一种具备翻腕功能的柔性肘部的制作方法

文档序号:32351254发布日期:2022-11-26 13:14阅读:136来源:国知局
一种具备翻腕功能的柔性肘部的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域,具体而言,涉及一种具备翻腕功能的柔性肘部。


背景技术:

2.人的肘部关节是大臂的肱骨和小臂的尺骨挠骨连接的关节,具备一个自由度,小臂的尺骨和挠骨通过翻转交叉实现翻腕功能,肘部还具有另一个自由度,就是实现屈和伸,仿生机器人关节通过模仿人体关节肌肉骨骼韧带结构,可以将上述两个自由度在一个仿生肘部关节同时实现,使其具备轻量灵巧和柔顺的能力。但是目前的机器人刚性关节连杆间依靠铰链刚性链接,抗冲击性能很差,面对碰撞时无法提供缓冲作用,而且关节直驱的形式导致重量惯量大,具有相当的危险性,不适合人机交互的场合。
3.针对上述问题,目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素:

4.本技术的目的在于提供一种具备翻腕功能的柔性肘部,旨在解决现有机器人肘部关节刚性连接导致的抗冲击性能差和柔顺性不好的问题。
5.本技术提供了一种具备翻腕功能的柔性肘部,应用于机器人的肘部,包括:第一驱动装置、第二驱动装置、第一腱绳、第二腱绳、第一固定架、第一滑轮组、第二滑轮组、第一移动装置、第二移动装置、第二固定架和连接架;所述第一固定架的上端设置有第一驱动装置和第二驱动装置,所述第一固定架的下端固定连接有所述连接架,所述第一移动装置和所述第二移动装置可上下移动地设置在所述第一固定架上;所述第二固定架包括转动部和固定轴,所述转动部套设在所述固定轴的一端且可绕所述固定轴转动,所述固定轴的另一端与所述连接架柔性摆动连接;所述第一驱动装置用于驱动所述第一移动装置和所述第二移动装置在所述第一固定架上同步反向运动;所述第一腱绳为首尾相连的封闭结构,所述第一腱绳绕设在所述第二驱动装置的输出端、所述第一滑轮组和所述转动部上;所述第二驱动装置用于通过所述第一腱绳驱动所述转动部转动;所述第一移动装置上移时,所述第一腱绳在所述第一移动装置的带动下拖动所述固定轴朝上摆动;所述第二腱绳连接在所述第二移动装置、所述第二滑轮组和所述固定轴之间,所述第二移动装置上移时,所述第二腱绳在所述第二移动装置的带动下拖动所述固定轴朝下摆动。
6.本技术提供的具备翻腕功能的柔性肘部,由第二驱动装置驱动第一腱绳从而驱动转动部转动,使机器人的肘部实现翻腕动作,由第一驱动装置驱动第一移动装置和第二移动装置在第一固定架上同步反向运动,使第一腱绳在第一移动装置的带动下拖动固定轴朝上摆动以实现肘部的屈动作,使第二腱绳在第二移动装置的带动下拖动固定轴朝下摆动以
实现肘部的伸动作,即肘部的翻腕动作与肘部的屈动作和伸动作是解耦的,相互不影响,且控制简单;另外设置固定轴的另一端与连接架柔性摆动连接,避免肘部的刚性连接,可实现肘部仿生的抗冲击性和柔顺性。
7.可选地,所述第一滑轮组包括两个对称设置在所述固定轴的摆动平面两侧的子滑轮组,每个所述子滑轮组均包括第一动滑轮、第一定滑轮和第二定滑轮,所述第一动滑轮设置在所述第一移动装置上,所述第一定滑轮设置在所述第一动滑轮下方的所述第一固定架上,所述第二定滑轮设置在所述连接架前侧的所述固定轴上;在每个所述子滑轮组处,所述第一腱绳绕过所述第一定滑轮后,绕设在所述第一动滑轮上,再绕设在所述第二定滑轮上。
8.通过设置子滑轮组以及第一腱绳的绕制方式,从而实现肘部的翻腕动作与肘部的屈和伸动作是解耦的,相互不影响,且控制简单。
9.可选地,每个所述子滑轮组均还包括一个第三定滑轮,所述第三定滑轮设置在所述第一定滑轮下方的所述第一固定架上;在每个所述子滑轮组处,所述第一腱绳绕过所述第一动滑轮后依次绕设在所述第三定滑轮和所述第二定滑轮上。
10.可选地,所述转动部靠近所述第一固定架的一端固定设置有转动滑轮,且所述第一腱绳绕设在所述转动滑轮上。
