[发明专利]一种可实现弯曲运动解耦的丝驱动构节

说明书

本发明公开了一种可实现弯曲运动解耦的丝驱动构节，包括至少两个首尾相连的丝驱动关节、串联各个丝驱动关节的第一丝和第二丝；所述丝驱动关节包括基座盘、连杆和末端盘，所述基座盘与所述连杆连接并形成第一转动副，所述第一转动副的转动轴线与所述基座盘的端面重合；所述末端盘与所述连杆连接并形成第二转动副，所述第二转动副的转动轴线与所述末端盘的端面重合；所述第一丝依次穿过各个丝驱动关节并驱动第二转动副转动，所述第二丝依次穿过各个丝驱动关节并驱动第一转动副转动。该丝驱动构节能够实现在两个自由度上的弯曲解耦运动，可有效简化机器人运动学和降低控制难度。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种可实现弯曲运动解耦的丝驱动构节。

背景技术

由于丝驱动蛇形臂机器人可实现多自由度弯曲运动，在高度受限的复杂环境下能灵活工作，广泛应用于维修检测，微创手术等领域。近年来，可用于构建丝驱动蛇形臂机器人的关节类型丰富多样，根据关节自由度可分为单自由度或两自由度，其中常见的单自由度关节包括单自由度定轴转动关节、柔性板和柱面滚动关节等；两自由度关节包括轴线相交型(万向节/球关节)定轴转动关节、轴线不相交型定轴转动关节、柔性中心杆和球面滚动关节等。

然而，现有的丝驱动蛇形臂机器人在任意方向转动时往往具有弯曲耦合效应，即机器人关节在某一个方向弯曲运动时，另一方向驱动绳的长度也会随弯曲角度变化。因此在机器人单方向弯曲时，需时时补偿另一方向驱动绳的长度变化量。

徐凯，刘欢.多杆连续体机构：构型与应用[J].机械工程学报，2018年，第54卷第13期：25-32。上述文献中公开了由末端盘、基座盘和间隔盘所构成的机械臂，该机械臂具有两个自由度，并且可通过杆件驱动，但是在驱动机械臂弯曲的过程中，两个自由度的弯曲方向上存在耦合，当弯曲一个方向上的杆件时，另一个方向上的杆件也会弯曲，这样将增加控制的难度。

发明内容

为了解决丝驱动机器人的关节在驱动过程中，由于两个自由度上的丝会互相耦合，从而增加了控制难度的问题，本发明提供了一种可实现弯曲运动解耦的丝驱动构节，其具体技术方案如下。

一种可实现弯曲运动解耦的丝驱动构节，包括至少两个首尾相连的丝驱动关节、串联各个丝驱动关节的第一丝和第二丝；所述丝驱动关节包括基座盘、连杆和末端盘，所述基座盘与所述连杆连接并形成第一转动副，所述第一转动副的转动轴线与所述基座盘的端面重合；所述末端盘与所述连杆连接并形成第二转动副，所述第二转动副的转动轴线与所述末端盘的端面重合；所述第一丝依次穿过各个丝驱动关节并驱动第二转动副转动，所述第二丝依次穿过各个丝驱动关节并驱动第一转动副转动。

进一步的，所述基座盘包括基座盘本体、以及从所述基座盘本体一端面向外侧凸起的第一凸起部；

所述连杆包括连杆本体、从所述连杆本体第一端面向外侧凸起的第二凸起部、以及从所述连杆本体第二端面向外侧凸起的第三凸起部；所述第一端面与所述第二端面相对，所述第二凸起部上设有朝向所述连杆本体的第一凹陷部，所述第三凸起部上设有朝向所述连杆本体的第二凹陷部；

所述末端盘包括末端盘本体、以及从所述末端盘本体一端面向外侧凸起的第四凸起部；

所述第一凸起部与所述第一凹陷部连接形成第一转动副，所述第一转动副的转动轴线与基座盘本体的端面重合；所述第四凸起部与第二凹陷部连接形成第二转动副，所述第二转动副的转动轴线与末端盘本体的端面重合。

进一步的，所述第一凸起部包括半圆柱状凸起和档环；所述档环位于半圆柱状的侧面，用于阻挡第二凸起部的径向移动。

进一步的，所述的所述第一凸起部上开设有容纳所述第一丝穿过的第一槽，所述第一槽的轴向截面为梯形且所述梯形的下底远离所述基座盘本体。

进一步的，所述第一槽贯穿所述第一凸起部的两侧，并且所述第一槽的贯穿方向垂直于所述第二转动副的转动轴线。