專利名稱：由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元，具體涉及一種由滑輪組與鋼絲繩牽 弓丨驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元，屬于機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界上很多仿人機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙足動態(tài)步行，日本的ASIMO甚至實(shí)現(xiàn)了跑步運(yùn) 動，但快速步行機(jī)器人的步態(tài)，看起來并不像人類走路那么自如，這是因為機(jī)器人的驅(qū)動裝 置剛性化。人類經(jīng)過自然界的優(yōu)勝劣汰和生物進(jìn)化逐漸形成了雙足步行方式，而這種步行 方式的優(yōu)越性是顯而易見的，其驅(qū)動原理是通過肌腱收縮轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，從而控制腿、腳的落地 和抬起。機(jī)器人的驅(qū)動則大多采用同步帶、齒輪、滾珠絲杠等剛性傳動方式，沒有人類肌腱 那樣的柔性，走起路來則顯得十分生硬，并且機(jī)構(gòu)尺寸及自重大。目前，越來越多的學(xué)者注意到這個問題，因此著手將機(jī)器人驅(qū)動方式由剛性領(lǐng)域 向柔性方向發(fā)展。柔性驅(qū)動方式為氣動、液壓、剛體柔性聯(lián)接、柔性體支撐、鋼絲繩牽引。經(jīng) 文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公告號為CN 101524844，專利號為200910097777. 3，名稱為雙向力 輸出的氣動柔性驅(qū)動裝置，它通過由端蓋、第一橡膠管、嵌套在橡膠管管壁中的彈簧構(gòu)成的 氣動柔性驅(qū)動器來驅(qū)動裝置，動作靈活，柔順性好，接近生物肌肉運(yùn)動形式。氣動雖然緩沖 減震效果佳，但氣體的膨脹率與裝置密封性、環(huán)境溫度等因素密切相關(guān)，而且其負(fù)載非線 性響應(yīng)問題尤其嚴(yán)重，無法滿足實(shí)時控制要求。而液壓驅(qū)動用在機(jī)器人上則大大加重了 本體質(zhì)量并增加了經(jīng)濟(jì)成本。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公告號為CN201102969，專利號為 200720125078. 1，名稱為一種智能化柔性驅(qū)動裝置，它通過在一次驅(qū)動裝置上安裝柔性支 撐裝置來實(shí)現(xiàn)裝置柔性，缺點(diǎn)并未將電機(jī)置于驅(qū)動裝置內(nèi)，因此會增大整個驅(qū)動系統(tǒng)的體 積。繩索驅(qū)動是體現(xiàn)機(jī)器人柔性的有效方式之一，經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)中國專利公告號為CN 101020314，專利號為200710038296. 6，名稱為人工關(guān)節(jié)電繩驅(qū)動器，它利用伺服電機(jī)帶動 圓盤轉(zhuǎn)動，圓盤與鋼絲繩一端固連，其轉(zhuǎn)動時拉動鋼絲繩，從而產(chǎn)生拉力，實(shí)現(xiàn)了與生物肌 肉組織相似的收縮運(yùn)動，優(yōu)點(diǎn)是傳動比可變，傳動機(jī)構(gòu)加工精度要求低，缺點(diǎn)是只能輸出單 向拉力，需彈簧保持回程力從而增加能耗，無法實(shí)現(xiàn)雙向傳動，也不能輸出力矩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動 單元，以解決現(xiàn)有的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動裝置無法實(shí)現(xiàn)同時實(shí)現(xiàn)撓性驅(qū)動和雙向傳動的 問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動單元機(jī)架、驅(qū)動裝置、傳動裝置和輸出裝置，所述驅(qū) 動單元機(jī)架包括底座輸出裝置固定板和驅(qū)動裝置固定板；所述驅(qū)動裝置由伺服電機(jī)、減速 器(齒輪頭)和輸出軸套(齒輪頭輸出軸套)構(gòu)成；所述傳動裝置由底部鋼絲繩鎖緊器、四 個底部導(dǎo)向定滑輪裝置、兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置、兩個減速用動滑輪裝置、四個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩、輸出裝置用第二牽引鋼絲繩、第一滑輪牽引鋼絲 繩和第二滑輪牽引鋼絲繩構(gòu)成；所述輸出裝置包括輸出法蘭、主鎖緊器、副鎖緊器、第一防 塵蓋與第二防塵蓋、第一深溝球軸承與第二深溝球軸承；每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置由底部定滑輪支承軸、底部深溝球軸承、底部定滑輪導(dǎo) 輪和底部導(dǎo)向定滑輪支撐架構(gòu)成；底部定滑輪導(dǎo)輪通過底部深溝球軸承安裝在底部定滑輪 支承軸上，底部定滑輪支承軸安裝在底部導(dǎo)向定滑輪支撐架上；每個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置 