CN113305828B - 一种软体机器人的线驱控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软体机器人的线驱控制器，涉及智能机械人技术领域。该软体机器人的线驱控制器包括基板和多个旋转模块；多个旋转模块呈行列分布设置在基板的一个侧面上，旋转模块包括相互连接的主动轮和惰轮，惰轮用于改变主动轮的旋转方向；主动轮的环面上设置有两个环槽，两个环槽均绕主动轮的周向设置，两个环槽之间设置有贯通孔，贯通孔用于连接两个环槽上的线驱缆绳。本发明的软体机器人的线驱控制器，利用可改变主动轮旋转方向的惰轮和通过贯通孔连接同一根线驱缆绳的两个环槽，仅控制驱动主动轮的正反旋转即可实现任一根手指上线驱缆绳的抽拉和推送。

Description

一种软体机器人的线驱控制器

技术领域

本发明涉及智能机械人技术领域，具体而言，涉及一种软体机器人的线驱控制器。

背景技术

现有的软体机器人的线驱控制模块一般采用涡轮蜗杆的电机减速驱动模块，仅能够在电机一个旋转方向上实现线驱缆绳的抽拉控制，无法实现线驱缆绳在推送过程中的同步（缆绳移动的速率一致而方向相反）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软体机器人的线驱控制器，有助于解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种软体机器人的线驱控制器，其包括基板和多个旋转模块；多个所述旋转模块呈行列分布设置在所述基板的一个侧面上，所述旋转模块包括相互连接的主动轮和惰轮，所述惰轮用于改变所述主动轮的旋转方向；所述主动轮的环面上设置有两个环槽，两个所述环槽均绕所述主动轮的周向设置，两个所述环槽之间设置有贯通孔，所述贯通孔用于连接两个环槽上的线驱缆绳。

上述软体机器人的线驱控制器，利用惰轮可按控制需求改变主动轮的旋转方向，而在主动轮上设置两个环槽，且两个环槽通过贯通孔可连接同一根线驱缆绳，当将线驱缆绳在两个环槽上按照相反方向绕设时，即可控制驱动主动轮的正反旋转实现任一根手指上线驱缆绳的抽拉和推送，同时，该抽拉和推动的行程和速率均相等而方向相反。

进一步地，所述贯通孔沿两个所述环槽的切线方向延伸。其技术效果在于：切线方向延伸的贯通孔对线驱缆绳的附加作用力小，能够在较小的电机功效下完成所需的线驱控制。

进一步地，所述贯通孔呈U型设置。其技术效果在于：U型设置的贯通孔使得线驱缆绳在两个环槽之间连接的一段形成平滑相接的结构，便于穿线安装且在驱动电机的控制过程中稳定性较高。

进一步地，所述旋转模块上还设置有驱动电机，所述驱动电机与所述主动轮连接。其技术效果在于：驱动电机设置在旋转模块上，与主动轮的控制距离较短，可免去其他连接结构，简化整个线驱控制器的结构。

进一步地，所述驱动电机为直流电机。其技术效果在于：与交流电机相比，直流电机具有良好的启动特性和调速特性以及较大的转矩，对于手指康复训练的控制具有重要的作用。

进一步地，所述旋转模块上还设置有位置控制机构，所述位置控制机构用于限定所述主动轮的旋转角度。其技术效果在于：由于手指的活动范围具有一定限度，采用相关机构限定主动轮的转动角度，能够避免主动轮转动角度超出设计范围，防止出现手指控制弯曲角度过大的问题。

进一步地，所述位置控制机构包括限位凸块和扇形缺口，所述限位凸块、所述扇形缺口分别设置在所述主动轮和所述基板上，所述限位凸块位于所述扇形缺口中。其技术效果在于：利用物理结构的限位凸块和扇形缺口，可实现机械式控制主动轮的旋转角度，避免电机控制可能出现的电器故障。

