CN220241521U - 腱传动的关节驱动装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种腱传动的关节驱动装置，用于驱动关节，所述关节驱动装置包括驱动单元、腱和弹性机构，所述腱包括腱一和腱二；所述腱一的第一端与所述关节的转动端连接，所述腱一的第二端与所述驱动单元连接；所述腱二的第一端与所述关节的转动端连接；所述腱二的第二端与所述驱动单元连接，或者，所述腱二的第二端固定设置；所述弹性机构被配置为作用于所述腱一和所述腱二中的至少一个并对所述腱调节张力。本申请还公开了一种机器人，包括如上所述的关节驱动装置。

Description

腱传动的关节驱动装置及机器人

技术领域

本申请属于关节驱动技术领域，更具体地说，是涉及腱传动的关节驱动装置及机器人。

背景技术

新一代的机器人需要具备较多的自由度(DOF)以实现更加灵活精细地操作物体，例如，机械手是新一代的机器人身上具有最多自由度的部分，为了更加灵活精细地操作加工工具或者操作物体，需要具备相对较高自由度(DOF)。由于机械手的有限封装空间，腱传动的设计方案被应用在具有相对较高自由度(DOF)的机械手上。

由于腱可能存在疲劳，在使用一段时间后可能会出现松弛，不利于腱传动的驱动关节进行精确控制。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种腱传动的关节驱动装置及机器人，以解决现有的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供了一种腱传动的关节驱动装置，用于驱动关节，所述关节驱动装置包括驱动单元、腱和弹性机构，所述腱包括腱一和腱二；所述腱一的第一端与所述关节的转动端连接，所述腱一的第二端与所述驱动单元连接；所述腱二的第一端与所述关节的转动端连接；所述腱二的第二端与所述驱动单元连接，或者，所述腱二的第二端固定设置；所述弹性机构被配置为作用于所述腱一和所述腱二中的至少一个并对所述腱调节张力。

本申请的一种实施例中，所述弹性机构包括第一弹性元件以及偏置元件；所述第一弹性元件被配置为可直接或者间接施加扭力于所述偏置元件并可带动所述偏置元件转动，所述腱经过所述偏置元件。

本申请的一种实施例中，所述关节驱动装置还包括安装座和第一限位单元，所述第一弹性元件、所述偏置元件均安装在所述安装座处；

所述第一弹性元件的一端相对所述安装座固定，所述第一弹性元件的另一端连接所述偏置元件并带动所述偏置元件运动；

所述第一限位单元被配置为对所述偏置元件的运动幅度或运动轨迹进行限制。

本申请的一种实施例中，所述关节驱动装置还包括安装座和第一限位单元，所述弹性机构还包括第一中间元件，所述第一弹性元件、所述第一中间元件、所述偏置元件安装在所述安装座处；

所述第一弹性元件的一端相对所述安装座固定，所述第一弹性元件的另一端可施力于所述第一中间元件，所述第一中间元件与所述偏置元件连接；

所述第一限位单元被配置为对所述偏置元件的运动幅度或运动轨迹进行限制。

本申请的一种实施例中，所述弹性机构包括第二弹性元件以及偏置元件；所述第二弹性元件被配置为可直接或者间接施加弹力于所述偏置元件并可带动所述偏置元件移动，所述腱经过所述偏置元件。

本申请的一种实施例中，所述关节驱动装置还包括安装座和第二限位单元，所述第二弹性元件和所述偏置元件均安装在所述安装座处；所述第二限位单元被配置为对所述第二弹性元件和所述偏置元件中的至少一个进行限位。

本申请的一种实施例中，所述弹性机构还包括第二中间元件，所述第二弹性元件被配置为可施加弹力于所述第二中间元件并可带动所述第二中间元件移动，所述第二中间元件与所述偏置元件连接或者抵接。

本申请的一种实施例中，所述弹性机构包括第三弹性元件；所述第三弹性元件安装在所述腱上，所述第三弹性元件的两端分别与所述腱相连接。

本申请的一种实施例中，所述腱一或者所述腱二处设置有第一导向装置。

本申请还提供了一种机器人，包括多个关节，还包括如上所述的关节驱动装置。

本申请的有益效果在于：

本申请提供的腱传动的关节驱动装置，通过腱传动可驱动关节运动，同时还设置了弹性机构，其作用于所述腱并为其提供张力，以解决腱传动驱动时腱容易松弛的问题。

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为本申请实施例一提供的关节驱动装置的弹性机构的第一个实施方案的一种结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的关节驱动装置的弹性机构的第一个实施方案的另一种结构示意图；