由側(cè)面定滑輪支承軸、側(cè)面深溝球軸承、側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪和側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架構(gòu)成；側(cè) 面定滑輪導(dǎo)輪通過側(cè)面深溝球軸承安裝在側(cè)面定滑輪支承軸上，側(cè)面定滑輪支承軸安裝在 側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架上；每個減速用動滑輪裝置由動滑輪殼體和兩個動滑輪組件構(gòu)成， 兩個動滑輪組件均布并排安裝在動滑輪殼體內(nèi)；每個動滑輪組件由動滑輪軸、深溝球軸承 和動滑輪導(dǎo)輪組成，動滑輪導(dǎo)輪通過深溝球軸承安裝在動滑輪軸上；兩個動滑輪軸平行設(shè) 置且二者的軸線位于同一水平面上，兩個動滑輪軸均安裝在動滑輪殼體上； 所述四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置呈矩陣設(shè)置在底座的上端面的邊緣上，即四個底部 導(dǎo)向定滑輪裝置分成兩組設(shè)置；每組中的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪的徑向中垂面重合，且兩個 底部定滑輪支承軸的軸線平行位于同一水平面上；每個底部導(dǎo)向定滑輪支撐架與底座固 接，底部鋼絲繩鎖緊器位于由四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置構(gòu)成矩陣的中部，且底部鋼絲繩鎖 緊器安裝在底座的上端面上，輸出軸套位于底部鋼絲繩鎖緊器的上方，輸出軸套與位于其 上方的減速器的輸出端連接，減速器的輸入端與位于其上方的伺服電機(jī)的輸出端連接；驅(qū) 動裝置固定板水平固裝在減速器的下端側(cè)壁上；每組底部導(dǎo)向定滑輪裝置的上方各設(shè)有一 個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置，側(cè)面定滑輪支承軸軸線與底部定滑輪支承軸的軸線垂直設(shè)置，兩 個側(cè)面深溝球軸承均位于底座與驅(qū)動裝置固定板之間，兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架均與驅(qū) 動裝置固定板的下端面固接；輸出裝置固定板設(shè)置在伺服電機(jī)的上方，四個動滑輪組用圓 柱導(dǎo)軌均布固設(shè)在輸出裝置固定板和驅(qū)動裝置固定板之間，且每個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌與 每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置一一對應(yīng)設(shè)置；位于一組底部導(dǎo)向定滑輪裝置上方的兩個動滑輪 組用圓柱導(dǎo)軌之間設(shè)有一個減速用動滑輪裝置，位于另一組底部導(dǎo)向定滑輪裝置上方的另 兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌之間設(shè)有另一個減速用動滑輪裝置，每個減速用動滑輪裝置沿相 應(yīng)的兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌上下滑動；第一滑輪牽引鋼絲繩的一端固接在輸出軸套上，第一滑輪牽引鋼絲繩依次纏繞側(cè) 面定滑輪導(dǎo)輪、減速用動滑輪裝置中的一個動滑輪導(dǎo)輪、位于同一組的兩個底部定滑輪導(dǎo) 輪、所述減速用動滑輪裝置中的另一個動滑輪導(dǎo)輪，第一滑輪牽引鋼絲繩的另一端固接在 底部鋼絲繩鎖緊器上；第二滑輪牽引鋼絲繩與第一滑輪牽引鋼絲繩纏繞方式相同，且二者 對稱布置；輸出裝置用第一牽引鋼絲繩布置在第一滑輪牽引鋼絲繩的上方，輸出裝置用第 二牽引鋼絲繩布置在第二滑輪牽引鋼絲繩的上方；主鎖緊器和副鎖緊器對接安裝，主鎖緊 器通過第一深溝球軸承安裝在第一防塵蓋內(nèi)且主鎖緊器上的主鎖緊器長軸露在第一防塵 蓋的外部，副鎖緊器通過第二深溝球軸承安裝在第二防塵蓋內(nèi)，第一防塵蓋與第二防塵蓋 構(gòu)成輸出裝置的支撐殼體，輸出法蘭位于所述支撐殼體的外部且安裝在鎖緊器長軸上，所 述支撐殼體固裝在輸出裝置固定板的上端面上；輸出裝置用第一牽引鋼絲繩的一端端頭與 一個動滑輪殼體的上端端固接，輸出裝置用第二牽引鋼絲繩的一端端頭與另一個動滑輪殼 體的上端端頭固接，輸出裝置用第一牽引鋼絲繩、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩均穿過輸出裝置固定板纏繞在主鎖緊器上的導(dǎo)向槽內(nèi)，且二者從一同從導(dǎo)向槽的最高點(diǎn)處的穿線孔穿 入主鎖緊器和副鎖緊器之間的內(nèi)腔中，輸出裝置用第一牽引鋼絲繩的另一端端頭、輸出裝 置用第一牽引鋼絲繩的另一端端頭均與副鎖緊器固接。