可滑动地设置；腱鞘为可挠性弯曲件；可滑动地设置在腱鞘中的控制腱，可随着腱鞘挠性弯曲；腱传动可以实现空间上的跃迁，实现远距离驱动控制。

Description

一种腱传动结构

技术领域

本申请属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种腱传动结构。

背景技术

为了使机器人具备更多的自由度，需要对机器人的多个关节进行驱动。例如，灵巧手是新一代的机器人身上具有最多自由度的部分。为了满足灵巧手的手指、手掌、腕部的多个关节的自由度，通常需要设计多个驱动部件。同时，因为手部空间有限，大部分的驱动部件需要设置在手部以外的区域，如手臂内。因此，驱动部件与关节之间需要进行远距离的驱动控制。如何更好实现这一功能，是本领域技术人员所要考虑的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种腱传动结构。

本申请采用的技术方案是：提供一种腱传动结构，用于驱动关节运动；所述腱传动结构包括：驱动器、控制腱、关节；所述驱动器的输出端与控制腱相连接，其中一组驱动器分别通过控制腱牵拉关节；

所述腱传动结构还包括腱鞘和腱鞘固定元件；所述腱鞘固定元件包括第一腱鞘固定元件和第二腱鞘固定元件；所述腱鞘的一端设置在第一腱鞘固定元件处，另一端与关节处的第二腱鞘固定元件相连接；

所述腱鞘为可挠性弯曲件；所述控制腱的一至多个部分穿过腱鞘并在腱鞘中可滑动地设置。

一种实施例中，所述腱鞘固定元件包括腱鞘固定座和腱鞘压板；所述腱鞘固定座上设置有安装槽，腱鞘(自上向下)安装在安装槽处，腱鞘压板扣压在腱鞘上，并与腱鞘固定座连接。

一种实施例中，所述腱鞘固定元件的腱鞘固定座为一至多层台阶状设置,每层台阶处设置有安装槽；多个腱鞘的一端(自上下方向)安装在安装槽处。

一种实施例中，所述腱鞘固定座为多层台阶状设置；腱鞘固定座上相临的台阶部，前后错位设置，且相临的台阶部之间具有空隙；相临的台阶部包括位于上方的第一台阶部和位于下方的第二台阶部；所述空隙用于使安装在第二台阶部安装槽的腱鞘穿过。

一种实施例中，所述腱鞘固定座和/或腱鞘压板上设置有限位部，所述限位部用于对腱鞘的端部进行限位以防止其轴向移动。

一种实施例中，所述第一台阶部下方设置有避开孔，所述避开孔用于使安装在第二台阶部安装槽的腱鞘通过。

一种实施例中，所述腱传动结构还包括一至多个腱鞘约束元件，所述腱鞘约束元件用于约束腱鞘的空间位置和/或运动轨迹。

一种实施例中，所述腱鞘约束元件为刚性腱鞘约束元件或者可弯曲的柔性腱鞘约束元件。

一种实施例中，所述腱鞘约束元件包括套管、线扣、线扎、和腱鞘导向板中的至少一种。

一种实施例中，所述腱鞘约束元件包括用于引导腱鞘的一至多个引导部，所述腱鞘可从引导部中穿过并能在引导部中自由地滑动。

一种实施例中，所述腱鞘约束元件具有缓冲空间，所述缓冲空间允许一至多个腱鞘在其内部发生一定蜷曲。

一种实施例中，所述驱动器包括直线型驱动器；或者，

所述驱动器包括旋转驱动器和设置在旋转驱动器的输出端的绞盘；所述控制腱的一端与绞盘相连接。

本申请提供的一种腱传动结构的有益效果在于：

本申请中，与驱动器相连接的控制腱，其前端是直线的形态；其中间部分可滑动地设置在腱鞘中，可随着腱鞘挠性弯曲，因此，腱传动可以实现空间上的跃迁，实现远距离驱动控制。例如，当将驱动部分设置在手臂位置时，在腕部关节运动的前提下，仍然能够将驱动力传递到灵巧手的各个关节，实现远距离驱动控制；该传动方式不容易受到腕部关节运动的影响。同时，使从远端控制手部关节的运动成为可能。此外，腱鞘固定元件易于拆装，利于控制腱、腱鞘的快速安装、维护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于驱动一个关节的腱传动结构的部分结构爆炸图；