11.可选地,所述固定轴与所述连接架之间设有至少一个弹簧组,所述弹簧组包括四个弹簧,所述固定轴对应每个所述弹簧组设置有两个第一连接点,两个所述第一连接点分别设置在所述连接架的前后两侧,所述连接架对应每个所述弹簧组设置有两个第二连接点,两个所述第二连接点分别位于所述固定轴的上下两侧,每个所述第一连接点与每个所述第二连接点之间均连接有一个所述弹簧。
12.通过设置至少一个弹簧组,由于弹簧具有拉伸和复位性能,使肘部在进行屈动作和伸动作时实现更好的柔顺性。
13.可选地,所述连接架设置有贯通前后的通槽,所述固定轴穿设在通槽,所述弹簧组设置有两组,两组所述弹簧组对称设置在所述固定轴的摆动平面两侧。
14.可选地,所述第一驱动装置的输出端设置有第三腱绳和第二驱动滑轮,所述第三腱绳绕设在所述第二驱动滑轮上,且所述第三腱绳的两端分别连接所述第一移动装置和所述第二移动装置。
15.可选地,所述第二滑轮组包括第二动滑轮、第四定滑轮和第五定滑轮,所述第二动滑轮设置在所述第二移动装置上,所述第四定滑轮设置在所述第二动滑轮下方的所述第一固定架上,所述第五定滑轮固定在所述连接架的下端,所述第二腱绳的一端固定在所述第二动滑轮下方的所述第一固定架上,所述第二腱绳的另一端依次绕设所述第二动滑轮、所述第四定滑轮和所述第五定滑轮,并固定于所述连接架前侧的所述固定轴上。
16.可选地,所述第二滑轮组还包括第三动滑轮,所述第三动滑轮设置在所述固定轴远离所述转动部的一端,所述第二腱绳绕设在所述第四定滑轮后,依次绕设在所述第三动滑轮和所述第五定滑轮上。
17.可选地,所述连接架与所述固定轴通过柔性铰链连接。
18.有益效果本技术提供的一种具备翻腕功能的柔性肘部,由第二驱动装置驱动第一腱绳从而
驱动转动部转动,使机器人的肘部实现翻腕动作,由第一驱动装置驱动第一移动装置和第二移动装置在第一固定架上同步反向运动,使第一腱绳在第一移动装置的带动下拖动固定轴朝上摆动以实现肘部的屈动作,使第二腱绳在第二移动装置的带动下拖动固定轴朝下摆动以实现肘部的伸动作,另外设置固定轴的另一端与连接架柔性摆动连接,避免肘部的刚性连接,可实现肘部仿生的抗冲击性和柔顺性。
19.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本技术了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
20.图1为本技术提供的一种具备翻腕功能的柔性肘部的整体结构示意图。
21.图2为本技术提供的一种具备翻腕功能的柔性肘部的其中一个方向的结构示意图。
22.图3为本技术提供的一种具备翻腕功能的柔性肘部的另一个方向的结构示意图。
23.标号说明:100、第一固定架;101、第一驱动装置;102、第二驱动装置;200、第二固定架;201、转动部;202、固定轴;203、转动滑轮;204、第三腱绳;205、第二驱动滑轮;301、第一动滑轮;302、第一定滑轮;303、第二定滑轮;304、第三定滑轮;401、第一移动装置;402、第二移动装置;403、第二动滑轮;404、第四定滑轮;405、第五定滑轮;500、第一腱绳;600、第二腱绳; 700、弹簧;800、连接架;801、第三动滑轮;802、通槽。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围,而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
25.应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本技术的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.请参照图1-图3,图1是本技术实施例中的一种具备翻腕功能的柔性肘部的整体结构示意图,旨在解决现有机器人肘部关节刚性连接导致的抗冲击性能差和柔顺性不好的问题,提供一种抗冲击性能和柔顺性好的具备翻腕功能的柔性肘部。
27.本技术提供的一种具备翻腕功能的柔性肘部,应用于机器人的肘部,包括:第一驱动装置101、第二驱动装置102、第一腱绳500、第二腱绳600、第一固定架100、第一滑轮组、第二滑轮组、第一移动装置401、第二移动装置402、第二固定架200和连接架800;第一固定架100的上端设置有第一驱动装置101和第二驱动装置102,第一固定架100的下端固定连接有连接架800,第一移动装置401和第二移动装置402可上下移动地设置
在第一固定架100上;第二固定架200包括转动部201和固定轴202,转动部201套设在固定轴202的一端且可绕固定轴202转动,固定轴202的另一端与连接架800柔性摆动连接;第一驱动装置101用于驱动第一移动装置401和第二移动装置402在第一固定架100上同步反向运动;第一腱绳500为首尾相连的封闭结构,第一腱绳500绕设在第二驱动装置102的输出端、第一滑轮组和转动部201上;第二驱动装置102用于通过第一腱绳500驱动转动部201转动;第一移动装置401上移时,第一腱绳500在第一移动装置401的带动下拖动固定轴202朝上摆动;第二腱绳600连接在第二移动装置402、第二滑轮组和固定轴202之间,第二移动装置402上移时,第二腱绳600在第二移动装置402的带动下拖动固定轴202朝下摆动。
28.具体地,如图1所示,由第二驱动装置102驱动第一腱绳500从而驱动转动部201转动,使机器人的肘部实现翻腕动作,由第一驱动装置101驱动第一移动装置401和第二移动装置402在第一固定架100上同步反向运动,使第一腱绳500在第一移动装置401的带动下拖动固定轴202朝上摆动以实现肘部的屈动作,使第二腱绳600在第二移动装置402的带动下拖动固定轴202朝下摆动以实现肘部的伸动作,即肘部的翻腕动作与肘部的屈动作和伸动作是解耦的,相互不影响,且控制简单;另外设置固定轴202的另一端与连接架800柔性摆动连接,避免肘部的刚性连接,可实现肘部仿生的抗冲击性和柔顺性。
29.在一些实施例中,第一滑轮组包括两个对称设置在固定轴202的摆动平面两侧的子滑轮组,每个子滑轮组均包括第一动滑轮301、第一定滑轮302和第二定滑轮303,第一动滑轮301设置在第一移动装置401上,第一定滑轮302设置在第一动滑轮301下方的第一固定架100上,第二定滑轮303设置在连接架800前侧的固定轴202上。
30.其中,前侧是指连接架800靠近转动部201的一侧,后侧是指连接架800远离转动部201的一侧,本技术中的前侧、后侧方向是基于图2中的第一固定架100和第二固定架200的摆放方向,是为了方便进行描述所采用的相对方向,并不代表该柔性肘部在使用时的前侧、后侧方向。
31.在每个子滑轮组处,第一腱绳500绕过第一定滑轮302后,绕设在第一动滑轮301上,再绕设在第二定滑轮303上。
32.具体地,如图1所示,通过在固定轴202的摆动平面两侧对称设置子滑轮组以及第一腱绳500的绕制方式,使第二驱动装置102驱动绕设在第一滑轮组上的第一腱绳500,由第一腱绳500带动转动部201转动以实现肘部的翻腕动作,通过第一驱动装置101驱动第一移动装置401上移,使第一腱绳500拖动固定轴202朝上摆动以实现肘部的屈动作,通过第一滑轮组的设置,使肘部的翻腕动作与肘部的屈动作和伸动作是解耦的,相互不影响,且控制简单。
33.在一些实施例中,每个子滑轮组均还包括一个第三定滑轮304,第三定滑轮304设置在第一定滑轮302下方的第一固定架100上;在每个子滑轮组处,第一腱绳500绕过第一动滑轮301后依次绕设在第三定滑轮304和第二定滑轮303上。
34.具体地,如图1所示,通过设置第三定滑轮304,使第一腱绳500在第一动滑轮301和第二定滑轮303之间具有更好的导向作用。
35.在一些实施方式中,转动部201靠近第一固定架100的一端固定设置有转动滑轮203,且第一腱绳500绕设在转动滑轮203上。
36.具体地,如图1所示,通过设置转动滑轮203,方便第一腱绳500绕设在转动滑轮203上,使转动滑轮203在第一腱绳500的驱动下转动,从而带动转动部201转动以实现翻腕动作。
