[发明专利]一种基于并联机构的三自由度绳驱动关节模块

说明书

本发明公开一种基于并联机构的三自由度绳驱动关节模块，包括自下而上设置的驱动基座、并联机构以及与并联机构顶部连接的多指手，并联机构包括设置于上部的运动平台和设置于下部的固定基座，运动平台和固定基座之间设有运动支链组以及两端同时贯穿运动平台和固定基座的中间回转轴以及绳索驱动组件，运动平台和固定基座通过运动支链组可相对摆转运动，由多段铰接轴组成的中间回转轴底端穿过驱动基座并被内部驱动机构轴向传动，相对现有技术，本发明技术方案具有自由度多、成本低、噪音小、柔性高、质量和转动惯量小、负载自重比较高等优点，可有效对机器人驱动关节进行优化设计以及提高工作效率。

技术领域

本发明涉及机器人关节技术领域，特别涉及一种基于并联机构的三自由度绳驱动关节模块。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，机器人越来越受到广泛应用，并涉及到各行各业。但传统的机器人缺乏重构性，通常只能满足单一的生产作业或生产任务，从而难以满足新时代中对多任务、广应用和高柔性的需求。

作为新的设计方法，机器人模块化设计具备方便地改变机器人的自由度和构型等优点，因此能较好地解决机器人对任务和应用场合的适应性和柔性等方面问题，并且将机器人划分成模块进行单元设计，每个模块都能实现独立功能，模块间组合重构可形成多种构型，每种构型对应若干种任务，可满足多任务、广应用和高柔性的需求。与此同时，模块化设计便于进行规模化和标准化生产、降低生产和维护成本，从而使模块化设计受到广泛关注。

国内外已开发了一系列机器人关节模块，例如专利ZL201010242196.7和ZL201010242208.6分别公开了一种摆动关节和回转关节模块，这些关节模块性能不错且能满足一定要求。然而上述两个专利的技术方案采用了传统的谐波减速器和齿轮传动，这样最终存在成本较高、噪音较大、系统柔性不足、质量和转动惯量偏大、负载自重比低等缺陷，在生产和生活服务等方面的应用受到了一定的限制。

另外，目前国内外的转动关节模块绝大多数是单自由度模块，少数双自由度模块，而三自由度的关节模块还没有发现。如果采用传统的设计制造方法开发多自由度模块，这样只会使得结构会更加复杂、重量和大小剧增，最终优势丧失殆尽。现有技术中，由于绳驱动能实现远程传动，能将驱动源集中于一端，并且结构简单且重量较轻，因此在机器人传动中得到重视。例如专利CN201720751657.0提出了一种的绳驱动多自由度串联机械臂，其结构比较简单，但没有进行模块化设计，并且也存在传统设计方法而产生的技术问题，而专利US20100011899A1公开的一种仿人手关节模块，其能实现各手指灵活动作，但可重构性差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种自由度多、成本低、噪音小、柔性高、质量和转动惯量小、负载自重较高的基于并联机构的三自由度绳驱动关节模块，旨在对机器人驱动关节进行优化设计以及提高工作效率。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于并联机构的三自由度绳驱动关节模块，包括自下而上设置的驱动基座、并联机构以及与并联机构顶部连接的多指手，并联机构包括设置于上部的运动平台和设置于下部的固定基座，运动平台和固定基座之间设有运动支链组以及两端同时贯穿运动平台和固定基座的中间回转轴以及绳索驱动组件，运动平台和固定基座通过运动支链组可相对摆转运动，由多段铰接轴组成的中间回转轴底端穿过驱动基座并被内部驱动机构轴向传动。

优选地，所述运动支链组由周向均匀设置的若干个空间曲形结构的运动支链组成，每个运动支链的上端和下端分别与所述运动平台和所述固定基座铰接相连。

优选地，所述中间回转轴包括依次铰接相连的前端转轴、中间转轴和末端转轴。

优选地，所述运动支链分别与所述运动平台和所述固定基座之间、所述前端转轴与所述中间转轴一端、所述中间转轴另一端与所述末端转轴通过虎克铰铰接相连。