图2为本申请实施例提供的一种用于驱动多个关节的腱传动结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种腱传动结构的一个腱鞘自上向下安装在腱鞘固定座的爆炸图；

图4为本申请实施例提供的一种腱传动结构的多个腱鞘自上向下安装在腱鞘固定座的结构示意图；

图5为图4中腱鞘固定座和腱鞘压板的结构示意图；

图6为图5中A处的局部放大图；

图7为本申请实施例提供的一种腱传动结构的腱鞘压板的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

110-第一驱动器；111-第一旋转驱动器；112-第一绞盘；120-第二驱动器；121-第二旋转驱动器；122-第二绞盘；

200-控制腱；300-腱鞘；210-第一控制腱；220-第二控制腱；310-第一腱鞘；320-第二腱鞘；

400-第一腱鞘固定元件；410-腱鞘压板；420-腱鞘固定座；500-第二腱鞘固定元件；

411-配合部；412-限位部；413-限位槽；414-避让槽；421-安装槽；422-第一台阶部；423-第二台阶部；424-空隙；425-避开孔；600-支架；700-套管；800-腱鞘导向板。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图6，现对本申请提供的一种腱传动结构进行说明。

本申请实施例提供的一种腱传动结构,用于驱动机器人的关节运动。如图1、图2、图3所示，腱传动结构包括：驱动器、控制腱200、关节。驱动器的输出端与控制腱200相连接，其中驱动器通过控制腱200牵拉关节。腱传动结构还包括腱鞘300和腱鞘固定元件。腱鞘固定元件包括第一腱鞘固定元件400和第二腱鞘固定元件500。腱鞘300的一端设置在第一腱鞘固定元件400处，另一端与关节处的第二腱鞘固定元件500相连接；

如图1、图2、图3所示，控制腱200在驱动器和第一腱鞘固定元件400之间包括一段或者多段直线结构。本申请的腱鞘300为可挠性弯曲件。控制腱200的一至多个部分穿过腱鞘300并在腱鞘300中可滑动地设置。

其中，一组驱动器分别通过相应的控制腱200可牵拉一个关节。驱动器包括第一驱动器110、第二驱动器120。控制腱200包括第一控制腱210、第二控制腱220。其中，第一驱动器110的输出端与第一控制腱210相连接，第二驱动器120的输出端与第二控制腱220相连接。第一驱动器110和第二驱动器120分别通过第一控制腱210和第二控制腱220在不同方向牵拉关节，共同驱动关节转动。当第一驱动器110收紧第一控制腱210时，第二驱动器120释放第二控制腱220，关节向第一方向运动。当第二驱动器120收紧第二控制腱220时，第一驱动器110释放第一控制腱210，关节向第二方向运动。在上述过程中，第一控制腱210和第二控制腱220的收紧、释放的长度相同。第一控制腱210、第二控制腱220，选用在受力时不可被拉伸或者被拉伸后变化量极小的细长物体,如钢丝线、大力马线或者碳素线等。

腱鞘300包括第一腱鞘310、第二腱鞘320。其中，第一腱鞘310的一端设置在第一腱鞘固定元件400处，另一端与关节处的一处第二腱鞘固定元件500相连接。第二腱鞘320的一端设置在第一腱鞘固定元件400处，另一端与关节处的另一处相应第二腱鞘固定元件500相连接。

其中，第一控制腱210，从第一驱动器110的输出端引出后，其前端在第一驱动器110和第一腱鞘固定元件400之间，基本上形成直线结构；之后，第一控制腱210的一部分穿过第一腱鞘310并在第一腱鞘310中可滑动地设置。图中仅示意出了一段直线结构，可以理解的是，还可以通过导向机构和/或换向机构，使第一控制腱210在第一驱动器110和第一腱鞘固定元件400之间包括多段直线结构。导向机构、换向机构例如包括滑轮、光滑的导轨等。

第二控制腱220，从第二驱动器120的输出端引出后，在第二驱动器120和第一腱鞘固定元件400之间，形成一段或者多段直线结构；之后，第二控制腱220的一部分穿过第二腱鞘320并在第二腱鞘320中可滑动地设置。第一腱鞘310和第二腱鞘320为可挠性弯曲件。第一腱鞘310和第二腱鞘320，可引导相对应的第一控制腱210或者第二控制腱220的走向，并对其进行保护。

