CN108942900A - 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 - Google Patents
串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108942900A CN108942900A CN201811186672.0A CN201811186672A CN108942900A CN 108942900 A CN108942900 A CN 108942900A CN 201811186672 A CN201811186672 A CN 201811186672A CN 108942900 A CN108942900 A CN 108942900A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- decoupling
- rope
- hole
- plate
- arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 241000531807 Psophiidae Species 0.000 description 32
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/104—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with cables, chains or ribbons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Toys (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，克服了存在串联式绳驱机械手关节运动耦合的问题，其包括基座系统、解耦模块、1号解耦绳、1号手臂系统、2号手臂、2号解耦绳、2号驱动绳与1号驱动绳；基座系统包括2号驱动轮、1号驱动轮、基座板；1号手臂系统包括1号主动轮、2号主动轮、圆轴与1号手臂板；解耦模块通过其导轨安装在基座板的矩形凹槽内，1号手臂系统通过1号主动轮的小轴段下端安装在基座板上的右光通孔中，2号手臂采用键与圆轴安装在1号手臂板的右端；1号驱动绳套装在基座板上的1号驱动轮与1号主动轮上方的凹槽内，1号解耦绳、2号解耦绳与2号驱动绳分别将基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来。
Description
技术领域
本发明涉及一种被动解耦运动的机构，更确切地说，本发明涉及一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构。
背景技术
自1958年美国联合控制公司研制出的第一台机械手到今，串联式机械手的发展已有60年，串联机械手逐渐往两个方向发展：一是小型化，一是大型化。在往大型化发展中，机械手追求的是更高的负载能力；往小型化发展的过程中，机械手追求的更加纤细的体型，以便在狭小的工作空间内工作。许多研究人员提出了利用绳索、齿轮、连杆等机构作为动力传输介质来减小机械手的体型的方法。利用绳索作为动力传输介质可以极大的简化和减小串联机械手的运动关节。此外，机械手的手臂可以做的更加细长，手臂轮廓对机械手运动的影响也就变得更小，运动空间就更加广阔。
但是在串联式绳驱机械手中，前端关节的运动会导致后端关节的驱动绳索的变化进而导致关节的附带转动，这就是关节运动的耦合问题。处理解耦问题的方法有两种：一是采用运动控制方法进行主动解耦，另外一种是设计解耦结构，被动式解耦。拉斯加大学林肯分校设计的手术机械手利用了行星齿轮的运动原理，将绳索和齿轮结合的驱动方式实现了解耦。南京航空航天大学设计的解耦模块，则是利用动滑轮组的运动方法进行解耦。但其缺点是每一个运动关节都需要配备一个解耦模块，而且关节的体型较大，无法应用到手术机械手中。因此，需要设计新的解耦机构，能够将解耦模块从关节中分离出来，简化关节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的串联式绳驱机械手关节运动耦合的问题，提供了一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构包括基座系统、解耦模块、1号解耦绳、1号手臂系统、2号手臂、2号解耦绳、2号驱动绳与1号驱动绳；
所述的基座系统包括2号驱动轮、1号驱动轮、基座板；
所述的1号手臂系统包括1号主动轮、圆轴、1号手臂板与2号圆头平键；
所述的解耦模块通过其中导轨安装在基座板上的矩形凹槽内，1号手臂系统通过1号主动轮中的小轴段的下端安装在基座板上的右光通孔中，2号手臂采用2号圆头平键与圆轴安装在1号手臂板的右端；1号驱动绳套装在安装在基座板上的1号驱动轮与1号主动轮的上方的环形凹槽内，1号解耦绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来，2号解耦绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来，2号驱动绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来。
技术方案中所述的基座系统还包括1号导向轮组、1号销钉、2号销钉、2个结构相同的3号销钉、2个结构相同的6号销钉、2号导向轮组、3号导向轮组与4号导向轮组；所述的1号销钉的下端插入基座板上的左光通孔中，1号销钉的下端与基座板上的左光通孔之间为过盈配合，2号销钉的下端插入基座板上的中光通孔中，两者之间同样是过盈配合；1号驱动轮安装在1号销钉的上端，两者之间为过盈配合，2号驱动轮安装在2号销钉的上端，两者之间为过盈配合，1号驱动轮16高于2号驱动轮；