本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動、撓性輸出的驅(qū)動單元，本發(fā)明采用了鋼絲繩傳動 來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的撓性驅(qū)動，以撓性驅(qū)動方式，來驅(qū)動機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動，通過鋼絲繩撓性 緩沖作用實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的快速、平滑實(shí)時步態(tài)，并以單元形式實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)驅(qū)動，其外殼體和輸出 法蘭便于安裝到關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)上，從而簡化了關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，減少生產(chǎn)周期，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí) 用性。整個驅(qū)動單元可以根據(jù)需要安裝在仿人雙足步行機(jī)器人的關(guān)節(jié)上實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動，可 實(shí)現(xiàn)與生物肌肉組織雙向收縮驅(qū)動關(guān)節(jié)的相似運(yùn)動，即每個旋轉(zhuǎn)自由度用一個單元驅(qū)動， 避免了普通撓性驅(qū)動裝置如人工肌肉和常規(guī)鋼繩驅(qū)動裝置需要兩個單元驅(qū)動一個自由度 的缺點(diǎn)；同時，它還具有一定的抗沖擊和減振效果；鋼絲繩可雙向鎖緊，方便調(diào)節(jié)預(yù)緊力來 改變鋼絲繩非線性響應(yīng)，從而改變傳動性能。本發(fā)明還具有輕型小巧、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動，以單元形式實(shí)現(xiàn)其功能，具有雙向旋轉(zhuǎn)傳動能力，可 代替兩個人工肌肉工作，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；有一定的抗沖擊和減振效果；鋼絲繩可雙向鎖緊，方便 調(diào)節(jié)預(yù)緊力來改變鋼絲繩非線性響應(yīng)，從而改變傳動性能。


圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖2是本發(fā)明的輸出裝置部分的軸向剖視立體圖， 圖3是主鎖緊器1-3、副鎖緊器1-6的裝配關(guān)系立體圖(也即鎖緊原理示意圖)，圖4是減 速用動滑輪裝置11的剖視立體圖(Σ表示剖切面)，圖5是側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置6的剖視 立體圖，圖6是底部導(dǎo)向定滑輪裝置7的剖視立體圖，圖7是第一滑輪牽引鋼絲繩5-1、第二 滑輪牽引鋼絲繩5-2的布置圖，圖8是本發(fā)明的整體外觀立體圖(安裝有外殼體16)，圖9 是本發(fā)明應(yīng)用范例示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一如圖1-7所示，本實(shí)施方式所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動 的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元包括驅(qū)動單元機(jī)架、驅(qū)動裝置、傳動裝置和輸出裝置1，所述 驅(qū)動單元機(jī)架包括底座8、輸出裝置固定板9和驅(qū)動裝置固定板13 ；所述驅(qū)動裝置由伺服電 機(jī)10、減速器(齒輪頭)12和輸出軸套(齒輪頭輸出軸套)14構(gòu)成；所述傳動裝置由底部 鋼絲繩鎖緊器15、四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7、兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置6、兩個減速用動 滑輪裝置11、四個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌4、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1、輸出裝置用第 二牽引鋼絲繩3-2、第一滑輪牽引鋼絲繩5-1和第二滑輪牽引鋼絲繩5-2構(gòu)成；所述輸出裝 置1包括輸出法蘭1-1、主鎖緊器1-3、副鎖緊器1-6、第一防塵蓋1-2與第二防塵蓋1-5、第 一深溝球軸承1-4與第二深溝球軸承1-7 ；每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7由底部定滑輪支承軸7-1、底部深溝球軸承7-2、底部 定滑輪導(dǎo)輪7-3和底部導(dǎo)向定滑輪支撐架7-4構(gòu)成；底部定滑輪導(dǎo)輪7-3通過底部深溝球 軸承7-2安裝在底部定滑輪支承軸7-1上，底部定滑輪支承軸7-1安裝在底部導(dǎo)向定滑輪支撐架7-4上；每個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置6由側(cè)面定滑輪支承軸6-1、側(cè)面深溝球軸承6-2、 側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪6-3和側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架6-4構(gòu)成；側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪6-3通過側(cè)面深 溝球軸承6-2安裝在側(cè)面定滑輪支承軸6-1上，側(cè)面定滑輪支承軸6-1安裝在側(cè)面導(dǎo)向定 