一种绳索驱动装置及机械臂的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种绳索驱动装置及机械臂。

背景技术：

绳索驱动装置通常通过驱动装置对绳索进行驱动，从而牵引从动件发生相应的运动，实现牵引作用。例如，在柔性机械臂技术领域中，绳索驱动装置通过绳索牵引柔性机械臂中的各个关节发生相对运动，从而实现柔性机器人整体的柔性弯曲。现有技术中，绳索驱动装置的驱动方案主要包括三类：第一类为电机丝杠螺母驱动方案，虽然由于丝杠螺母结构的原因运用广泛，但是单个该机构只能对一根绳索进行驱动和制动，当所需绳索数量较多时，驱动系统变得非常庞大，控制程序也较为复杂；第二类为电机卷绳驱动方案，由于需要额外设置制动机构，该方案通常应用于所需绳索数目较少的情况，不适用于绳索数量较多、结构要求轻巧的机构中；第三类通常运用记忆合金丝、电机弹簧杠杆等新驱动方式，该类方案同样存在单个驱动机构只能控制单根绳索的问题，当驱动绳数量较多时，驱动系统的体积和重量都较大，控制程序也相对复杂，从而制造成本较高。因此，需要提供一种新的技术方案以解决上述现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时对两根绳索进行制动的绳索驱动装置及机械臂。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种绳索驱动装置，包括基座、驱动装置、张紧装置、制动装置和绳索，所述驱动装置和所述制动装置固定安装在所述基座上，所述张紧装置可滑动地安装在所述基座上，并且所述张紧装置与所述基座之间设置有弹性装置，其中：

所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述绳索包括第一绳索和第二绳索，所述第一绳索与所述第一驱动装置连接，所述第二绳索与所述第二驱动装置连接；

所述张紧装置包括第一张紧装置和第二张紧装置，所述第一绳索绕过所述第一张紧装置并可相对所述第一张紧装置移动，所述第二绳索绕过所述第二张紧装置并可相对所述第二张紧装置移动；

所述第一绳索和所述第二绳索分别与所述制动装置连接从而通过所述制动装置进行制动。

作为上述技术方案的改进，所述制动装置包括支座、第一绕盘、第二绕盘和制动器，所述第一绕盘和所述第二绕盘可转动地安装在所述支座上，所述第一绳索缠绕在所述第一绕盘上，所述第二绳索缠绕在所述第二绕盘上，所述制动器用于对所述第一绕盘和所述第二绕盘同时制动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一绕盘、所述第二绕盘通过一行星齿轮机构与所述制动器相连接，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈，所述内齿圈与所述支座固定连接，所述行星轮与所述内齿圈啮合，所述太阳轮上固定连接有一太阳轮轴，所述太阳轮与所述行星轮啮合，所述行星架上设置有行星轮轴，所述行星轮绕所述太阳轮公转时可带动所述行星架及所述行星轮轴转动，所述制动器用于对所述太阳轮轴进行制动，所述行星轮轴与所述太阳轮轴共线，所述第一绕盘固定连接在所述行星轮轴上，所述第二绕盘固定连接在所述太阳轮轴上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述制动器为电磁制动器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动装置包括第一电机、第一丝杠和第一螺母座，所述第一丝杠与所述第一电机的输出端联接，所述第一螺母座安装在所述第一丝杠上并可随所述第一丝杠的转动而移动，所述第一螺母座上设有用于固定所述第一绳索的第一夹紧部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动装置还包括第一滑台组件，所述第一滑台组件包括互相配合滑动的第一滑块和第一滑轨，所述第一螺母座固定安装在所述第一滑块上，所述第一滑轨的延伸方向与所述第一丝杠的轴线方向一致。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二驱动装置的结构设置与所述第一驱动装置的结构设置相同，所述第二绳索和所述第二驱动装置的连接设置与所述第一绳索和所述第一驱动装置的连接设置相同，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置并列设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一张紧装置包括第一张紧架，所述第一张紧架的一端与所述基座之间设置有压缩弹簧，所述第一张紧架可相对所述基座活动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一张紧架上设置有定滑轮，所述第一绳索绕过所述定滑轮从而可相对所述第一张紧架移动，所述第二张紧装置的结构与所述第一张紧装置的结构相同。

还提供了一种机械臂，包括若干骨节以及若干上述的绳索驱动装置，所述绳索的末端与所述骨节固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明的绳索驱动装置及机械臂包括基座、驱动装置、张紧装置、制动装置和绳索，张紧装置用于张紧绳索，驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，第一驱动装置驱动第一绳索运动，第二驱动装置驱动第二绳索运动，第一绳索和第二绳索分别与制动装置连接从而通过制动装置进行制动。本发明绳索驱动装置可同时对两根绳索进行驱动和制动，可减少绳索驱动装置的使用数量，从而减少系统驱动模块的占用空间，减少驱动模块的体积和整体重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：