2个结构相同的3号销钉以纵向对称线对称地安装在基座板上，2个结构相同的6号销钉也以纵向对称线对称地安装在基座板上；并且2个结构相同的3号销钉与2个结构相同的6号销钉以基座板上的矩形凹槽的槽底的纵向对称中心线对称地安装在基座板上，2个结构相同的3号销钉与2个结构相同的6号销钉对称地安装在矩形凹槽的两侧；纵向对称线后方的3号销钉的上端过盈配合安装了1号导向轮组，后方的3号销钉的上端过盈配合安装了3号导向轮组；纵向对称线后方的6号销钉的上端安装了2号导向轮组，纵向对称线前方的6号销钉)的上端安装了4号导向轮组。
技术方案中所述的基座板为长条形的板类结构件，基座板由左半圆板、中矩形板与右半圆板组成，左半圆板、中矩形板与右半圆板连成一体，基座板的右端还设置一个向下凹的圆弧形沉台；圆弧形沉台的前后两边突出的圆弧壁面对1号手臂系统限位，圆弧形沉台上设置有通孔，通孔中心与半圆弧中心重合；基座板的中段的前后两边设置有结构相同的矩形凸台，与矩形凸台相邻的右侧设置有用于安装解耦模块的矩形凹槽，矩形凹槽前后贯通，矩形凹槽的槽底上沿纵向的中心线设置有3个螺纹孔，2个结构相同的矩形凸台用于固定1号解耦绳与2号解耦绳的一端，基座板上沿纵向对称线从左至右设置有安装1号销钉、2号销钉与安装1号主动轮的左光通孔、中光通孔与右光通孔，其中右光通孔是设置在圆弧形沉台上的通孔。
技术方案中所述的解耦模块还包括1号解耦轮组、2号解耦轮组、4号销钉、5号销钉与滑块；所述的5号销钉的下端插入滑块前端的盲孔中，5号销钉的下端与滑块前端的盲孔之间采用过盈配合连接，4号销钉的下端插入滑块后端的盲孔中，1号解耦轮组安装在5号销钉的上端为过盈配合，2号解耦轮组安装在4号销钉的上端为过盈配合，滑块通过其下端的凹槽安装在导轨上，滑块与导轨之间为滑动连接，导轨采用M3螺钉固定在基座板上的矩形凹槽的槽底上。
技术方案中所述的1号手臂系统包括自由轮、2号主动轮、1号圆头平键、2号圆头平键、2个结构相同的7号销钉与2个结构相同的5号导向轮；所述的自由轮套装在1号主动轮的安装有1号圆头平键上方的小轴段上，自由轮与1号圆头平键上方的小轴段之间采用过盈配合，1号手臂板套装在1号主动轮的安装有1号圆头平键的小轴段上，安装有1号圆头平键的小轴段与1号手臂板之间为间隙配合；2个结构相同的7号销钉的下端分别安装在1号手臂板上的两个盲孔中，2个结构相同的7号销钉的上端各自过盈配合地安装了5号导向轮，圆轴的下端与1号手臂板的右通孔间隙配合，圆轴与1号手臂板之间为转动连接，2号圆头平键安装在圆轴的上端轴的键槽内，2号主动轮套装在安装有2号圆头平键的圆轴上。
技术方案中所述的1号手臂板是两端为半圆板的中间为矩形的长条板件，1号手臂板的左右两边设置有左通孔与右通孔，且左通孔与右通孔回转中心分别和两端的半圆板的中心重合，1号手臂板的左通孔的孔壁上设置有安装1号圆头平键的键槽；1号手臂板上设置有2个结构相同的用于安装2个结构相同的3号导向轮的盲孔，2个盲孔以1号手臂板的纵向对称线对称地布置，2个结构相同的盲孔位于左通孔与右通孔之间。
技术方案中所述的2号手臂是两端为半圆形板的中间为矩形板的长条板件，左半圆形板、矩形板与右半圆形板连成一体，2号手臂的左端设置有左通孔，左通孔的中心线与左半圆形板的中心线相重合，左通孔的孔壁上设置有安装键的键槽。
技术方案中所述的1号解耦绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来是指：所述的1号解耦绳依次绕过3号导向轮组上端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组上端的1号滑轮的前侧、4号导向轮组上端的小型滑轮的里侧与1号主动轮大轴段下面的横截面为圆弧的环形凹槽的前侧，1号解耦绳的起始端点固定在1号主动轮右侧的绳索固定点上，末端则固定在基座板中段的前边凸台上；
技术方案中所述的2号解耦绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来是指：所述的2号解耦绳依次绕过1号导向轮组上端的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组上端的1号滑轮的后侧、2号导向轮组上端的小型滑轮的里侧与1号主动轮大轴段下面的横截面为圆弧形的环形凹槽的后侧，2号解耦绳的起始端点也固定在1号主动轮右侧的绳索固定点上，末端固定在基座板中段的后边凸台上。
技术方案中所述的2号驱动绳把基座系统、解耦模块与1号手臂系统串联起来是指：所述的2号驱动绳逆时针依次绕过2号驱动轮的前侧、3号导向轮组下端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组下端的1号滑轮的前侧、4号导向轮组下端的小型滑轮的里侧、自由轮的前侧、纵向对称线下方的5号导向轮的里侧、2号主动轮的前侧、2号主动轮的后侧、纵向对称线上方的第2个结构相同的5号导向轮的里侧、自由轮的后侧、2号导向轮组的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组下端的1号滑轮的后侧、1号导向轮组下端的小型滑轮的里侧与2号驱动轮的后侧，2号驱动绳为封闭的钢丝绳索。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中的解耦机构与解耦关节分离，解耦机构设置在基座上可以简化关节的设计；
2.本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中的钢丝绳传动转向都是通过滑轮实现，对钢丝绳的磨损更小，钢丝绳不易崩断。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构结构组成的轴测投影视图；
图2是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构结构组成的主视图；
图3是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的基座系统结构组成的轴测投影视图；
图4是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的解耦模块结构组成的轴测投影视图；
图5是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的1号手臂系统四分之一剖视的轴测投影视图；