滑輪支撐架6-4上；每個減速用動滑輪裝置11由動滑輪殼體11-2和兩個動滑輪組件11-1 構(gòu)成，兩個動滑輪組件11-1均布并排安裝在動滑輪殼體11-2內(nèi)；每個動滑輪組件11-1由 動滑輪軸11-1-1、深溝球軸承11-1-2和動滑輪導(dǎo)輪11-1-3組成，動滑輪導(dǎo)輪11_1_3通過 深溝球軸承11-1-2安裝在動滑輪軸11-1-1上；兩個動滑輪軸11-1-1平行設(shè)置且二者的軸 線位于同一水平面上，兩個動滑輪軸11-1-1均安裝在動滑輪殼體11-2上； 所述四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7呈矩陣設(shè)置在底座8的上端面的邊緣上，即四個 底部導(dǎo)向定滑輪裝置7分成兩組設(shè)置；每組中的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪7-3的徑向中垂面重 合，且兩個底部定滑輪支承軸7-1的軸線平行位于同一水平面上；每個底部導(dǎo)向定滑輪支 撐架7-4與底座8固接，底部鋼絲繩鎖緊器15位于由四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7構(gòu)成矩陣 的中部，且底部鋼絲繩鎖緊器15安裝在底座8的上端面上，輸出軸套14位于底部鋼絲繩鎖 緊器15的上方，輸出軸套14與位于其上方的減速器12的輸出端連接，減速器12的輸入端 與位于其上方的伺服電機(jī)10的輸出端連接；驅(qū)動裝置固定板13水平固裝在減速器12的下 端側(cè)壁上；每組底部導(dǎo)向定滑輪裝置的上方各設(shè)有一個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置6，側(cè)面定滑 輪支承軸6-1軸線與底部定滑輪支承軸7-1的軸線垂直設(shè)置，兩個側(cè)面深溝球軸承6-2均 位于底座8與驅(qū)動裝置固定板13之間，兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架6-4均與驅(qū)動裝置固定 板13的下端面固接；輸出裝置固定板9設(shè)置在伺服電機(jī)10的上方，四個動滑輪組用圓柱導(dǎo) 軌4均布固設(shè)在輸出裝置固定板9和驅(qū)動裝置固定板13之間，且每個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌 4與每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7 —一對應(yīng)設(shè)置；位于一組底部導(dǎo)向定滑輪裝置上方的兩個 動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌4之間設(shè)有一個減速用動滑輪裝置11，位于另一組底部導(dǎo)向定滑輪裝 置上方的另兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌4之間設(shè)有另一個減速用動滑輪裝置11，每個減速用 動滑輪裝置11沿相應(yīng)的兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌4上下滑動；第一滑輪牽引鋼絲繩5-1的一端固接在輸出軸套14上，第一滑輪牽引鋼絲繩 5-1依次纏繞側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪6-3、減速用動滑輪裝置11中的一個動滑輪導(dǎo)輪11-1-3、位 于同一組的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪7-3、所述減速用動滑輪裝置11中的另一個動滑輪導(dǎo)輪 11-1-3，第一滑輪牽引鋼絲繩5-1的另一端固接在底部鋼絲繩鎖緊器15上；第二滑輪牽引 鋼絲繩5-2與第一滑輪牽引鋼絲繩5-1纏繞方式相同，且二者對稱布置；輸出裝置用第一牽 引鋼絲繩3-1布置在第一滑輪牽引鋼絲繩5-1的上方，輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2布 置在第二滑輪牽引鋼絲繩5-2的上方；主鎖緊器1-3和副鎖緊器1-6對接安裝，主鎖緊器 1-3通過第一深溝球軸承1-4安裝在第一防塵蓋1-2內(nèi)且主鎖緊器1-3上的主鎖緊器長軸 1-3-2露在第一防塵蓋1-2的外部，副鎖緊器1-6通過第二深溝球軸承1-7安裝在第二防塵 蓋1-5內(nèi)，第一防塵蓋1-2與第二防塵蓋1-5構(gòu)成輸出裝置1的支撐殼體，輸出法蘭1-1位 于所述支撐殼體的外部且安裝在鎖緊器長軸1-3-2上，所述支撐殼體固裝在輸出裝置固定 板9的上端面上；輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1的一端端頭與一個動滑輪殼體11-2的上 端端固接，輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2的一端端頭與另一個動滑輪殼體11-2的上端端 頭固接，輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1均穿過輸出裝置 固定板9纏繞在主鎖緊器1-3上的導(dǎo)向槽1-3-1-1內(nèi)，且二者從一同從導(dǎo)向槽1-3-1-1的最高點(diǎn)處的穿線孔1-3-1-2穿入主鎖緊器1-3和副鎖緊器1-6之間的內(nèi)腔中，輸出裝置用 第一牽引鋼絲繩3-1的另一端端頭、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1的另一端端頭均與副 鎖緊器1-6固接。