进一步地，还包括所述线驱缆绳，所述线驱缆绳朝相反的方向分别绕设在两个所述环槽中。其技术效果在于：线驱缆绳实现了软体机器人的长距离柔性控制。

进一步地，一个所述旋转模块中的两个所述线驱缆绳朝相互平行的方向引出。其技术效果在于：两个线驱缆绳从旋转模块中分别沿两个环槽的切线方向引出时，还可以由惰轮进行改变方向，两个线驱缆绳朝同一个方向平行引出，方便了共面操作，且多组线驱缆绳的整体安装空间较小。

进一步地，所述线驱缆绳由七股金属线缆绕制而成；所述金属线缆由十九根不锈钢丝绕制而成；或者，所述线驱缆绳包括皮套和包芯；所述皮套包裹所述包芯，所述皮套和所述包芯均由高分子聚乙烯材料制作。其技术效果在于：线驱缆绳优选采用不锈钢丝或者高分子聚乙烯材料，适应性更强，满足了多场景的特殊要求。

进一步地，还包括电路过载保护模块；所述电路过载保护模块设置在所述基板上。其技术效果在于：电路过载保护模块给手指控制带来安全保障，提高设备的使用安全性。同时多个旋转模块的缆线汇聚在此电路过载保护模块上，便于控制和接线，而外部控制电缆也通过电路过载保护模块接入装置。

进一步地，还包括防护罩；所述防护罩设置在所述基板上，用于罩在所述旋转模块的上方。其技术效果在于：防护罩起隔离和防静电保护的效果，对内部的旋转模块和线驱缆绳起保护作用。

本发明的有益效果是：

本发明的软体机器人的线驱控制器，利用可改变主动轮旋转方向的惰轮和通过贯通孔连接同一根线驱缆绳的两个环槽，仅控制驱动主动轮的正反旋转即可实现任一根手指上线驱缆绳的抽拉和推送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的软体机器人的线驱控制器的外部结构示意图；

图2为本发明提供的软体机器人的线驱控制器的内部结构示意图；

图3为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块的第一视角结构示意图；

图4为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块的第二视角结构示意图；

图5为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块的第三视角结构示意图；

图6为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮的第一视角结构示意图；

图7为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮的俯视图；

图8为图7中的K-K向剖视图；

图9为图7中的P-P向剖视图；

图10为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮的第二视角结构示意图；

图11为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮的第三视角结构示意图；

图12为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块卸下主动轮后的结构示意图。

图标：100-基板；200-旋转模块；210-主动轮；211-环槽；220-惰轮；230-贯通孔；240-线驱缆绳；250-驱动电机；260-限位凸块；270-扇形缺口；280-盖板；300-电路过载保护模块；400-防护罩；500-保护盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和标注的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本发明提供的软体机器人的线驱控制器的外部结构示意图；图2为本发明提供的软体机器人的线驱控制器的内部结构示意图；图3为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块200的第一视角结构示意图；图4为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块200的第二视角结构示意图；图5为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块200的第三视角结构示意图；图6为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮210的第一视角结构示意图；图7为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮的俯视图；图8为图7中的K-K向剖视图；图9为图7中的P-P向剖视图；图10为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮210的第二视角结构示意图；图11为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的主动轮210的第三视角结构示意图；图12为本发明提供的软体机器人的线驱控制器中的旋转模块200卸下主动轮210后的结构示意图。

请参照图1~图10，本实施例提供一种软体机器人的线驱控制器，其包括基板100和多个旋转模块200。

其中，多个旋转模块200呈行列分布设置在基板100的一个侧面上，旋转模块200包括相互连接的主动轮210和惰轮220，惰轮220用于改变主动轮210的旋转方向；主动轮210的环面上设置有两个环槽211，两个环槽211均绕主动轮210的周向设置，两个环槽211之间设置有贯通孔230，贯通孔230用于连接两个环槽211上的线驱缆绳240。

在上述结构中，如图2所示，旋转模块200的数量为5个，分别对应人的一个手的5根手指，其中惰轮220可以通过轮齿结构与主动轮210啮合，也可以通过皮带实现转动连接，还可以通过线驱缆绳240进行连接，以达到惰轮220改变主动轮210旋转方向的目的。

其中，主动轮210可通过盖板280以及带垫片的螺钉进行轴向定位，并限制线驱缆绳240的活动范围，优选地，盖板280与主动轮210之间再设置台阶结构形式的限位结构。