图1为本发明绳索驱动装置一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明绳索驱动装置一个实施例的具体结构示意图；

图3为本发明中制动装置一个实施例的结构示意图；

图4为制动装置中行星齿轮机构一个实施例的结构示意图。

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、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位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。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

本发明提供了绳索驱动装置的一个实施例，请同时参考图1～4，绳索驱动装置包括驱动装置100、制动装置200、张紧装置300、绳索400和基座500，驱动装置100用于驱动绳索400运动，制动装置200用于对绳索400进行制动，张紧装置300用于张紧绳索400，从而吸收绳索400两端的长度变化差值。驱动装置100和制动装置200固定安装在基座500上，张紧装置300可活动地安装在基座500上，并且张紧装置300与基座500之间设置有弹性装置。

驱动装置100包括第一驱动装置110和第二驱动装置120，绳索400包括第一绳索410和第二绳索420，张紧装置300包括第一张紧装置310和第二张紧装置320。第一绳索410绕过第一张紧装置310后形成两端平行的绳索段，分别为第一绳索第一段411和第一绳索第二段412其中，同样的，第二绳索420绕过第二张紧装置320后形成相互平行的第二绳索第一段421和第二绳索第二段422。第一绳索第一段411、第一绳索第二段412、第二绳索第一段421和第二绳索第二段422四者相互平行，有利于布线和管理。第一绳索第一段411与第一驱动装置110连接从而由第一驱动装置110进行驱动，第二绳索420的第一段421与第二驱动装置120连接从而由第二驱动装置120进行驱动。第一绳索第二段412和第二绳索420的第二端422分别与制动装置200连接从而通过制动装置200进行制动。

第一驱动装置110包括第一电机111、第一丝杠112、第一螺母座113和第一滑台组件114，第一电机111通过第一支架板510与基座500固定连接，第一丝杠112一端与第一电机111的输出端联接，第一电机111带动第一丝杠112转动，第一丝杠112的另一端通过与基座500固定连接的第二支架板520进行固定，第二支架板520上对应第一丝杠末端的位置设置有编码器115，用于记录第一丝杠112的转动角度，第一螺母座113安装在第一丝杠112上形成丝杠螺母机构，第一螺母座113可随第一丝杠112的转动而移动，第一螺母座113上设有用于固定第一绳索410的第一夹紧部1131，第一绳索第一段411穿过该第一夹紧部1131，第一夹紧部1131将第一绳索第一段411夹紧，从而可带动第一绳索410随其移动而移动。第一滑台组件114包括互相配合滑动的第一滑块1141和第一滑轨1142，第一螺母座113固定安装在第一滑块1141上，第一滑轨1142的延伸方向与第一丝杠112的轴线方向一致，从而使得第一螺母座113沿第一丝杠112移动时，使得第一滑块1141沿第一滑轨1142移动，第一滑台组件114对第一螺母座113具有导向和支承的作用，有助于第一螺母座113在第一丝杠112上顺畅运动，避免第一螺母座113与第一丝杠112之间发生卡滞。

第二驱动装置120的结构设置与上述第一驱动装置110的结构相同，对应的，第二驱动装置120包括第二电机121、第二丝杠122、第二螺母座123和第二滑台组件124，第二螺母座123上设有用于固定第二绳索420的第一夹紧部1231，第二滑台组件124包括互相配合滑动的第二滑块1241和第二滑轨1242。第二驱动装置120的结构设置与上述第一驱动装置110的结构设置相同，第二绳索420和第二驱动装置120的连接设置与上述第一驱动装置110和第一绳索410的连接设置相同。上述的第一驱动装置110和第二驱动装置120并列设置，可分别带动第一绳索第一段411和第二绳索第一段421运动，从而驱动第一绳索410和第二绳索420。第一绳索第一端411的制动通过第一丝杠112和第一螺母座113的自锁作用实现，第二绳索第一端421通过第二丝杠122和第二螺母座123的自锁作用实现制动，丝杠与螺母的自锁原理为公知技术，此处不作赘述。

制动装置200包括第一绕盘210、第二绕盘220、制动器230和支座240，第一绕盘210和第二绕盘220可转动地安装在支座240上，第一绕盘210通过第一保持架211限定在设定的位置范围内，防止第一绕盘210沿轴向移动的位移过大，有利于保持第一绕盘210的稳定转动，第二绕盘220通过第二保持架221限定在设定的位置范围内，防止第二绕盘220沿轴向移动的位移过大，有利于保持第二绕盘220的稳定转动。第一绕盘210和第二绕盘220上均设置有可供绳索卷绕的轮槽，第一绳索第二段412在第一绕盘210上卷绕一圈，因此，拉动第一绳索第二段412可带动第一绕盘210转动；同样的，第二绳索第二段422在第二绕盘220上卷绕一圈。第一绳索第二点412的卷绕方向与第二绳索第二段422的卷绕方向可以相同，也可以不同。拉动第二绳索第二段422可带动第二绕盘220转动。制动器230用于对第一绕盘210和第二绕盘220同时制动。具体地，第一绕盘210和第二绕盘220通过行星齿轮机构250与制动器230相连接。