图3为本申请实施例一提供的关节驱动装置的弹性机构的第二个实施方案的结构示意图；

图4为本申请实施例一提供的关节驱动装置的弹性机构的第三个实施方案的结构示意图；

图5为本申请实施例一提供的一种具有安装舱体组件的关节驱动装置的结构示意图；

图6为本申请实施例二提供的一种关节驱动装置的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

关节10、腱20、致动器30、绞腱元件31、弹性机构40、腱一21、腱二22、第一弹性元件41、第一中间元件42、偏置元件43、第二弹性元件44、第二中间元件45、第三弹性元件46、第一导向装置51、第二导向装置52、第一限位单元53、第一固定板61、第二固定板62、腱鞘70、腱鞘固定组件80、固定座82、压板81。

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-图6，现对本申请实施例提供的腱传动的关节驱动装置及机器人进行说明。

实施例一

如图1-图5所示，本申请提供的一种腱传动的关节驱动装置，用于驱动关节10。所述关节10包括基座和转动端，所述转动端可相对于所述基座转动。

所述腱一的第一端与所述转动端连接，所述腱一的第二端与所述驱动单元连接；所述腱二的第一端与所述转动端连接；所述腱二的第二端与所述驱动单元连接，或者，所述腱二的第二端固定设置；所述弹性机构被配置为作用于所述腱一和所述腱二中的至少一个并对所述腱调节张力。

如图1-图5所示，本申请实施例提供的腱传动的关节驱动装置包括腱20和驱动单元。所述腱20包括腱一21和腱二22。

所述腱一21的第一端与所述转动端连接，所述腱一21的第二端与所述驱动单元连接；所述腱二22的第一端与所述转动端连接；所述腱二22的第二端与所述驱动单元连接。所述驱动单元通过所述腱20驱动所述转动端，使所述关节转动。

所述驱动单元包括致动器30。所述致动器30可以为直线型致动器，也可以为旋转型致动器。

在本实施例中，以旋转型致动器为例，对腱传动的关节驱动装置的工作原理进行说明。

在一个具体实施例中，所述致动器30具有一个输出端，所述输出端具有一个绞腱元件31。所述腱一21的第一端与所述转动端连接，所述腱一21的第二端与所述绞腱元件31连接。所述腱二22的第一端与所述转动端连接，所述腱二22的第二端与所述绞腱元件31连接。所述腱一21和所述腱二22被配置为在所述绞腱元件31上的卷绕方向相反。所述致动器30为旋转型致动器30，并可正反转。当所述致动器30正转时，其通过绞腱元件31的转动，使所述腱一21被牵拉，所述腱二22被释放，所述关节10朝第一方向转动。当所述致动器30反转时，其通过绞腱元件31的转动，使所述腱二22被牵拉，使所述腱一21被释放，所述关节10的转动端相对于基座朝第二方向转动。

其中，在上述过程中，所述腱一21和所述腱二22的牵拉和释放的长度大致相同。在其中一个具体应用的实施例中，当所述关节10为手指关节10时，所述关节10朝第一方向转动时手指向手心侧弯曲，所述关节10朝第二方向转动时手指向手背侧伸展。

在所述腱一21或者所述腱二22处可设置第一导向装置51。所述第一导向装置51可以为导向轮、导向杆、或者其它较为光滑的导向结构等。所述第一导向装置51的数量可以为一个或者多个。所述腱一21和所述腱二22均由所述致动器30正反转进行控制。由于在腱传动的过程中腱20可能出现松弛，不利于腱传动的驱动关节进行精确控制，也不能完全保持牵拉和释放的同步。为了进一步解决该问题，本申请的关节驱动装置还包括弹性机构40，所述弹性机构40被配置为作用于所述腱20并对所述腱20调节张力。