所述四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置7、兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置6和兩個減速用動滑 輪裝置11構(gòu)成滑輪組；所述滑輪組與鋼絲繩(輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1、輸出裝置 用第二牽引鋼絲繩3-2、第一滑輪牽引鋼絲繩5-1和第二滑輪牽引鋼絲繩5-2) —起實(shí)現(xiàn)牽 引驅(qū)動。
具體實(shí)施方式
二 如圖2-3所示，本實(shí)施方式所述主鎖緊器1-3由主鎖緊器圓盤 1-3-1和主鎖緊器長軸1-3-2構(gòu)成，主鎖緊器圓盤1-3-1的外端面與主鎖緊器長軸1-3-2的 一端固接為一體，主鎖緊器圓盤1-3-1的外側(cè)壁上沿圓周方向開有導(dǎo)向槽1-3-1-1，在主鎖 緊器圓盤1-3-1的內(nèi)端面的外緣上開有與導(dǎo)向槽1-3-1-1連通的穿線孔1-3-1-2，主鎖緊器 圓盤1-3-1的內(nèi)端面的中部開有導(dǎo)孔1-3-1-3 ；副鎖緊器1-6由副鎖緊器圓盤1-6-1和主 鎖緊器短軸1-6-2構(gòu)成，副鎖緊器圓盤1-6-1的外端面與主鎖緊器短軸1-6-2的一端固接 為一體，副鎖緊器圓盤1-6-1的內(nèi)腔的底端面的中部設(shè)有導(dǎo)柱1-6-1-1，導(dǎo)柱1-6-1-1插裝 在導(dǎo)孔1-3-1-3內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三如圖1所示，本實(shí)施方式所述驅(qū)動單元還包括碼盤2，所述碼盤2 安裝伺服電機(jī)10上。設(shè)置碼盤2是為了測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí) 施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式
四如圖1所示，本實(shí)施方式所述驅(qū)動裝置的軸線與輸出裝置1的軸 線正交。這樣設(shè)置，可確保力矩的輸出更準(zhǔn)確，易于控制。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施 方式一或二相同。
具體實(shí)施方式
五如圖1和8所示，本實(shí)施方式所述驅(qū)動單元機(jī)架還包括外殼體 16，所述外殼體16罩在底座8和驅(qū)動裝置固定板13之間。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí) 施方式四相同。
具體實(shí)施方式
六如圖2和3所示，本實(shí)施方式所述輸出裝置1還包括密封圈1-8， 所述密封圈1-8套裝在主鎖緊器1-3上，且位于第一防塵蓋1-2與主鎖緊器1-3之間。密 封圈(密封氈圈)1-8置于防塵蓋1-2的密封槽中，并與主鎖緊器1-3緊密接觸。其它組成 及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二或五相同。本發(fā)明應(yīng)用的實(shí)施例本發(fā)明所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元應(yīng)用范例如圖9所示，表示驅(qū)動單元在 機(jī)器人膝關(guān)節(jié)上的應(yīng)用，左虛線框內(nèi)為撓性驅(qū)動單元Dr示意圖，右虛線框內(nèi)為機(jī)器人膝關(guān) 節(jié)Ro示意圖，為防止混淆，驅(qū)動單元零件標(biāo)號前均有前綴Dr，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)零件標(biāo)號前均 有前綴Ro。各零件為本發(fā)明的輸出法蘭Drl-Ι、驅(qū)動單元外殼體Dr8、機(jī)器人膝關(guān)節(jié)連接 法蘭Rol、大腿右側(cè)板Ro2、小腿左側(cè)板Ro3、大腿左側(cè)板Ro4、支承軸Ro5、小腿右側(cè)板Ro6。 大腿右側(cè)板Ro2和大腿左側(cè)板Ro4均為一條腿上的連接板，小腿同理。驅(qū)動單元Dr與機(jī)器 人膝關(guān)節(jié)Ro的定位關(guān)系為驅(qū)動單元外殼體DrS安裝在小腿左側(cè)板Ro3的外側(cè)，驅(qū)動單元 輸出法蘭Drl-I與機(jī)器人膝關(guān)節(jié)連接法蘭Rol固定，膝關(guān)節(jié)連接法蘭Rol與支承軸Ro5固 連，支承軸Ro5與大腿右側(cè)板Ro2、大腿左側(cè)板Ro4固連，支承軸Ro5與小腿左側(cè)板Ro3、小 腿右側(cè)板Ro6通過軸承定位，驅(qū)動單元電機(jī)10旋轉(zhuǎn)使輸出法蘭Drl-I旋轉(zhuǎn)，帶動機(jī)器人膝關(guān)節(jié)連接法蘭Rol旋轉(zhuǎn)，從而使大腿右側(cè)板Ro2、大腿左側(cè)板Ro4相對小腿左側(cè)板Ro3、小腿 右側(cè)板Ro6發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本發(fā)明所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元的本體長65mm、寬77mm和高259mm，重 量為1.70kg，共有1個自由度。工作原理