行星齿轮机构250的其中一种实施方式参考图4，如图4所示，行星齿轮机构250包括太阳轮251、行星轮252、行星架253和内齿圈254，内齿圈254与支座240固定连接，行星轮252与内齿圈254啮合，太阳轮251通过一太阳轮轴256固定连接，太阳轮251与行星轮252啮合，行星架253上设置有行星轮轴255，行星轮252绕太阳轮251公转时可带动行星架253绕行星轮轴255转动，制动器230与太阳轮轴256连接，用于对太阳轮轴256进行制动，行星轮轴255与太阳轮轴256共线，从而使得第一绕盘210和第二绕盘220呈上下层叠分布，可节省空间，并有利于绳索的有序管理。第一绕盘210通过花键与行星轮轴255固定连接，第二绕盘220通过花键与太阳轮轴256固定连接。当第一绳索第二段412和第二绳索第二段422移动时，可分别带动第一绕盘210和第二绕盘220转动，同时使得行星轮轴255和太阳轮251分别转动，根据行星齿轮机构的传动原理，太阳轮251转动带动行星轮252转动，同时行星架253在行星轮轴255的带动下发生转动，使得行星轮252绕自身的轴线自转的同时还可绕太阳轮251公转，使得第一绕盘210和第二绕盘220可灵活转动。图4所示的行星齿轮机构为本实施例中的一种实现方式，本发明还可以采用其他的行星齿轮机构或其他的传动机构实现第一绕盘和第二绕盘的上述连接。本实施例中，制动器230为电磁制动器，当该电磁制动器通电时，其与太阳轮轴256结合从而使太阳轮轴256制动，当太阳轮256停止转动时，第二绕盘220停止转动，同时行星轮252停止转动，从而行星轮轴255停止转动，使得第一绕盘210停止转动。当电磁制动器断电时，其与太阳轮轴256切离，使得太阳轮轴256可自由转动，从而第一绕盘210和第二绕盘220可随绳索的移动而转动。电磁制动器可以据需要自由地结合、切离或制动，具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。

张紧装置300包括并列设置的第一张紧装置310和第二张紧装置320，第一张紧装置310包括第一张紧架311，基座500的第一支架板510上设置有一安装孔511，第一张紧架311的一端穿过该第一安装孔511其与第一支架板510之间设置有压缩弹簧312，第一张紧架311另一端上设置有定滑轮313，第一绳索410绕过定滑轮313并可相对第一张紧装置310移动。第一张紧架311呈t字型，对应t字型横段的两端分别设置一个定滑轮313，第一绳索410分别绕过两个定滑轮313第二张紧装置320的结构设置与上述第一张紧装置310的结构设置相同，第二绳索420与第二张紧装置320的连接设置与上述第一绳索310和第一张紧装置310的连接设置相同。第二绳索420绕过第二张紧装置320并可相对第二张紧装置320移动。

本发明通过驱动装置、制动装置和张紧装置的设置，形成一个双电机绳索驱动装置，设置的两个驱动装置和一个制动装置可同时驱动两根绳索进行相应的运动。而且每根绳索通过张紧装置分成两段进行运动反向等量的运动，对于需要驱动两条长度变化相反、变化量相等(或误差较小)的情况下，本发明相当于可以驱动两对长度变化相反、变化量相等(或误差较小)的绳索。在绳索数量较多的系统中，相对现有技术中的驱动方案，可减少绳索驱动装置的使用数量，有利于驱动装置的布局，减少系统驱动模块的占用空间，减少驱动模块的体积和整体重量。

本发明还提供了机械臂的一个实施例，包括若干骨节以及若干上述的绳索驱动装置，第一绳索的两端分别对应骨节相对的两侧与骨节固定连接，从而通过第一驱动装置对绳索进行驱动或制动，实现骨节在第一方向的摆动，第二绳索的两端分别对应骨节相对的另外两侧与骨节固定连接，从而通过第二驱动装置对绳索进行驱动或制动，实现骨节在第二方向的摆动，实现骨节的双自由度运动。由上述可知，每个骨节需要四段绳索进行驱动，当骨节数量较大时，需要设置相应数量的绳索进行驱动，与现有技术中一个驱动装置只能驱动一根绳索的技术方案相比，本发明的绳索驱动装置可将两根绳索分成四段进行驱动，形成一个可驱动骨节进行双自由度运动的双电机绳索驱动装置，可减少驱动模块上驱动装置的数量，减小占用空间和机械臂的整体体积和重量。

上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于实施例，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以做出多种等同变形或替换，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。