图6是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的1号驱动绳的走线形状图；
图7是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的2号驱动绳的走线形状图；
图8是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的1号解耦绳、2号解耦绳的走线形状图；
图9是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构初始状态下1号解耦绳、2号解耦绳、解耦模块与1号主动轮的主视图；
图10是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构中所采用的1号主动轮顺时针转过θ角后1号解耦绳、2号解耦绳和解耦模块的主视图；
图11是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构简化后2号驱动轮、2号驱动绳、解耦模块、自由轮与2号主动轮初始状态的主视图；
图12是本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构在1号主动轮顺时针转过θ角后2号驱动轮、2号驱动绳、解耦模块、自由轮与2号主动轮的主视图；
图中：1.基座系统，2.1号导向轮组，3.1号解耦轮组，4.解耦模块，5.1号解耦绳，6.自由轮，7.1号手臂系统，8.2号手臂，9.2号主动轮，10.1号主动轮，11.2号解耦绳，12.2号解耦轮组，13.2号驱动绳，14.2号驱动轮，15.1号驱动绳，16.1号驱动轮，17.1号销钉，18.3号销钉，19.4号销钉，20.2号销钉，21.圆轴，22.1号滑轮，23.M3螺钉，24.导轨，25.滑块，26.1号圆头平键，27.1号手臂板，28.2号圆头平键，29.7号销钉，30.小型滑轮，31.基座板，32.6号销钉，33.2号导向轮组，34.5号导向轮,35.5号销钉,36.绳索固定点，37.3号导向轮组，38.4号导向轮组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构包括基座系统1、解耦模块4、1号解耦绳5、1号手臂系统7、2号手臂8、2号解耦绳11、2号驱动绳13与1号驱动绳15；
参阅图2与图3，所述的基座系统1包括1号导向轮组2、2号驱动轮14、1号驱动轮16、1号销钉17、2个结构相同的3号销钉18、2号销钉20、基座板31、2个结构相同的6号销钉32、2号导向轮组33、3号导向轮组37与4号导向轮组38。
所述的1号导向轮组2是两个小型滑轮30组成，两个小型滑轮30垂直叠置安装，中心线重合。小型滑轮30的分为内圈与外圈，外圈的外圆柱面的中间处加工有横截面为圆弧形的圆环形凹槽，内圈与外圈之间安装有滚珠，使得内圈与外圈可以相对顺利转动。
所述的2号驱动轮14与1号驱动轮16是结构完全相同的圆盘结构件，圆盘的中心处设置有通孔，2号驱动轮14与1号驱动轮16的周边中间处设置有横截面为圆弧形的环形凹槽。
所述的1号销钉17，2号销钉20，3号销钉18与6号销钉32都是型号为GB119材料为304的不锈钢圆柱销钉，它们的长度各不一样。
参阅图3，所述的基座板31为长条形的板类结构件，基座板31由左半圆板、中矩形板与右半圆板组成，左半圆板、中矩形板与右半圆板连成一体，基座板31的右端还加工了一个向下凹的圆弧形沉台；圆弧形沉台的前后两边突出的圆弧壁面用于对1号手臂系统7的限位，为避免1号手臂系统1超出运动范围弧形沉台上设置有通孔，通孔中心与半圆弧中心重合；基座板31的中段的前后两边加工有结构相同的矩形凸台，与矩形凸台相邻的右侧设置有矩形凹槽，矩形凹槽前后贯通，矩形凹槽的槽底上沿纵向的中心线设置有3个螺纹孔，2个结构相同的矩形凸台用于固定1号解耦绳5和2号解耦绳11，矩形凹槽用于安装解耦模块4，基座板31上沿纵向对称线从左至右设置有安装1号销钉17、2号销钉20与安装1号主动轮10的左光通孔、中光通孔与右光通孔，其中右光通孔是设置在圆弧形沉台上。
所述的2号导向轮组33、3号导向轮组37与4号导向轮组38和1号导向轮组2的结构组成完全相同。
参阅图2和图3,1号销钉17的下端插入基座板31上的光通孔中，1号销钉17的下端与基座板31上的光通孔之间为过盈配合，2号销钉20的下端与1号销钉17右侧的基座板31上的光通孔是同样的过盈配合方式，1号销钉17与2号销钉20的中心在基座板31的纵向对称线上；1号销钉17的上端与1号驱动轮16之间为过盈配合连接，2号销钉20的上端与2号驱动轮14之间为过盈配合连接，1号驱动轮16要高于2号驱动轮14。
参阅图2，2个结构相同的3号销钉18以纵向对称线对称的方式安装，2个结构相同的6号销钉32也以纵向对称线对称的方式安装；并且2个结构相同的3号销钉18与2个结构相同的6号销钉32以横向对称线对称的方式安装，横向对称线就是基座板31上的矩形凹槽的槽底的纵向对称中心线，2个结构相同的3号销钉18与2个结构相同的6号销钉32对称地安装在矩形凹槽的两侧；纵向对称线前方的3号销钉18的上端过盈配合安装了1号导向轮组2，后方的3号销钉18的上端过盈配合安装了3号导向轮组37；纵向对称线后方的6号销钉32的上端安装了2号导向轮组33，纵向对称线前方的6号销钉32的上端安装了4号导向轮组38。
参阅图4,所述的解耦模块4包括1号解耦轮组3、2号解耦轮组12、4号销钉19、5号销钉35、M3螺钉23、导轨24与滑块25。
所述的1号解耦轮组3包含2个结构相同的1号滑轮22，2个结构相同的1号滑轮22垂直叠置地安装，2个结构相同的1号滑轮22的回转轴线共线；1号滑轮22也是由内圈和外圈构成，内圈与外圈之间安装有滚珠，使得内圈与外圈可以相对顺利转动，外圈的外圆柱面的中间处加工有横截面为圆弧形的圆环形凹槽。
所述的2号解耦轮组12的结构组成与1号解耦轮组3的结构组成完全相同。
所述的4号销钉19与5号销钉35是不锈钢圆柱销钉。
所述的导轨24是采用材料为45号钢的横截面为矩形的长条形结构件，导轨24上设置有沉头螺钉通孔，两侧设置了V形凹槽。