輸出軸套14直接套在齒輪頭12的輸出軸上，輸出軸套14作用是纏繞和固定第一 滑輪牽引鋼絲繩5-1和第二滑輪牽引鋼絲繩5-2。輸出裝置1的定位關(guān)系為副鎖緊器1-6 由第二深溝球軸承1-7內(nèi)圈支撐，第二深溝球軸承1-7外圈根據(jù)第二防塵蓋1-5定位，主鎖 緊器1-3由第一深溝球軸承1-4內(nèi)圈支撐，第一深溝球軸承1-4外圈根據(jù)第一防塵蓋1-2定 位，輸出法蘭1-1與主鎖緊器1-3的外端軸相連，輸出裝置1通過第一防塵蓋1-2與第二防 塵蓋1-5輸出裝置固定板9固定。主鎖緊器1-3、副鎖緊器1-6的鎖緊原理如圖3所示，其 鎖緊原理為將輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1與輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2纏繞在 主鎖緊器1-3的導(dǎo)向槽，繩端穿出并固定在副鎖緊器1-6，再通過主鎖緊器1-3與副鎖緊器 1-6的相對轉(zhuǎn)動使輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1、輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2拉緊， 當(dāng)兩鎖緊器的螺栓孔1-6-1-2對齊時旋入螺栓即可實(shí)現(xiàn)鎖緊。安裝時，副鎖緊器1-6的導(dǎo) 柱穿入主鎖緊器1-3的中心孔(導(dǎo)孔1-3-1-3)，該導(dǎo)柱的意義在于使輸出裝置用第一牽引 鋼絲繩3-1與輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2分布在鎖緊器1-3部分的中心點(diǎn)能偏離鎖緊 器的軸心，當(dāng)主鎖緊器1-3、副鎖緊器1-6發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，如圖3所示，主鎖緊器1-3保持不 動，副鎖緊器1-6繞順時針轉(zhuǎn)動，則輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1與輸出裝置用第二牽引 鋼絲繩3-2能夠繞導(dǎo)柱被拉緊。鎖緊精度計算如下主鎖緊器1-3、副鎖緊器1-6邊緣均布四個螺紋孔，即兩鎖緊 器的相對最小旋轉(zhuǎn)角為f，令主鎖緊器1-3導(dǎo)柱的半徑為IV3z，那么其最小鎖緊行程，即精
度為f V3z。減速用動滑輪裝置11在豎直方向的行程直接決定驅(qū)動單元輸出角度范圍，令其 行程為L，主鎖緊器1-3導(dǎo)向槽半徑為ri_3z，則輸出角范圍是^~。第一滑輪牽引鋼絲繩5-1和第二滑輪牽引鋼絲繩5-2分別偏心固定在底部鋼絲繩 鎖緊器15上，旋轉(zhuǎn)底部鋼絲繩鎖緊器15，則第一滑輪牽引鋼絲繩5-1和第二滑輪牽引鋼絲 繩5-2拉緊，當(dāng)對準(zhǔn)螺紋孔時，旋入螺釘固定鎖緊器15。底部鋼絲繩鎖緊器15通過下端凸 緣與底座8進(jìn)行徑向和軸向定位。輸出與輸入關(guān)系伺服電機(jī)10順時針旋轉(zhuǎn)(如圖1，按照豎直向下看)，位于前方 的減速用動滑輪裝置11向下運(yùn)動，位于后方的減速用動滑輪裝置11向上運(yùn)動，輸出裝置固 連牽引鋼絲繩3-1在動滑輪組11-1拉動下收縮向下運(yùn)動，輸出裝置用第一牽引鋼絲繩3-1 在位于后方的減速用動滑輪裝置11的作用下放松，因此輸出法蘭1-1逆時針旋轉(zhuǎn)(如圖 1.，從紙面垂直向里看)；反之，伺服電機(jī)10逆時針旋轉(zhuǎn)，輸出法蘭1-1順時針旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過 上述分析可知，本單元可完成兩個人工肌肉的工作，顯然降低了成本。兩個減速用動滑輪裝 置11平行于驅(qū)動裝置移動。輸出軸套14可驅(qū)動兩條牽引鋼絲繩輸出裝置用第一牽引鋼 絲繩3-1、輸出裝置用第二牽引鋼絲繩3-2，并使其一條放松，一條收緊。
權(quán)利要求
一種由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動單元機(jī)架、驅(qū)動裝置、傳動裝置和輸出裝置(1)，所述驅(qū)動單元機(jī)架包括底座(8)、輸出裝置固定板(9)和驅(qū)動裝置固定板(13)；其特征在于所述驅(qū)動裝置由伺服電機(jī)(10)、減速器(12)和輸出軸套(14)構(gòu)成；所述傳動裝置由底部鋼絲繩鎖緊器(15)、四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)、兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置(6)、兩個減速用動滑輪裝置(11)、四個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)、輸出裝置用第二牽引鋼絲繩(3-2)、第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)和第二滑輪牽引鋼絲繩(5-2)構(gòu)成；所述輸出裝置(1)包括輸出法蘭(1-1)、主鎖緊器(1-3)、副鎖緊器(1-6)、第一防塵蓋(1-2)與第二防塵蓋(1-5)、第一深溝球軸承(1-4)與第二深溝球軸承(1-7)；每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)由底部定滑輪支承軸(7-1)、底部深溝球軸承(7-2)、底部定