本申请中，与第一驱动器110和第二驱动器120相连接的第一控制腱210和第二控制腱220，其前端主要是直线的形态；其中间部分可滑动地设置在第一腱鞘310和第二腱鞘320中，第一腱鞘310和第二腱鞘320为可挠性弯曲件，第一控制腱210和第二控制腱220可随着第一腱鞘310和第二腱鞘320挠性弯曲，因此，腱传动可以实现空间上的跃迁，实现远距离驱动控制。例如，当将驱动部分设置在手臂位置时，在腕部关节运动的前提下，仍然能够将驱动力传递到灵巧手的各个关节，实现远距离驱动控制；该传动方式不容易受到腕部关节运动的影响。同时，使从远端控制手部关节的运动成为可能，驱动器部分可以设置在更远一些的位置，例如机器人的躯干内，或者机械臂的伺服柜等。

在一条控制腱200上，腱鞘300也可以是多段的，这样控制腱200就可以在多个部分由腱鞘300覆盖，并随着腱鞘300挠性弯曲，其余部分可直线绷紧，或者通过滑轮、滑轨等导向机构、导向装置导向。

在一个实施例中，本申请的腱传动结构可设置在手臂中，用于对手部的多个关节进行驱动，为了实现手部多个关节的自由度，需要数量较多的控制腱200、腱鞘300。如图2所示的腱传动结构，可以驱动多个关节。

腱鞘300套在控制腱200上，在具体安装腱鞘300、控制腱200的过程中，需要将腱鞘300的两端分别固定在相应的腱鞘固定元件处。在靠近驱动器一侧，需要将多个腱鞘300的一端均设置在第一腱鞘固定元件400上。在靠近关节一侧，需要将多个腱鞘300的另一端设置在与多个关节相对应的第二腱鞘固定元件500上。

在本申请的一个具体实施例中，腱鞘固定元件可以是一个固定板，在固定板上设置多个圆孔；安装时，将第一腱鞘310和第二腱鞘320以前后穿插的方式从圆孔中穿过，在固定板的圆孔一侧设置一个挡板用于对第一腱鞘310和第二腱鞘320进行限位。但这种方式，由于需要将多条腱鞘300分别从圆孔穿过，因此，在实际装配过程中效率较低。

在本申请的另一个优选的实施例中，如图3所示，腱鞘固定元件包括腱鞘固定座420和腱鞘压板410。腱鞘固定座420上设置有安装槽421，腱鞘的一端可自上向下安装在安装槽421处；将腱鞘安装到位后，再将腱鞘压板410扣压在腱鞘上，并与腱鞘固定座420连接。

腱鞘压板410与腱鞘固定座420的连接方式可以有多种，例如，可通过螺丝将腱鞘压板410与腱鞘固定座420固定连接；或者，腱鞘压板410与腱鞘固定座420之间通过扣位连接。

腱鞘固定元件的腱鞘固定座420可以为一至多层台阶状设置,台阶处设置有安装槽421；腱鞘的一端安装在安装槽421处。

作为优选的方案，如图4所示，腱鞘固定座420为多层台阶状设置,在每层台阶处设置有安装槽421，多个腱鞘300可自上向下安装在安装槽421处。多个腱鞘300在腱鞘固定座420的多层台阶上呈上下、前后空间分布。

在一个具体实施例中，如图5、图6所示，腱鞘固定座420上相临的台阶部前后错位设置，且相临的台阶部之间具有空隙424，该空隙424用于使腱鞘300的另一端穿过。相临的台阶部例如包括位于上方的第一台阶部422和位于下方的第二台阶部423；第一台阶部422和第二台阶部423前后错位设置，第一台阶部422和第二台阶部423之间具有空隙424。所述空隙424用于使安装在第二台阶部423安装槽421的腱鞘300穿过。

在第一台阶部422和第二台阶部423之间，可通过连接部相连接。连接部可设置在第一台阶部422和第二台阶部423的端部；或者，连接部还可以设置在第一台阶部422和第二台阶部423的中间位置。

由于实际应用中有较多的腱鞘300一端部需要安装在第一腱鞘固定元件400，这种上下安装的方式更便捷，效率更高。本申请中，腱鞘固定元件的设置可以使使传动件，包括控制腱200、腱鞘300，能够快速拆装、维护。更进一步的，多个腱鞘300在腱鞘固定座420的多层台阶上呈上下、前后空间分布，可以在有限的腱鞘固定座420空间上布置数量众多的腱鞘300。腱鞘固定座420上相临的台阶部前后错位设置，且之间具有空隙424，设置在下方台阶部安装槽421的腱鞘300可从该空隙424方便地穿过。