所述的滑块25为横截面呈T字形的结构件，滑块25的下端上设置有与导轨24配合的矩形槽，矩形槽的两壁上还有与导轨24的V形凹槽配合的V形凸棱，滑块25上端的两侧设置有结构相同的用于安装1号解耦轮组3与2号解耦轮组12的圆形盲孔。
5号销钉35的下端插入滑块25的上端右侧的盲孔中，5号销钉35的下端与滑块25上端的盲孔过盈配合安装，4号销钉19的安装方式与5号销钉35的安装方式相同，安装在滑块25的上端左侧的盲孔中。5号销钉35和4号销钉19的中心连线与基座板31上的矩形凹槽槽底的纵向中心线重合。5号销钉35的上端过盈配合安装1号解耦轮组3，4号销钉19的上端过盈配合安装了2号解耦轮组12。滑块25通过其下端的凹槽安装在导轨24上，滑块25可以在导轨24上滑动。导轨24通过M3螺钉23固定在基座板31上的矩形凹槽槽底上。
参阅图2和图5，所述的1号手臂系统7包括自由轮6、2号主动轮9、1号主动轮10、圆轴21、1号圆头平键26、1号手臂板27、2号圆头平键28、2个结构相同的7号销钉29与2个结构相同的5号导向轮34。
所述的自由轮6是与解耦模块4中的1号解耦轮组3的1号滑轮22相同型号的滑轮，它的外径与1号主动轮10的大轴外径相同，自由轮6的内孔径与1号主动轮10的小轴外径相同。
所述的2号主动轮9为圆盘类结构件，2号主动轮9的中心处设置有中心通孔，中心通孔的孔壁上设置有键槽，2号主动轮9周边圆柱面的中间处设置有横截面为圆弧形的环形凹槽。
所述的1号主动轮10是一个阶梯轴式结构件，一端是小轴段，另一端是大轴段，小轴段的中间处沿轴向设置有键槽；大轴段周边圆柱面上均匀地设置有2道结构相同的横截面为圆弧形的环形凹槽。
所述的圆轴21为等横截面的直杆类结构件，圆轴21一端设置有安装键的键槽，安装键的圆轴21的轴端和2号主动轮9、2号手臂8实现键连接。
参阅图5，所述的1号手臂板27是两端为半圆板的中间为矩形的长条板件，1号手臂板27的左右两边设置有左通孔与右通孔，且左通孔与右通孔回转中心分别和两端的半圆板的中心重合，1号手臂板27的左通孔的孔壁上设置有键槽。1号手臂板27的上面设置有2个盲孔，2个盲孔以1号手臂板27的纵向对称线对称地布置，2个盲孔位于左通孔与右通孔之间。
所述的7号销钉29是型号为GB119材料为304的不锈钢圆柱销钉。
所述的5号导向轮34和小型滑轮30结构完全相同。
参阅图5，自由轮6套装在1号主动轮10的安装有1号圆头平键26上方的小轴段上，自由轮6与该部分小轴段之间采用过盈配合安装，1号手臂板27套装在1号主动轮10的安装有1号圆头平键26的小轴段上，安装有1号圆头平键26的小轴段与1号手臂板27之间为间隙配合安装；2个结构相同的7号销钉29的下端分别安装在1号手臂板27上的两个盲孔中，2个结构相同的7号销钉29的上端各自过盈配合地安装了一个5号导向轮34。圆轴21的下端与1号手臂板27的右通孔间隙配合安装，圆轴21可以与1号手臂板27发生相对转动，2号圆头平键28安装在圆轴21的上端轴的键槽内。
参阅图1，所述的2号手臂8是两端为半圆形板的中间为矩形板的长条板件，左半圆形板、矩形板与右半圆形板连成一体，2号手臂8的左端设置有通孔，通孔的中心线与左半圆形板的中心线相重合。
参阅图6至图8，所述的1号解耦绳5、2号解耦绳11、1号驱动绳15与2号驱动绳13都是直径为1.2mm的不锈钢丝绳，其中1号驱动绳15与2号驱动绳13为首尾相连的封闭钢丝绳环，长度不一样；1号解耦绳5、2号解耦绳11首尾不连接，钢丝绳的长度相同。
参阅图1，1号手臂系统7通过1号主动轮10中小轴段的下端安装在基座系统1中基座板31右端的圆弧形沉台的右光通孔上，小轴段的下端与圆弧形沉台的右光通孔之间是间隙配合安装，1号手臂系统7与基座系统1可以绕着1号主动轮10的小轴段发生相对转动。2号手臂8的左端通孔加工有键槽，2号手臂8采用2号圆头平键28间隙配合安装在设置有键槽的圆轴21上。
参阅图1，1号解耦绳5绕过3号导向轮组37上端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组3上端的1号滑轮22的前侧、4号导向轮组38上端的小型滑轮的里侧和1号主动轮10大轴段下面的横截面为圆弧的环形凹槽的外侧，1号解耦绳5的起始端点固定在1号主动轮10右侧的绳索固定点36上，末端则固定在基座板31中段的一边凸台上。
2号解耦绳11绕过1号导向轮组2上端的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组12上端的1号滑轮22的后侧、2号导向轮组33上端的小型滑轮的里侧和1号主动轮10大轴段下面的横截面为圆弧形的环形凹槽的后侧，它的起始端点也固定在1号主动轮10右侧的绳索固定点36上，末端固定在基座板31中段的另一边凸台上。
参阅图5，1号驱动绳15套装在1号驱动轮16与1号主动轮10的大轴段上方的横截面为圆弧形的环形凹槽，1号驱动绳15为封闭的钢丝绳索。
参阅图1，2号驱动绳13逆时针依次绕过2号驱动轮14的前侧、3号导向轮组37下端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组3下端的1号滑轮22的前侧、4号导向轮组38下端的小型滑轮的里侧、自由轮6的前侧、纵向对称线下方的3号导向轮34的里侧、2号主动轮9的前侧、2号主动轮9的后侧、纵向对称线上方的第2个结构相同的5号导向轮34的里侧、自由轮6的后侧、2号导向轮组33下端的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组12下端的1号滑轮22的后侧、1号导向轮组2下端的小型滑轮的里侧与2号驱动轮14的后侧。
本发明所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构的工作原理：
参阅图9与10，1号主动轮10顺时针转过θ角时，2号解耦绳11在1号主动轮上10绕线长度增加D4〃θ/2，1号解耦绳5的脱离1号主动轮上10上的绕线长度减少D4〃θ/2。由于2号解耦绳11的收缩，带动解耦模块4中的滑块25整体向下移动，移动位移为D4〃θ/4。1号解耦轮5随着滑块25的向下移动，使得绳在动滑轮处的绕线长度增加，补偿了1号解耦绳5脱离1号主动轮10的绳长。