滑輪導(dǎo)輪(7-3)和底部導(dǎo)向定滑輪支撐架(7-4)構(gòu)成；底部定滑輪導(dǎo)輪(7-3)通過底部深溝球軸承(7-2)安裝在底部定滑輪支承軸(7-1)上，底部定滑輪支承軸(7-1)安裝在底部導(dǎo)向定滑輪支撐架(7-4)上；每個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置(6)由側(cè)面定滑輪支承軸(6-1)、側(cè)面深溝球軸承(6-2)、側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪(6-3)和側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架(6-4)構(gòu)成；側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪(6-3)通過側(cè)面深溝球軸承(6-2)安裝在側(cè)面定滑輪支承軸(6-1)上，側(cè)面定滑輪支承軸(6-1)安裝在側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架(6-4)上；每個減速用動滑輪裝置(11)由動滑輪殼體(11-2)和兩個動滑輪組件(11-1)構(gòu)成，兩個動滑輪組件(11-1)均布并排安裝在動滑輪殼體(11-2)內(nèi)；每個動滑輪組件(11-1)由動滑輪軸(11-1-1)、深溝球軸承(11-1-2)和動滑輪導(dǎo)輪(11-1-3)組成，動滑輪導(dǎo)輪(11-1-3)通過深溝球軸承(11-1-2)安裝在動滑輪軸(11-1-1)上；兩個動滑輪軸(11-1-1)平行設(shè)置且二者的軸線位于同一水平面上，兩個動滑輪軸(11-1-1)均安裝在動滑輪殼體(11-2)上；所述四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)呈矩陣設(shè)置在底座(8)的上端面的邊緣上，即四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)分成兩組設(shè)置；每組中的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪(7-3)的徑向中垂面重合，且兩個底部定滑輪支承軸(7-1)的軸線平行位于同一水平面上；每個底部導(dǎo)向定滑輪支撐架(7-4)與底座(8)固接，底部鋼絲繩鎖緊器(15)位于由四個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)構(gòu)成矩陣的中部，且底部鋼絲繩鎖緊器(15)安裝在底座(8)的上端面上，輸出軸套(14)位于底部鋼絲繩鎖緊器(15)的上方，輸出軸套(14)與位于其上方的減速器(12)的輸出端連接，減速器(12)的輸入端與位于其上方的伺服電機(jī)(10)的輸出端連接；驅(qū)動裝置固定板(13)水平固裝在減速器(12)的下端側(cè)壁上；每組底部導(dǎo)向定滑輪裝置的上方各設(shè)有一個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪裝置(6)，側(cè)面定滑輪支承軸(6-1)軸線與底部定滑輪支承軸(7-1)的軸線垂直設(shè)置，兩個側(cè)面深溝球軸承(6-2)均位于底座(8)與驅(qū)動裝置固定板(13)之間，兩個側(cè)面導(dǎo)向定滑輪支撐架(6-4)均與驅(qū)動裝置固定板(13)的下端面固接；輸出裝置固定板(9)設(shè)置在伺服電機(jī)(10)的上方，四個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)均布固設(shè)在輸出裝置固定板(9)和驅(qū)動裝置固定板(13)之間，且每個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)與每個底部導(dǎo)向定滑輪裝置(7)一一對應(yīng)設(shè)置；位于一組底部導(dǎo)向定滑輪裝置上方的兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)之間設(shè)有一個減速用動滑輪裝置(11)，位于另一組底部導(dǎo)向定滑輪裝置上方的另兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)之間設(shè)有另一個減速用動滑輪裝置(11)，每個減速用動滑輪裝置(11)沿相應(yīng)的兩個動滑輪組用圓柱導(dǎo)軌(4)上下滑動；第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)的一端固接在輸出軸套(14)上，第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)依次纏繞側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪(6-3)、減速用動滑輪裝置(11)中的一個動滑輪導(dǎo)輪(11-1-3)、位于同一組的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪(7-3)、所述減速用動滑輪裝置(11)中的另一個動滑輪導(dǎo)輪(11-1-3)，第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)的另一端固接在底部鋼絲繩鎖緊器(15)上；第二滑輪牽引鋼絲繩(5-2)與第