在腱鞘固定座420和/或腱鞘压板410上设置有限位部412，该限位部412用于对腱鞘300的端部进行限位以防止其轴向移动。

具体的，可以在腱鞘固定座420的安装槽421处设置定位槽。

或者，如图7所示，可在腱鞘压板410上设置限位部412。腱鞘压板410可为L形板，腱鞘压板410包括配合部411和限位部412。腱鞘压板410的配合部411压在腱鞘上。配合部411在靠近限位部412的位置设有限位槽413，腱鞘的定位端部卡在该限位槽413内，以防止腱鞘沿轴向移动。

限位部412上设有避让槽414，避让槽414用于腱鞘穿过。

如图5、图6所示，沿着第二台阶部423的安装槽421的走向，第一台阶部422下方设置有避开孔425，该避开孔425用于使使安装在位于下方的第二台阶部423安装槽421的腱鞘300通过。当腱鞘一端位于第二台阶部423的安装槽421处时，腱鞘300可以从避开孔425穿过。

如图1、图3、图4所示，腱鞘设置在腱鞘固定座420的安装槽421内时，控制腱200在驱动器输出端和第一腱鞘固定元件400之间的直线部分，与安装槽421处的腱鞘300处于同一条直线上。控制腱200从腱鞘固定座420处的腱鞘300穿过时，不受腱鞘固定座420的侧向力，不易受到损伤，具有较好的可靠性。

腱传动结构还包括腱鞘约束元件，腱鞘约束元件用于约束从第一腱鞘固定元件400出来的腱鞘300的三维空间位置以及运动轨迹，使腱鞘300不与其它部件干涉。

腱鞘约束元件可分布在腱鞘的中间任意位置，可以有一至多个。腱鞘约束元件可以为刚性腱鞘约束元件，也可以为可弯曲的柔性腱鞘约束元件。

对于刚性腱鞘约束元件，主要是将腱鞘约束在一定的三维空间位置；而柔性腱鞘约束元件，还可以约束腱鞘的运动方式，在关节运动时，使腱鞘走恰当的运动轨迹。

在靠近驱动器的位置，腱鞘约束元件可包括套管700、线扣、线扎、和腱鞘导向板中的至少一种。

在一个实施例中，一个或几个相邻的腱鞘300上套有一个套管700。套管700位于腱鞘固定座420处或位于腱鞘固定座420的一侧，图4所示的套管700可套在腱鞘300上。套管700具有一定的长度，套管700可有效约束腱鞘300在三维空间的位置，使腱鞘300不与其它部件干涉。

在一个实施例中，一个或几个相邻的腱鞘300上设有线扣或线扎，线扣或线扎可固定在一空间位置，通过线扣或线扎约束腱鞘300在三维空间的位置。

在一个实施例中，可设置腱鞘导向板800，腱鞘导向板800可设置在一至多个腱鞘300的下方。如如4所示，腱鞘导向板800可设置在多个套管700的下方的位置，用于将防止腱鞘300或者套管700与下方的控制腱200和/或绞盘相干涉。腱鞘导向板800可设置在腱鞘固定座420一侧。用于避免腱鞘300与其它部分干涉。腱鞘导向板800上可设约束槽，用于约束腱鞘。套管700可设置为可弯曲的柔性元件。腱鞘导向板可包括弧形板以及至少两个连接在弧形板上的约束壁，相邻两个约束壁呈V形设置，与弧形板围成约束槽。

在靠近机器人执行端如灵巧手的位置，腱鞘约束元件还可以包括用于引导腱鞘300的一至多个引导部。灵巧手具有多个指节、关节、掌指关节、掌指节，一至多个关节级联。引导部构造为可以引导一至多个腱鞘。腱鞘300可从引导部中穿过并能在引导部中自由地滑动。引导部可以是槽、孔、或者其它结构形成。