另外，主动轮210与基板100之间留有小于线驱缆绳240的直径的间隙，同时保证主动轮210的圆度和主动轮210与基板100之间的装配同轴度，确保主动轮210运行平滑，避免运转卡顿。

本实施例的软体机器人的线驱控制器的工作原理如下：

软体机器人的线驱控制器利用惰轮220可按控制需求改变主动轮210的旋转方向，而在主动轮210上设置两个环槽211，且两个环槽211通过贯通孔230可连接同一根线驱缆绳240，当将线驱缆绳240在两个环槽211上按照相反方向绕设时，即可控制驱动主动轮210的正反旋转实现任一根手指上线驱缆绳240的抽拉和推送，同时，该抽拉和推动的行程和速率均相等而方向相反。

在至少一个实施例中，如图6、图7、图8、图9所示，进一步地，贯通孔230沿两个环槽211的切线方向延伸。其中，贯通孔230可以是S型弯曲的孔，也可以是弧形通孔，以保证孔的两端分别都和两个环槽211切向相通。此时，切线方向延伸的贯通孔230对线驱缆绳240的附加作用力小，能够在较小的电机功效下完成所需的线驱控制。

在至少一个实施例中，如图5、图6、图7、图8、图9所示，进一步地，贯通孔230呈U型设置。其中，呈U型结构的贯通孔230的两个端口位于不同的平面内。此时，U型设置的贯通孔230使得线驱缆绳240在两个环槽211之间连接的一段形成平滑相接的结构，便于穿线安装且在驱动电机250的控制过程中稳定性较高。

在至少一个实施例中，如图2、图3、图4、图5所示，进一步地，旋转模块200上还设置有驱动电机250，驱动电机250与主动轮210连接。在该设计中，驱动电机250设置在旋转模块200上，与主动轮210的控制距离较短，可免去其他连接结构，简化整个线驱控制器的结构。

在至少一个实施例中，如图2、图3、图4、图5所示，进一步地，驱动电机250为直流电机。与交流电机相比，直流电机具有良好的启动特性和调速特性以及较大的转矩，对于手指康复训练的控制具有重要的作用。

需要说明的是，旋转模块200上还设置有信号模块以及三级平行轴齿轮箱，分别用于采集主动轮210的旋转状态信息以及改变输出转速和扭矩。其中，直流电机与主动轮210之间可通过法兰进行连接。

在至少一个实施例中，如图11、图12所示，进一步地，旋转模块200上还设置有位置控制机构，位置控制机构用于限定主动轮210的旋转角度。位置控制机构对主动轮210的旋转角度可采用电机的控制行程来限定，也可以采用机械结构进行限定。位置控制机构的设置能够避免线驱缆绳240的多圈重叠磨损，确保线驱缆绳240的使用可靠性。此时，由于手指的活动范围具有一定限度，采用相关机构限定主动轮210的转动角度，能够避免主动轮210转动角度超出设计范围，防止出现手指控制弯曲角度过大的问题。

在至少一个实施例中，如图11、图12所示，进一步地，位置控制机构包括限位凸块260和扇形缺口270，限位凸块260、扇形缺口270分别设置在主动轮210和基板100上，限位凸块260位于扇形缺口270中。利用物理结构的限位凸块260和扇形缺口270，可实现机械式控制主动轮210的旋转角度，避免电机控制可能出现的电器故障。

在至少一个实施例中，如图2所示，进一步地，还包括线驱缆绳240，线驱缆绳240朝相反的方向分别绕设在两个环槽211中。其中，线驱缆绳240可选择由不锈钢制作，也可以采用高分子聚乙烯材料制作。不锈钢的线驱缆绳240由七股金属线缆绕制而成，每一根金属线缆由十九根不锈钢丝绕制而成。经过试验得到一种选材为：选用SUS304不锈钢丝，其尺寸数据为7x19x0.04mm，19根1股，共7股；外径0.6mm。