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)纏繞方式相同，且二者對稱布置；輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)布置在第一滑輪牽引鋼絲繩(5-1)的上方，輸出裝置用第二牽引鋼絲繩(3-2)布置在第二滑輪牽引鋼絲繩(5-2)的上方；主鎖緊器(1-3)和副鎖緊器(1-6)對接安裝，主鎖緊器(1-3)通過第一深溝球軸承(1-4)安裝在第一防塵蓋(1-2)內(nèi)且主鎖緊器(1-3)上的主鎖緊器長軸(1-3-2)露在第一防塵蓋(1-2)的外部，副鎖緊器(1-6)通過第二深溝球軸承(1-7)安裝在第二防塵蓋(1-5)內(nèi)，第一防塵蓋(1-2)與第二防塵蓋(1-5)構(gòu)成輸出裝置(1)的支撐殼體，輸出法蘭(1-1)位于所述支撐殼體的外部且安裝在鎖緊器長軸(1-3-2)上，所述支撐殼體固裝在輸出裝置固定板(9)的上端面上；輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)的一端端頭與一個動滑輪殼體(11-2)的上端端固接，輸出裝置用第二牽引鋼絲繩(3-2)的一端端頭與另一個動滑輪殼體(11-2)的上端端頭固接，輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)均穿過輸出裝置固定板(9)纏繞在主鎖緊器(1-3)上的導(dǎo)向槽(1-3-1-1)內(nèi)，且二者從一同從導(dǎo)向槽(1-3-1-1)的最高點(diǎn)處的穿線孔(1-3-1-2)穿入主鎖緊器(1-3)和副鎖緊器(1-6)之間的內(nèi)腔中，輸 出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)的另一端端頭、輸出裝置用第一牽引鋼絲繩(3-1)的另一端端頭均與副鎖緊器(1-6)固接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元， 其特征在于所述主鎖緊器(1-3)由主鎖緊器圓盤(1-3-1)和主鎖緊器長軸(1-3-2)構(gòu)成， 主鎖緊器圓盤(1-3-1)的外端面與主鎖緊器長軸(1-3-2)的一端固接為一體，主鎖緊器圓 盤(1-3-1)的外側(cè)壁上沿圓周方向開有導(dǎo)向槽(1-3-1-1)，在主鎖緊器圓盤(1-3-1)的內(nèi)端 面的外緣上開有與導(dǎo)向槽(1-3-1-1)連通的穿線孔(1-3-1-2)，主鎖緊器圓盤(1-3-1)的內(nèi) 端面的中部開有導(dǎo)孔(1-3-1-3)；副鎖緊器(1-6)由副鎖緊器圓盤(1-6-1)和主鎖緊器短 軸(1-6-2)構(gòu)成，副鎖緊器圓盤(1-6-1)的外端面與主鎖緊器短軸(1-6-2)的一端固接為 一體，副鎖緊器圓盤(1-6-1)的內(nèi)腔的底端面的中部設(shè)有導(dǎo)柱(1-6-1-1)，導(dǎo)柱(1-6-1-1) 插裝在導(dǎo)孔(1-3-1-3)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單 元，其特征在于所述驅(qū)動單元還包括碼盤(2)，所述碼盤(2)安裝伺服電機(jī)(10)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單 元，其特征在于所述驅(qū)動裝置的軸線與輸出裝置(1)的軸線正交。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元， 其特征在于所述驅(qū)動單元機(jī)架還包括外殼體(16)，所述外殼體(16)罩在底座(8)和驅(qū)動 裝置固定板(13)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動 單元，其特征在于所述輸出裝置(1)還包括密封圈(1-8)，所述密封圈(1-8)套裝在主鎖 緊器(1-3)上，且位于第一防塵蓋(1-2)與主鎖緊器(1-3)之間。
全文摘要
由滑輪組與鋼絲繩牽引驅(qū)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元，它涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動單元。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的機(jī)器人關(guān)節(jié)用撓性驅(qū)動裝置無法實(shí)現(xiàn)同時實(shí)現(xiàn)撓性驅(qū)動和雙向傳動的問題。第一滑輪牽引鋼絲繩的一端固接在輸出軸套上，第一滑輪牽引鋼絲繩依次纏繞側(cè)面定滑輪導(dǎo)輪、減速用動滑輪裝置中的一個動滑輪導(dǎo)輪、位于同一組的兩個底部定滑輪導(dǎo)輪、所述減速用動滑輪裝置中的另一個動滑輪導(dǎo)輪，第一滑輪牽引鋼絲繩的另一端固接在底部鋼絲繩鎖緊器上；第二滑輪牽引鋼絲繩與第一滑輪牽引鋼絲繩纏繞方式相同；主鎖緊器和副鎖緊器對接安裝。本發(fā)明用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動，以單元形式實(shí)現(xiàn)其功能，具有雙向旋轉(zhuǎn)傳動能力，可代替兩個人工肌肉工作。
文檔編號B25J13/00GK101863034SQ201010210888
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者侯月陽, 吳偉國 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)