参阅图11和12，1号主动轮10顺时针转过θ角时，2号驱动绳13也会顺时针转动D4〃θ/2。在1号解耦绳5和2号解耦绳11的作用下，解耦模块4上的滑块25向下移动，使得2号驱动绳13的下半部分在1号解耦轮组3处的绕线长度增加，2号驱动绳13又发生逆时针转动D4〃θ/2，顺时针转动与逆时针转的位移相互抵消，使得2号主动轮9没有发生相对于1号手臂板27的转动，这就形成了1号手臂系统7的运动解耦。
结合附图11和12，对2号驱动绳13的上半部分绳索的绳长变化进行数学论证，在初始状态时的驱动绳2的上半部分(图11和图12中的加粗线)的绳长设为L，1号主动轮10顺时针旋转θ角，此后，如图12中加粗线部分的绳长设为L1。
其中：
又有：
则有：
由此可证明1号主动轮10转动后，并未使得2号主动轮9发生相对于1号手臂板27的转动。
Claims (10)
1.一种串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构包括基座系统(1)、解耦模块(4)、1号解耦绳(5)、1号手臂系统(7)、2号手臂(8)、2号解耦绳(11)、2号驱动绳(13)与1号驱动绳(15)；
所述的基座系统(1)包括2号驱动轮(14)、1号驱动轮(16)、基座板(31)；
所述的1号手臂系统(7)包括1号主动轮(10)、圆轴(21)、1号手臂板(27)与2号圆头平键(28)；
所述的解耦模块(4)通过其中导轨(24)安装在基座板(31)上的矩形凹槽内，1号手臂系统(7)通过1号主动轮(10)中的小轴段的下端安装在基座板(31)上的右光通孔中，2号手臂(8)采用2号圆头平键(28)与圆轴(21)安装在1号手臂板(27)的右端；1号驱动绳(15)套装在安装在基座板(31)上的1号驱动轮(16)与1号主动轮(10)的上方的环形凹槽内，1号解耦绳(5)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来，2号解耦绳(11)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来，2号驱动绳(13)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来。
2.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的基座系统(1)还包括1号导向轮组(2)、1号销钉(17)、2号销钉(20)、2个结构相同的3号销钉(18)、2个结构相同的6号销钉(32)、2号导向轮组(33)、3号导向轮组(37)与4号导向轮组(38)；
所述的1号销钉(17)的下端插入基座板(31)上的左光通孔中，1号销钉(17)的下端与基座板(31)上的左光通孔之间为过盈配合，2号销钉(20)的下端插入基座板(31)上的中光通孔中，两者之间同样是过盈配合；1号驱动轮(16)安装在1号销钉(17)的上端，两者之间为过盈配合，2号驱动轮(14)安装在2号销钉(20)的上端，两者之间为过盈配合，1号驱动轮(16)高于2号驱动轮(14)；
2个结构相同的3号销钉(18)以纵向对称线对称地安装在基座板(31)上，2个结构相同的6号销钉(32)也以纵向对称线对称地安装在基座板(31)上；并且2个结构相同的3号销钉(18)与2个结构相同的6号销钉(32)以基座板(31)上的矩形凹槽的槽底的纵向对称中心线对称地安装在基座板(31)上，2个结构相同的3号销钉(18)与2个结构相同的6号销钉(32)对称地安装在矩形凹槽的两侧；纵向对称线后方的3号销钉(18)的上端过盈配合安装了1号导向轮组(2)，后方的3号销钉(18)的上端过盈配合安装了3号导向轮组(37)；纵向对称线后方的6号销钉(32)的上端安装了2号导向轮组(33)，纵向对称线前方的6号销钉(32)的上端安装了4号导向轮组(38)。
3.按照权利要求1或2所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的基座板(31)为长条形的板类结构件，基座板(31)由左半圆板、中矩形板与右半圆板组成，左半圆板、中矩形板与右半圆板连成一体，基座板(31)的右端还设置一个向下凹的圆弧形沉台；圆弧形沉台的前后两边突出的圆弧壁面对1号手臂系统(7)限位，圆弧形沉台上设置有通孔，通孔中心与半圆弧中心重合；基座板(31)的中段的前后两边设置有结构相同的矩形凸台，与矩形凸台相邻的右侧设置有用于安装解耦模块(4)的矩形凹槽，矩形凹槽前后贯通，矩形凹槽的槽底上沿纵向的中心线设置有3个螺纹孔，2个结构相同的矩形凸台用于固定1号解耦绳(5)与2号解耦绳(11)的一端，基座板(31)上沿纵向对称线从左至右设置有安装1号销钉(17)、2号销钉(20)与安装1号主动轮(10)的左光通孔、中光通孔与右光通孔，其中右光通孔是设置在圆弧形沉台上的通孔。
4.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的解耦模块(4)还包括1号解耦轮组(3)、2号解耦轮组(12)、4号销钉(19)、5号销钉(35)与滑块(25)；
所述的5号销钉(35)的下端插入滑块(25)前端的盲孔中，5号销钉(35)的下端与滑块(25)前端的盲孔之间采用过盈配合连接，4号销钉(19)的下端插入滑块(25)后端的盲孔中，1号解耦轮组(3)安装在5号销钉(35)的上端为过盈配合，2号解耦轮组(12)安装在4号销钉(19)的上端为过盈配合，滑块(25)通过其下端的凹槽安装在导轨(24)上，滑块(25)与导轨(24)之间为滑动连接，导轨(24)采用M3螺钉(23)固定在基座板(31)上的矩形凹槽的槽底上。
5.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的1号手臂系统(7)包括自由轮(6)、2号主动轮(9)、1号圆头平键(26)、2个结构相同的7号销钉(29)与2个结构相同的5号导向轮(34)；
