[发明专利]一种提高控制精度的绳索驱动装置

说明书

本发明公开了一种提高控制精度的绳索驱动装置，包括由电机带动旋转的传动轮，随传动轮旋转的卷筒，以及卷绕在卷筒上的绳索。卷筒能在旋转过程中相对于传动轮轴向移动，在卷筒表面制有螺旋形的用于卡绕绳索的卡槽。卷筒的轴向移动速率与绳索在卡槽内的轴向移动速率相同，通过卷筒与绳索分离点的同步移动，消除绳索相对于卷筒的摆动，从而可以准确控制绳索的输出。本发明的关键优点是卷筒转动的角度与绳索的输入输出量为线性关系，并且绳索驱动装置易于控制、结构紧凑、易维护，从而大大提高绳索控制精度。

技术领域

本发明涉及机器人驱动控制技术，具体地说是一种用于绳驱动机器人的绳索驱动装置。

背景技术

绳驱动机器人是一种由绳索驱动运动平台运动的特殊的混联机构，由若干单自由度或多自由度绳驱动关节组成。绳驱动机器人具有轻量化，惯量小，承重能力强，柔顺性好等优点，因此非常适合应用于服务机器人，具有很高的研究价值。

绳索驱动装置是绳驱动机械臂最重要的组成部分之一，通过拉动绳索实现绳驱动关节的运动。绳索驱动装置的性能和精度直接决定整个绳驱动机械臂的性能和精度。由于绳驱动机器人是驱动冗余的机构，一个机器人系统所需的绳索驱动装置数量较多，绳索驱动装置的经济学和紧凑性需要考虑。因此，设计一种性能优良，结构紧凑的绳索驱动装置对绳驱动机器人的研究十分重要。

现有的绳索驱动装置，一般采用卷筒卷绕绳索的方式控制绳索状态。普通卷筒在卷绕绳索时，每转动一圈，绳索与卷筒的分离点便会沿卷筒轴方向移动一个导程，使得绳索产生偏移。由于绳索在卷筒轴向上偏移角度的不同，绳索便会以绳索驱动装置的绳索输出孔为中心，沿卷筒轴向来回摆动，致使卷筒在每个旋转单位周期内经过绳索输出孔的绳索长度不一致。在绳驱动机器人中系统中，这一不利因素会影响绳索运动的精度，并且产生磨损。

发明内容

本发明针对上述现有技术现状，而提供一种提高控制精度的绳索驱动装置，解决了绳索沿卷筒轴向摆动致使控制精度不高，且易磨损的缺点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种提高控制精度的绳索驱动装置，包括由电机带动旋转的传动轮，随传动轮旋转的卷筒，以及卷绕在卷筒上的绳索。卷筒能在旋转过程中相对于传动轮轴向移动，在卷筒表面制有螺旋形的用于卡绕绳索的卡槽。卷筒的轴向移动速率与绳索在卡槽内的轴向移动速率相同，通过卷筒与绳索分离点的同步移动，消除绳索相对于卷筒的摆动，从而可以准确控制绳索的输出。

作为一种优化的技术方案，本发明还包括以下技术改进：

绳索驱动装置具有固定在安装座上，并用以引导卷筒轴向移动的导向件。卷筒与导向件之间设有与卡槽相同螺旋度的螺旋导向槽，以及设有与螺旋导向槽相配合的导向齿。

作为优选，上述的传动轮转动设置在安装座上，并通过同步带与电机上的驱动轮相连接。

作为优选，上述的安装座设有穿过绳索的牵引孔。

作为一种优选的实现方式，上述的螺旋导向槽和卡槽是卷筒表面的同一个螺旋凹槽。卡槽位于螺旋凹槽的槽根，螺旋导向槽位于螺旋凹槽的槽壁。导向件固定在卷筒的一侧，导向齿位于导向件上。进一步优选，上述的卷筒固定连接有花键轴，花键轴与传动轮轴向滑动配合。更优选，上述的卷筒轴向滑动设置在花键轴上，花键轴与传动轮固定连接。

作为另一种优选的实现方式，上述的螺旋导向槽和卡槽分体设置。在卷筒轴心制有圆孔，导向件安装在圆孔内，螺旋导向槽位于圆孔与导向件之间。卷筒的盘面与传动轮的盘面之间设有至少两根导向杆。进一步优选，上述的螺旋导向槽位于圆孔的内壁；导向齿位于导向件上。更优选，上述的螺旋导向槽位于导向件的表面。导向齿位于圆孔的内壁。