腱鞘约束元件可具有缓冲空间，所述缓冲空间允许一至多个腱鞘300在其内部发生一定蜷曲。

腱传动结构包括支架600，第一驱动器110、第二驱动器120、腱鞘固定座420安装在支架600上。

在一个实施例中，第一驱动器110和第二驱动器120为直线型驱动器，如直线电机、气动元件、液压元件等，直线型驱动器的输出端直接与第一控制腱210和第二控制腱220相连接。在一个实施例中，第一驱动器110和第二驱动器120还可以为人工肌肉，实施方式与直线型驱动器的实施例接近。

在一个实施例中，所述驱动器包括旋转型驱动器。第一驱动器110包括第一旋转驱动器111和设置在第一旋转驱动器111的输出端的第一绞盘112。

第一控制腱210的一端与第一绞盘112相连接。第二驱动器120包括第二旋转驱动器121和设置在第二旋转驱动器121的输出端的第二绞盘122。第二控制腱220的一端与第二绞盘122相连接。

可以理解的是，本申请的腱传动结构，不仅可以用于机器人的灵巧手，还可以用于机器人身上的多自由度部分，如具有多个自由度的仿生机械足。或者，还可以用于其它类别多关节机器的关节驱动，其它类别多关节机器可以是具有多个关节的机器动物或者机器昆虫等，甚至可用于设备中的广义运动副。

本申请提供的一种腱传动结构的有益效果在于：

本申请中，与驱动器相连接的控制腱，其前端是直线的形态；其中间部分可滑动地设置在腱鞘中，可随着腱鞘挠性弯曲，因此，腱传动可以实现空间上的跃迁，实现远距离驱动控制。例如，当将驱动部分设置在手臂位置时，在腕部关节运动的前提下，仍然能够将驱动力传递到灵巧手的各个关节，实现远距离驱动控制；该传动方式不容易受到腕部关节运动的影响。同时，使从远端控制手部关节的运动成为可能。此外，腱鞘固定元件易于拆装，使腱和腱鞘的拆装、维护更便捷；而腱鞘约束元件可使腱传动更加可靠。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种腱传动结构，用于驱动关节运动；其特征在于，所述腱传动结构包括：驱动器、控制腱、关节；所述驱动器的输出端与控制腱相连接，其中一组驱动器分别通过控制腱牵拉关节；

所述腱传动结构还包括腱鞘和腱鞘固定元件；所述腱鞘固定元件包括第一腱鞘固定元件和第二腱鞘固定元件；所述腱鞘的一端设置在第一腱鞘固定元件处，另一端与关节处的第二腱鞘固定元件相连接；

所述腱鞘为可挠性弯曲件；所述控制腱的一至多个部分穿过腱鞘并在腱鞘中可滑动地设置。

2.如权利要求1所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘固定元件包括腱鞘固定座和腱鞘压板；所述腱鞘固定座上设置有安装槽，腱鞘安装在安装槽处，腱鞘压板扣压在腱鞘上，并与腱鞘固定座连接。

3.如权利要求2所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘固定元件的腱鞘固定座为一至多层台阶状设置,台阶处设置有安装槽；多个腱鞘的一端安装在安装槽处。

4.如权利要求3所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘固定座为多层台阶状设置；腱鞘固定座上相临的台阶部，前后错位设置，且相临的台阶部之间具有空隙；相临的台阶部包括位于上方的第一台阶部和位于下方的第二台阶部；所述空隙用于使安装在第二台阶部安装槽的腱鞘穿过。

5.如权利要求3所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘固定座和/或腱鞘压板上设置有限位部，所述限位部用于对腱鞘的端部进行限位以防止其轴向移动。

6.如权利要求4所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述第一台阶部下方设置有避开孔，所述避开孔用于使腱鞘通过。

7.如权利要求2所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱传动结构还包括一至多个腱鞘约束元件，所述腱鞘约束元件用于约束腱鞘的空间位置和/或运动轨迹。

8.如权利要求7所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘约束元件为刚性腱鞘约束元件或者可弯曲的柔性腱鞘约束元件。

9.如权利要求7所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘约束元件包括套管、线扣、线扎、和腱鞘导向板中的至少一种。

10.如权利要求7所述的腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘约束元件包括用于引导腱鞘的一至多个引导部，所述腱鞘可从引导部中穿过并能在引导部中自由地滑动。

11.如权利要求7所述的一种腱传动结构，其特征在于，所述腱鞘约束元件具有缓冲空间，所述缓冲空间允许一至多个腱鞘在其内部发生一定蜷曲。

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