37.在一些实施方式中,固定轴202与连接架800之间设有至少一个弹簧组,弹簧组包括四个弹簧700,固定轴202对应每个弹簧组设置有两个第一连接点,两个第一连接点分别设置在连接架800的前后两侧,连接架800对应每个弹簧组设置有两个第二连接点,两个第二连接点分别位于固定轴202的上下两侧,每个第一连接点与每个第二连接点之间均连接有一个弹簧700。
38.具体地,如图2所示,通过至少一个弹簧组,由于弹簧700具有拉伸和复位性能,使肘部在进行屈动作和伸动作时实现更好的柔顺性。
39.在一些实施方式中,连接架800设置有贯通前后的通槽802,固定轴202穿设在通槽802,弹簧组设置有两组,两组弹簧组对称设置在固定轴202的摆动平面两侧。
40.具体地,如图3所示,通过设置通槽802以及两组弹簧组,使肘部进行屈动作和伸动作的时候,由于弹簧组的作用力,使肘部实现更好的柔顺性。
41.在一些实施例中,第一驱动装置101的输出端设置有第三腱绳204和第二驱动滑轮205,第三腱绳204绕设在第二驱动滑轮205上,且第三腱绳204的两端分别连接第一移动装置401和第二移动装置402。
42.具体地,通过设置第三腱绳204和第二驱动滑轮205,使第一移动装置401和第二移动装置402的移动的变化长度保持一致,同时使第一腱绳500和第二腱绳600的长度变化也保持相同,可避免第一腱绳500和第二腱绳600松弛或过紧的情况。
43.在一些实施方式中,第二滑轮组包括第二动滑轮403、第四定滑轮404和第五定滑轮405,第二动滑轮403设置在第二移动装置402上,第四定滑轮404设置在第二动滑轮403下方的第一固定架100上,第五定滑轮405固定在连接架800的下端,第二腱绳600的一端固定在第二动滑轮403下方的第一固定架100上,第二腱绳600的另一端依次绕设第二动滑轮403、第四定滑轮404和第五定滑轮405,并固定于连接架800前侧的固定轴202上。
44.具体地,如图3所示,通过设置第二滑轮组,可以使肘部的屈动作和伸动作与肘部的翻腕动作相互之间不受影响,且控制简单。
45.在一些实施方式中,第二滑轮组还包括第三动滑轮801,第三动滑轮801设置在固定轴202远离转动部201的一端,第二腱绳600绕设在第四定滑轮404后,依次绕设在第三动滑轮801和第五定滑轮405上。
46.具体地,如图2-图3所示,通过设置第三动滑轮801,更好地平衡第二腱绳600的张力。
47.在一些实施方式中,连接架800与固定轴202通过柔性铰链连接。
48.具体地,连接架800与固定轴202通过柔性铰链连接,从而实现肘部的柔顺性,此处不限于柔性铰链连接,也可以是其它实现柔性摆动连接的具体方式,此处不作限制。
49.由上可知,本技术提供的具备翻腕功能的柔性肘部,由第二驱动装置102驱动第一腱绳500从而驱动转动部201转动,使机器人的肘部实现翻腕动作,由第一驱动装置101驱动
第一移动装置401和第二移动装置402在第一固定架100上同步反向运动,使第一腱绳500在第一移动装置401的带动下拖动固定轴202朝上摆动以实现肘部的屈动作,使第二腱绳600在第二移动装置402的带动下拖动固定轴202朝下摆动以实现肘部的伸动作,即肘部的翻腕动作与肘部的屈动作和伸动作是解耦的,相互不影响,且控制简单;另外设置固定轴202的另一端与连接架800柔性摆动连接,避免肘部的刚性连接,可实现肘部仿生的抗冲击性和柔顺性。
50.在本技术所提供的实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
51.另外,作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
52.再者,在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
53.在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
54.以上仅为本技术的实施例而已,并不用于限制本技术的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。
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