所述的自由轮(6)套装在1号主动轮(10)的安装有1号圆头平键(26)上方的小轴段上，自由轮(6)与1号圆头平键(26)上方的小轴段之间采用过盈配合，1号手臂板(27)套装在1号主动轮(10)的安装有1号圆头平键(26)的小轴段上，安装有1号圆头平键(26)的小轴段与1号手臂板(27)之间为间隙配合；2个结构相同的7号销钉(29)的下端分别安装在1号手臂板(27)上的两个盲孔中，2个结构相同的7号销钉(29)的上端各自过盈配合地安装了5号导向轮(34)，圆轴(21)的下端与1号手臂板(27)的右通孔间隙配合，圆轴(21)与1号手臂板(27)之间为转动连接，2号圆头平键(28)安装在圆轴(21)的上端轴的键槽内，2号主动轮(9)套装在安装有2号圆头平键(28) 的圆轴(21)上。
6.按照权利要求5所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的1号手臂板(27)是两端为半圆板的中间为矩形的长条板件，1号手臂板(27)的左右两边设置有左通孔与右通孔，且左通孔与右通孔回转中心分别和两端的半圆板的中心重合，1号手臂板(27)的左通孔的孔壁上设置有安装1号圆头平键(26)的键槽；1号手臂板(27)上设置有2个结构相同的用于安装2个结构相同的3号导向轮(34)的盲孔，2个盲孔以1号手臂板(27)的纵向对称线对称地布置，2个结构相同的盲孔位于左通孔与右通孔之间。
7.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的2号手臂(8)是两端为半圆形板的中间为矩形板的长条板件，左半圆形板、矩形板与右半圆形板连成一体，2号手臂(8)的左端设置有左通孔，左通孔的中心线与左半圆形板的中心线相重合，左通孔的孔壁上设置有安装键的键槽。
8.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的1号解耦绳(5)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来是指：
所述的1号解耦绳(5)依次绕过3号导向轮组(37)上端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组(3)上端的1号滑轮(22)的前侧、4号导向轮组(38)上端的小型滑轮的里侧与1号主动轮(10)大轴段下面的横截面为圆弧的环形凹槽的前侧，1号解耦绳(5)的起始端点固定在1号主动轮(10)右侧的绳索固定点(36)上，末端则固定在基座板(31)中段的前边凸台上。
9.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的2号解耦绳(11)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来是指：
所述的2号解耦绳(11)依次绕过1号导向轮组(2)上端的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组(12)上端的1号滑轮(22)的后侧、2号导向轮组(33)上端的小型滑轮的里侧与1号主动轮(10)大轴段下面的横截面为圆弧形的环形凹槽的后侧，2号解耦绳(11)的起始端点也固定在1号主动轮(10)右侧的绳索固定点(36)上，末端固定在基座板(31)中段的后边凸台上。
10.按照权利要求1所述的串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构，其特征在于，所述的2号驱动绳(13)把基座系统(1)、解耦模块(4)与1号手臂系统(7)串联起来是指：
所述的2号驱动绳(13)逆时针依次绕过2号驱动轮(14)的前侧、3号导向轮组(37)下端的小型滑轮的里侧、1号解耦轮组(3)下端的1号滑轮(22)的前侧、4号导向轮组(38)下端的小型滑轮的里侧、自由轮(6)的前侧、纵向对称线下方的5号导向轮(34)的里侧、2号主动轮(9)的前侧、2号主动轮(9)的后侧、纵向对称线上方的第2个结构相同的5号导向轮(34)的里侧、自由轮(6)的后侧、2号导向轮组(33)下端的小型滑轮的里侧、2号解耦轮组(12)下端的1号滑轮(22)的后侧、1号导向轮组(2)下端的小型滑轮的里侧与2号驱动轮(14)的后侧，2号驱动绳(13)为封闭的钢丝绳索。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811186672.0A CN108942900B (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811186672.0A CN108942900B (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108942900A true CN108942900A (zh) | 2018-12-07 |
| CN108942900B CN108942900B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=64481110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811186672.0A Active CN108942900B (zh) | 2018-10-12 | 2018-10-12 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108942900B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109732585A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-10 | 吉林大学 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
| CN110154045A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 合肥工业大学 | 一种柔索驱动串联四自由度喷涂机械臂 |