高分子聚乙烯的线驱缆绳包括高分子聚乙烯材料的皮套和包芯，皮套包裹包芯，其中皮套选用16编的200D的纤维丝，包芯采用2根400D的纤维丝。

优选地，一个旋转模块200中的两个线驱缆绳240朝相互平行的方向引出。可以由惰轮220进行改变方向，方便了共面操作，且多组线驱缆绳240的整体安装空间较小。

在至少一个实施例中，如图2所示，进一步地，还包括电路过载保护模块300；电路过载保护模块300设置在基板100上，提高可设备的使用安全性。同时多个旋转模块200的缆线汇聚在此电路过载保护模块300上，便于控制和接线，而外部控制电缆也通过电路过载保护模块300接入装置。

在至少一个实施例中，如图1、图2所示，进一步地，还包括防护罩400；防护罩400设置在基板100上，用于罩在旋转模块200的上方。可选地，防护罩400通过六角铜螺柱安装在基板100的腰型孔中，腰型孔用于防止铜螺柱的转动。进一步地，防护罩400的上方还应设置装置的保护盖500，保护盖500采用中空单面开口的T型结构，用于线路***的缓冲。

另外，线驱控制器还设置有惰轮220过线块和主动轮210过线块，分别对应于惰轮220和主动轮210，用于对线缆进行导向。其中，惰轮220过线块的过线孔轴线与主动轮210一个环槽211的切线、惰轮220轮槽的切线重合，能够保证线驱缆绳240在运行过程中不与孔壁摩擦。而主从轮过线块优选采用C型槽结构，以解决细长孔的加工工艺性问题。

通过上述结构设计，线驱缆绳240从主动轮210的第一个环槽211的切线方向进入主动轮210的第一个环槽211，通过U型结构的贯通孔230的引导，经过带垫片螺钉进入主动轮210的第二个环槽211，而后沿着主动轮210和惰轮220的共切线方向进入惰轮220的轮槽，最后从过线孔离开旋转模块200。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种软体机器人的线驱控制器，其特征在于，包括基板（100）和多个旋转模块（200）；多个所述旋转模块（200）呈行列分布设置在所述基板（100）的一个侧面上，所述旋转模块（200）包括相互连接的主动轮（210）和惰轮（220），所述惰轮（220）用于改变所述主动轮（210）的旋转方向；所述主动轮（210）的环面上设置有两个环槽（211），两个所述环槽（211）均绕所述主动轮（210）的周向设置，两个所述环槽（211）之间设置有贯通孔（230），所述贯通孔（230）用于连接两个环槽（211）上的线驱缆绳（240）；还包括所述线驱缆绳（240），所述线驱缆绳（240）朝相反的方向分别绕设在两个所述环槽（211）中。

2.根据权利要求1所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述贯通孔（230）沿两个所述环槽（211）的切线方向延伸。

3.根据权利要求2所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述贯通孔（230）呈U型设置。

4.根据权利要求1所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述旋转模块（200）上还设置有驱动电机（250），所述驱动电机（250）与所述主动轮（210）连接。

5.根据权利要求4所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述驱动电机（250）为直流电机。

6.根据权利要求1所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述旋转模块（200）上还设置有位置控制机构，所述位置控制机构用于限定所述主动轮（210）的旋转角度。

7.根据权利要求6所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述位置控制机构包括限位凸块（260）和扇形缺口（270），所述限位凸块（260）、所述扇形缺口（270）分别设置在所述主动轮（210）和所述基板（100）上，所述限位凸块（260）位于所述扇形缺口（270）中。

8.根据权利要求1所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，一个所述旋转模块（200）中的两个所述线驱缆绳（240）朝相互平行的方向引出。

9.根据权利要求1所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，所述线驱缆绳由七股金属线缆绕制而成；所述金属线缆由十九根不锈钢丝绕制而成；或者，所述线驱缆绳包括皮套和包芯；所述皮套包裹所述包芯，所述皮套和所述包芯均由高分子聚乙烯材料制作。

10.根据权利要求1~7任一项所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，还包括电路过载保护模块（300）；所述电路过载保护模块（300）设置在所述基板（100）上。

11.根据权利要求1~7任一项所述的软体机器人的线驱控制器，其特征在于，还包括防护罩（400）；所述防护罩（400）设置在所述基板（100）上，用于罩在所述旋转模块（200）的上方。

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