图1所示包括所述弹性机构40的第一个实施方案。所述弹性机构40包括第一弹性元件41、偏置元件43。所述偏置元件43被配置为用于偏置腱20以对所述腱20调节张力，所述偏置元件43包括但不限于第一滑轮。所述腱20经过所述偏置元件43。例如，所述腱20与所述偏置元件43接触并绕过所述偏置元件43的槽或者滑道，所述腱可在所述偏置元件43的槽或者滑道内滑动。

通过所述第一弹性元件41直接施加扭力于所述偏置元件43并可带动所述偏置元件43转动。所述关节驱动装置还包括安装座，所述第一弹性元件4和所述偏置元件43均可安装在所述安装座处。所述第一弹性元件41选用可施加扭力的弹性元件，可以为扭转弹簧、卷簧、盘簧等其中的任一种或几种的组合。如图1所示，所述第一弹性元件41可选用扭转弹簧，所述第一弹性元件41的一端相对固定，所述第一弹性元件41的另一端可连接所述偏置元件43，从而对所述腱20调节张力。为了对所述偏置元件43运动幅度和/或运动轨迹进行限制，可设置第一限位单元53。所述第一限位单元53可包括滑轨或者滑槽，所述偏置元件43可在第一限位单元内进行运动。第一限位单元53可安装在所述安装座处。

所述弹性机构40的第一个实施方案，可被配置为作用于所述腱二22并对所述腱二22调节张力；或者，可被配置为作用于所述腱一21并对所述腱一21调节张力；又或者，两个所述弹性机构40还可配置为分别对所述腱一21和所述腱二22调节张力。

作为所述弹性机构40的第一个实施方案的替代方案，如图2所示，所述弹性机构40还包括第一中间元件42。所述第一中间元件42可安装在所述安装座处。所述第一弹性元件41被配置为可施加扭力于所述第一中间元件42，并可带动第一中间元件42转动。所述第一中间元件42与所述偏置元件43连接，所述第一弹性元件41通过所述第一中间元件42间接施加扭力于所述偏置元件43并可带动所述偏置元件43转动。所述第一中间元件42可以为如图2所示的摇臂、也可以为杆件，或者为其它结构形式。所述第一弹性元件41的一端可相对所述安装座固定，所述第一弹性元件41的另一端可施力于所述第一中间元件42如摇臂，通过第一中间元件42带动所述偏置元件43运动，从而对所述腱20调节张力。

图3所示包括所述弹性机构40的第二个实施方案。所述弹性机构40包括第二弹性元件44、第二中间元件45以及偏置元件43；其中，所述第二弹性元件44被配置为可施加弹力于所述第二中间元件45并可带动所述第二中间元件45移动，所述第二中间元件45与所述偏置元件43连接或者抵接。所述第二弹性元件44通过所述第二中间元件45间接施加弹力于所述偏置元件43并可带动所述偏置元件43移动。

本具体实施例中，所述第二弹性元件44被配置为可施加弹力于所述第二中间元件45并可带动所述第二中间元件45线性移动。所述第二弹性元件44相当于间接施加弹力于所述偏置元件43并可带动所述偏置元件43移动。所述腱20经过所述偏置元件43。所述关节驱动装置还包括安装座，所述第二弹性元件44、所述第二中间元件45和所述偏置元件43均可安装在所述安装座处。可以理解的，所述安装座具有安装部或者安装元件，用于对所述第二弹性元件44进行安装固定；所述安装座处具有第二限位单元，所述第二限位单元可以为限位结构或者限位元件，如限位孔或者限位轴，用于对所述第二弹性元件44、所述第二中间元件45、所述偏置元件43中的至少一个进行限位。所述第二弹性元件44选用可施加推力或者拉力的弹性元件，可以为拉簧、压簧、片簧、板簧等弹簧中的一种或几种的组合。所述第二弹性元件44的一端可抵接所述安装部或者相对于所述安装座固定，所述第二弹性元件44的另一端可抵接所述第二中间元件45，从而对所述腱20调节张力。

所述弹性机构40的第二个实施方案，可被配置为作用于所述腱二22并对所述腱二22调节张力；或者，还可被配置为作用于所述腱一21并对所述腱一21调节张力；又或者，两个所述弹性机构40还可配置为分别对所述腱一21和所述腱二22调节张力。

作为所述弹性机构40的第二个实施方案的替代方案，所述弹性机构40还可以去掉第二中间元件45，并通过所述第二弹性元件44直接施加推力或者拉力的弹力于所述偏置元件43并可带动所述偏置元件43移动。

本实施例还提供了所述弹性机构40的第三个实施方案，图4所示，所述弹性机构40包括第三弹性元件46；所述第三弹性元件46安装在任何一个所述腱20上，所述第三弹性元件46的两端分别与相应所述腱20相连接。所述第三弹性元件46可选用可施加推力或者拉力的弹性元件，例如弹簧。

所述弹性机构40的第三个实施方案，所述第三弹性元件46，可被配置为作用于所述腱二22并对所述腱二22调节张力；或者，可被配置为作用于所述腱一21并对所述腱一21调节张力；又或者，两个所述第三弹性元件46还可配置为分别对所述腱一21和所述腱二22调节张力。

在一个实施例中，所述腱一21可以作为驱动腱，所述腱二22可以作为复位腱。作为进一步优选的方案，所述第三弹性元件46被配置为对作为复位腱的所述腱二22调节张力。所述腱二22包括第一腱二22和第二腱二22，所述第三弹性元件46连接在所述第一腱二22和所述第二腱二22之间。

本申请的所述关节驱动装置，还可包括安装舱体组件，如图5所示，所述安装舱体组件包括间隔设置的第一固定板61和第二固定板62。在一个具体实施例中，所述致动器30可安装在所述第一固定板61上，所述致动器30的主体部分位于所述第一固定板61和第二固定板62之间。所述致动器30的输出端朝向所述第一固定板61，所述绞腱元件31位于所述第一固定板61一侧，所述腱一21从所述绞腱元件31出来后，经所述第一固定板61一侧后与所述转动端连接。所述腱二22从所述绞腱元件31出来后，经过至少一个第二导向装置52后沿着所述第二固定板62一侧布置，所述腱二22经所述第二固定板62一侧后与所述转动端连接。所述腱一21和所述腱二22分别在所述第一固定板61一侧和所述第二固定板62一侧布局。所述第二导向装置52用于为所述腱20提供换向，所述第二导向装置52可以是导向轮、导向杆、或者其它较为光滑的导向机构如导轨等。

所述绞腱元件31可以为绞盘、或者其它可对所述腱20进行缠绕并释放的结构。本申请所提供的所述关节驱动装置，在一个具体实施例中，所述绞腱元件31上具有两个绕线部，所述腱一21和腱二22分别绕在两个绕线部上；或者，在另一个具体实施例中，所述腱一21和所述腱二22相连，且均为所述腱20上的一部分，所述绞腱元件31上具有一个绕线部，所述腱20绕在所述绕线部上。

本申请的关节驱动装置，还包括控制装置，所述致动器30与所述控制装置连接。

上述实施例中，仅仅列举了所述致动器30的所述输出端具有一个绞腱元件31的情形。可以理解的，作为替代的案例，在其它具体实施例中，所述致动器的输出端可具有第一绞腱元件31和第二绞腱元件31；所述腱一21的第一端与所述转动端连接，所述腱一21的第二端与所述第一绞腱元件31连接；所述腱二22的第一端与所述转动端连接，所述腱二22的第二端与所述第二绞腱元件31连接。例如，所述致动器具有一个输出轴时，所述第一绞腱元件31连接在所述输出轴上；所述关节驱动装置还包括传动组件和第二绞腱元件31；所述传动组件,分别与所述输出轴和所述第二绞腱元件31连接，并驱动所述第二绞腱元件31转动。或者，所述致动器的两端可分别具有第一输出轴和第二输出轴，所述第一绞腱元件连接在所述第一输出轴上，所述第二绞腱元件连接在所述第二输出轴上。

在上述实施例中，一个关节的自由度能够通过使用一个致动器30来进行控制。可以理解的，作为替代的案例，所述一个关节的自由度也可以通过使用二个致动器30来进行控制。例如，在每个致动器30的输出端分别具有一个绞腱元件31。二个致动器30分别通过相应连接的绞腱元件31来驱动所述腱一21和所述腱二22。

实施例二

本实施例二是实施例一的一种改进和替代方案。与实施例一不同的是，在实施例一中，所述腱二22的第二端与所述绞腱元件31连接，而在本实施例中，所述腱二22的第二端固定设置。

在本实施例中，所述腱二22的第二端可固定设置在所述第二固定板62上。如图6所示，所述腱二22的第一端与所述转动端连接，所述腱二22的第二端固定设置在所述第二固定板62上，所述腱二22经所述第二固定板62一侧后与所述转动端连接。本实施例中无需设置第二导向装置52。

所述腱二22上可设置如实施例一所述的第三弹性元件46。所述腱二22包括第一腱二22和第二腱二22，所述第三弹性元件46连接在所述第一腱二22和所述第二腱二22之间。

或者，在另一具体实施例中，所述腱二22的第二端还可以固定设置在靠近关节的位置处。

实施例三

本申请还提供了一种机器人，所述机器人包括多个关节，还包括如上所述的腱传动的关节驱动装置。

本申请提供的有益效果在于：

本申请提供的腱传动的关节驱动装置，通过腱传动可驱动关节运动，与齿轮驱动、连杆驱动结构相比较，关节驱动装置的设计结构简单，布局紧促；同时，还设置了弹性机构，其作用于所述腱并为其提供张力，可解决腱传动驱动时腱容易松弛的问题。

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 (10)

1.一种腱传动的关节驱动装置，用于驱动关节，其特征在于，所述关节驱动装置包括驱动单元、腱和弹性机构，所述腱包括腱一和腱二；所述腱一的第一端与所述关节的转动端连接，所述腱一的第二端与所述驱动单元连接；所述腱二的第一端与所述关节的转动端连接；所述腱二的第二端与所述驱动单元连接，或者，所述腱二的第二端固定设置；所述弹性机构被配置为作用于所述腱一和所述腱二中的至少一个并对所述腱调节张力。

2.如权利要求1所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述弹性机构包括第一弹性元件以及偏置元件；所述第一弹性元件被配置为可直接或者间接施加扭力于所述偏置元件并可带动所述偏置元件转动，所述腱经过所述偏置元件。

3.如权利要求2所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述关节驱动装置还包括安装座和第一限位单元，所述第一弹性元件、所述偏置元件均安装在所述安装座处；

所述第一弹性元件的一端相对所述安装座固定，所述第一弹性元件的另一端连接所述偏置元件并带动所述偏置元件运动；

所述第一限位单元被配置为对所述偏置元件的运动幅度或运动轨迹进行限制。

4.如权利要求2所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述关节驱动装置还包括安装座和第一限位单元，所述弹性机构还包括第一中间元件，所述第一弹性元件、所述第一中间元件、所述偏置元件安装在所述安装座处；

所述第一弹性元件的一端相对所述安装座固定，所述第一弹性元件的另一端可施力于所述第一中间元件，所述第一中间元件与所述偏置元件连接；

所述第一限位单元被配置为对所述偏置元件的运动幅度或运动轨迹进行限制。

5.如权利要求1所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述弹性机构包括第二弹性元件以及偏置元件；所述第二弹性元件被配置为可直接或者间接施加弹力于所述偏置元件并可带动所述偏置元件移动，所述腱经过所述偏置元件。

6.如权利要求5所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述关节驱动装置还包括安装座和第二限位单元，所述第二弹性元件和所述偏置元件均安装在所述安装座处；所述第二限位单元被配置为对所述第二弹性元件和所述偏置元件中的至少一个进行限位。

7.如权利要求6所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述弹性机构还包括第二中间元件，所述第二弹性元件被配置为可施加弹力于所述第二中间元件并可带动所述第二中间元件移动，所述第二中间元件与所述偏置元件连接或者抵接。

8.如权利要求1所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述弹性机构包括第三弹性元件；所述第三弹性元件安装在所述腱上，所述第三弹性元件的两端分别与所述腱相连接。

9.如权利要求1所述的一种腱传动的关节驱动装置，其特征在于，所述腱一或者所述腱二处设置有第一导向装置。

10.一种机器人，包括多个关节，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的腱传动的关节驱动装置。