| CN111015644A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于耦合联动的绳驱式机械臂 |
| CN112440272A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-05 | 浙江理工大学 | 一种可实现运动解耦的绳驱动机械臂 |
| CN117754553A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-03-26 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种绳驱敏捷机械臂多关节被动解耦机构 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5784542A (en) * | 1995-09-07 | 1998-07-21 | California Institute Of Technology | Decoupled six degree-of-freedom teleoperated robot system |
| US6244644B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-06-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact dexterous robotic hand |
| WO2012049623A1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-04-19 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Mechanical manipulator for surgical instruments |
| CN105012023A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种微创机器人用持械机械臂 |
| CN105287002A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-02-03 | 吉林大学 | 一种机器人辅助微创手术用柔性多关节手术微器械 |
| CN107209318A (zh) * | 2014-12-14 | 2017-09-26 | 泰勒森特股份有限公司 | 高可靠性机器人交叉连接系统 |
| CN108309456A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-24 | 山东大学齐鲁医院 | 一种用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构 |
| CN108326891A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-07-27 | 南京航空航天大学 | 一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及其解耦方法 |
| CN208854628U (zh) * | 2018-10-12 | 2019-05-14 | 吉林大学 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
-
2018
- 2018-10-12 CN CN201811186672.0A patent/CN108942900B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5784542A (en) * | 1995-09-07 | 1998-07-21 | California Institute Of Technology | Decoupled six degree-of-freedom teleoperated robot system |
| US6244644B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-06-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact dexterous robotic hand |
| WO2012049623A1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-04-19 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Mechanical manipulator for surgical instruments |
| CN107209318A (zh) * | 2014-12-14 | 2017-09-26 | 泰勒森特股份有限公司 | 高可靠性机器人交叉连接系统 |
| CN105012023A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种微创机器人用持械机械臂 |
| CN105287002A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-02-03 | 吉林大学 | 一种机器人辅助微创手术用柔性多关节手术微器械 |
| CN108309456A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-24 | 山东大学齐鲁医院 | 一种用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构 |
| CN108326891A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-07-27 | 南京航空航天大学 | 一种绳驱动机械臂关节的解耦机构及其解耦方法 |
| CN208854628U (zh) * | 2018-10-12 | 2019-05-14 | 吉林大学 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GIULIO ROSATI等: "On the Design of Adaptive Cable-Driven Systems", JOURNAL OF MECHANISMS AND ROBOTICS, 10 March 2011 (2011-03-10), pages 1 - 13 * |
| 陈伟海;王辉华;于守谦;雷银照;: "绳驱动机器人的解耦分析和位置控制仿真", 北京航空航天大学学报, no. 01, 30 January 2007 (2007-01-30), pages 94 - 99 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109732585A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-10 | 吉林大学 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
| CN109732585B (zh) * | 2019-03-04 | 2023-03-24 | 吉林大学 | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 |
| CN110154045A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 合肥工业大学 | 一种柔索驱动串联四自由度喷涂机械臂 |
| CN110154045B (zh) * | 2019-04-29 | 2022-04-22 | 合肥工业大学 | 一种柔索驱动串联四自由度喷涂机械臂 |
| CN111015644A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于耦合联动的绳驱式机械臂 |
| CN111015644B (zh) * | 2019-12-24 | 2022-10-25 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于耦合联动的绳驱式机械臂 |
| CN112440272A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-05 | 浙江理工大学 | 一种可实现运动解耦的绳驱动机械臂 |
| CN117754553A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-03-26 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种绳驱敏捷机械臂多关节被动解耦机构 |
| CN117754553B (zh) * | 2024-01-16 | 2025-09-05 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 一种绳驱敏捷机械臂多关节被动解耦机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108942900B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108942900A (zh) | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 | |
| CN110368092A (zh) | 手术机器人及手术器械 | |
| CN110508572B (zh) | 一种多支撑轮式蠕动管道清理机器人 | |
| US7762156B2 (en) | Cable-driven wrist mechanism for robot arms | |
| CN102889349B (zh) | 平行运动机构及闸道伸缩门 | |
| CN202249866U (zh) | 井下可差速电缆牵引装置 | |
| CN103817704B (zh) | 一种套索驱动的柔顺末端执行器 | |
| CN111525452A (zh) | 电缆用组合式转弯导向装置 | |
| CN208854628U (zh) | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 | |
| CN108756713A (zh) | 一种平移门 | |
| CN105539792A (zh) | 一种具有换轴门式机构的凸轮绳驱动机器鱼尾摆动装置 | |
| CN108583274A (zh) | 一种多角度移动功能的agv差速驱动机构 | |
| CN119036495B (zh) | 一种直驱手指结构 | |
| CN111152244A (zh) | 一种机器蛙人及手掌组件 | |
| CN108189018A (zh) | 一种基于差速齿轮的柔性臂段与柔性机械臂 | |
| CN110594375A (zh) | 内窥镜旋转控制机构 | |
| JPS59219503A (ja) | 駆動機構 | |
| CN218112821U (zh) | 一种爬壁结构及其爬壁机器人 | |
| CN205097176U (zh) | 一种夹持与轮滚结合的机器人末端模块 | |
| CN210919992U (zh) | 内窥镜旋转控制机构 | |
| CN106120492A (zh) | 一种基于并联机构的轨道智能清洗机械爪 | |
| CN109732585A (zh) | 串联式绳驱机械手关节运动的被动解耦机构 | |
| CN115139330B (zh) | 一种变刚度变传动比的双绞线驱动仿生关节 | |
| JP3220376U (ja) | 両開き仮設ゲート | |
| CN111015644B (zh) | 一种基于耦合联动的绳驱式机械臂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |