CN211278470U - 一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，旨在为了实现两个实用新型目的，第一个是为了解决现在采用欠驱动的方式进行驱动，具有不灵巧的缺点，另一个实用新型目的是为了保证关节的运动过程中的力臂恒定，便于实际操控。该实用新型包括三节可相对转动的指节以及转动连接在指节之间的转动关节，转动关节包括腱绳固定轴、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接有转动滑轮和辅助滑轮，转动关节滑轮和辅助滑轮的外侧套设有腱绳，腱绳固定轴上设有通线孔，腱绳通过通线孔，腱绳端部直径较通线孔大。采用全驱动的方式驱动灵巧手，操纵性好；关节的运动过程中的力臂恒定，使控制器的输出量工作在合理的区间内。

Description

一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其是机器人灵巧手领域。

背景技术

目前腱传动的灵巧手主要是采用欠驱动的方式，即多个关节通过一个驱动器进行驱动。欠驱动的驱动方式虽然可以减少驱动器个数的优势，但是由于多个关节由单一驱动器进行驱动，多个关节运动之间存在一定的耦合问题，降低了灵巧手的灵巧程度。如果给每个关节架设一个驱动器，关节与关节运动之间仍然可能会无法避免耦合问题。关节之间驱动的耦合会导致控制***的复杂性上升、精确性下降等不良效果，甚至引起非目标关节的运动。

中国专利公开号CN109745157A，名称为“一种多关节仿生灵巧腱传动假手”，该申请案公开了一种多关节仿生灵巧腱传动假手，包括手掌腔体，手掌腔体上安装有多个多关节仿生手指，手掌腔体内设置有被动部分，手掌腔体外设置有能安装在手臂上且能以手臂关节相对转动作为动力来驱动被动部分逐渐推进的主动部分；主动部分与被动部分联动并通过腱传动部分带动多关节仿生手指，以使得假手上所有多关节仿生手指随着被动部分逐渐推进而逐渐地闭合或张开。它具有采用欠驱动方式进行联合，灵巧手的灵巧程度下降。

发明内容

本实用新型克服了现在的灵巧手具有采用欠驱动方式驱动不灵巧的问题，提供了一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，是为了实现一种力臂一致的全驱动灵巧手，该灵巧手较欠驱动灵巧手更灵活，在这个过程中保证关节的运动过程中的力臂恒定，便于实际操控，使得腱绳的位移与关节角位移的变化关系为线性关系，降低因被控对象的非线性特性会使得控制难度增加，使控制器的输出量工作在合理的区间内。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，包括三节可相对转动的指节以及转动连接在两两指节之间的两转动关节，转动关节包括与远离灵巧手根部的指节连接的腱绳固定轴、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接有转动滑轮和辅助滑轮，转动滑轮和辅助滑轮端面沿周向方向凸出形成线槽，辅助滑轮设置在转动滑轮下方，转动关节滑轮和辅助滑轮的外侧套设有腱绳，腱绳固定绕接在转动滑轮和辅助滑轮上，腱绳固定轴上设有通线孔，腱绳通过通线孔，腱绳端部直径较通线孔大。

本方案的每个关节均可以独立控制，且各手指之间没有相互的耦合关系，具有更好的操控性，较欠驱动的驱动方式更为灵巧，可以做出更多的运动。对于一个关节，其设置在两个指节之间，上方的指节铰接连接在下方指节上。具体的，上方的指节端部具有两个通孔，下方的指节也具有两个对应的凹槽，上方指节端部插装在下方指节中，并通过一个转轴连接，该转轴在两个通孔之间的间隙套装固定有转动滑轮。转动滑轮的正下方也具有同样的辅助滑轮，两滑轮的周向面在同一面上。滑轮的外缘两端高中间低形成过线的槽，该槽通过腱绳，腱绳包合在两个滑轮上，其端部向上伸出进入通线孔，通线孔设置在腱绳固定轴上，该腱绳固定轴固定连接在对应转动的关节上。腱绳的固定方式可以为其端部打结使得其直接变大，也可以套有直径比该结构通过腱绳的收缩实现对应关节的转动，同时，腱绳的两端设置在转动滑轮上，手指运动过程中，腱绳相对于手指关节的力臂始终保持不变，不会手指关节角度的变化而变化。如果没有腱绳固定轴，那么转动滑轮会受到相当巨大的负荷，寿命较短。

作为优选，所述转动滑轮和辅助滑轮均固定套装在转轴上，所述转轴转动连接在指节上。转轴与对应的滑轮之间通过键连接或者轴体为非对称形状，滑轮芯部具有对对应该滑轮的槽。

作为优选，远离指尖的转动关节的转轴和腱绳固定轴上设有用于通过腱绳的过线孔，所述腱绳穿过通线孔绕接固定在靠近指尖的转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上。下方的转轴和腱绳固定轴具有过线孔，该孔用于通过上方转动关节的腱绳，实现静态去耦合的基础。

作为优选，远离指尖的转动关节的转轴上在过线孔位置设有避让槽,避让槽设置在指尖的转动方向上，避让槽与过线孔连接处设有用于减少腱绳摩擦的弯角段，避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心。若没有避让槽，在下方关节转动时，腱绳会不可避免地与转轴产生干涉，该腱绳的偏转中心将为其与转轴的摩擦处，而不再是转轴轴心，造成耦合。避让槽一端设置在过线孔上，另一端贯通转轴，避让槽与转轴形成的弯曲段容易被腱绳接触，因此设置向外凸出的弯角段。弯角段可以减少腱绳收到的摩擦力和应力。而避让槽不但可以避免腱绳和过线孔的孔端部外缘的摩擦，而且可以保证腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心，实现去耦合。

作为优选，远离指尖的转动关节的转动滑轮连接有用于定位的轴套，轴套上设有用于通过腱绳的过线孔和避让槽，避让槽沿轴套的周向方向设置在指尖的转动方向上，避让槽远离过线孔的一端设有用于减少腱绳摩擦的弯角端，所述避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述轴套轴心。此处的避让槽起的目的与转轴上的避让槽一致，均是为了实现动耦合，避让槽沿轴套周向方向设置，其一端设置在过线孔上。

作为优选，转轴和指节之间设有轴向间隙。该轴向间隙可用于在于防止轴与关节之间因接触而导致的干涉问题，提高机械的可靠性。所述轴向间隙可进一步扩大，以便加装霍尔传感器或者回旋式变阻器以实现角位移的反馈。

作为优选，腱绳包括驱动腱绳和回复腱绳，所述驱动腱绳和回复腱绳包合在辅助滑轮的两侧上并从另一个方向包合在转动滑轮上，所述腱绳从对应的腱绳固定轴的通线孔通过。驱动腱绳和回复腱绳呈8字形包合在两滑轮上，两个腱绳包合的方向相反，采用两组滑轮是为了形成在转动滑轮上更大的包角，防止腱绳在运动过程中从滑轮上滑出。

作为优选，转轴两端细中间粗，转轴和指节之间设有轴承。轴承内圈和转轴固定连接，外圈与下方的指节过盈配合实现转轴相对指节转动。

作为优选，两转动关节间隔布置。上方的转动关节绕接的腱绳仅在一个平面内进行弯转，能更好的保证腱绳弯转时通过下方转轴的轴心，保证力臂一致。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）采用全驱动的方式驱动灵巧手，可以使得灵巧手更为灵活，具有更好的操纵性；（2）关节的运动过程中的力臂恒定，便于实际操控，使得腱绳的位移与关节角位移的变化关系为线性关系，降低因被控对象的非线性特性会使得控制难度增加，使控制器的输出量工作在合理的区间内；（3）在实现手指全驱动的同时，实现了手指各关节运动的无耦合，从而可以独立控制单个关节。

附图说明

图1是本实用新型的手指的局部剖视图；

图2是图1A-A处的放大图；

图3是图1B-B处的放大图；

图4是本实用新型的转动转轴的立体图；

图5是本实用新型相对图1垂直方向上的局部剖面图；

图6是本实用新型的转动滑轮的立体图；

图中：指节1，转动关节2，凹槽3，腱绳固定轴4，转动滑轮5，转动转轴6，辅助滑轮7，辅助转轴8，轴承9，腱绳10，通线孔11，过线孔12，驱动腱绳13，回复腱绳14，避让槽15，限位板16，弯角段17、轴套18。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：

一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，如图1所示，包括三节可相对转动的指节1以及转动连接在两两指节1之间的两转动关节2，指节1由两个对称的两个组件组合形成，这两个组件通过三个其上设置的固定孔和对应的螺钉固定连接。两个相连的指节1的上方指节1和下方指节1之间的铰接连接处具有两个相对设置的凹槽3，这两个凹槽3是为了减少两个指节1之间的接触面积，减小摩擦力，同时这两个凹槽3可以储蓄润滑油，减少磨损。如图2和3所示，转动关节2包括与远离灵巧手根部的指节1连接的腱绳固定轴4、所述远离灵巧手根部的指节1下方相邻的指节1上转动连接有转动滑轮5和辅助滑轮7，转动滑轮和辅助滑轮端面沿周向方向凸出形成线槽，线槽避免腱绳脱出。腱绳固定轴与上方的指节一体成型。所述转动滑轮5和辅助滑轮7均固定套装在转轴上，转动滑轮5所在的转轴为转动转轴6，辅助滑轮7所在的为辅助转轴8，这些转轴转动连接在指节1上。转动转轴6两端细中间粗，转轴和指节1之间设有轴承9。轴承9内圈和转轴固定连接，外圈与下方的指节1过盈配合实现转轴相对指节1转动。转轴与对应的滑轮之间通过键连接或者轴体为非对称形状，滑轮芯部具有对对应该滑轮的槽。

辅助滑轮7设置在转动滑轮5下方，转动关节2滑轮和辅助滑轮7的外侧套设有腱绳10，腱绳10固定绕接在转动滑轮5和辅助滑轮7上，腱绳固定轴4上设有通线孔11，腱绳10通过通线孔11，腱绳10端部直径较通线孔11大。如图3所示，远离指尖的转动关节2的转轴和腱绳固定轴4上设有用于通过腱绳10的过线孔12，所述腱绳10穿过通线孔11绕接固定在靠近指尖的转动关节2的转动滑轮5和辅助滑轮7上。下方的转轴和腱绳固定轴4具有贯通的过线孔12，该孔用于通过上方转动关节2的腱绳10，实现静态去耦合。如图5所示，腱绳10包括驱动腱绳13和回复腱绳14，所述驱动腱绳13和回复腱绳14包合在辅助滑轮7的两侧上并从另一个方向包合在转动滑轮5上，所述腱绳10从对应的腱绳固定轴4的通线孔11通过。驱动腱绳13和回复腱绳14呈8字形包合在两滑轮上，两个腱绳10包合的方向相反，采用两组滑轮是为了形成在转动滑轮5上更大的包角，防止腱绳10在运动过程中从滑轮上滑出。

如图4所示，远离指尖的转动关节的转轴上在过线孔位置设有避让槽,避让槽设置在指尖的转动方向上，避让槽与过线孔连接处设有用于减少腱绳摩擦的弯角段17，避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心。若没有避让槽，在下方关节转动时，腱绳会不可避免地与避让槽产生干涉，该腱绳的偏转中心将为其与转轴的摩擦处，而不再是转轴轴心，造成耦合。避让槽一端设置在过线孔上，另一端贯通转轴，避让槽与转轴形成的弯曲段17容易被腱绳接触，因此设置向外凸出的弯角段17。弯角段可以减少腱绳收到的摩擦力和应力。而避让槽不但可以避免腱绳和过线孔的孔端部外缘的摩擦，而且可以保证腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心，造成耦合。如图6所示，远离指尖的转动关节的转动滑轮连接有用于定位的轴套18，轴套18上设有用于通过腱绳的过线孔12和避让槽15，避让槽15沿轴套18的周向方向设置在指尖的转动方向上，避让槽远离过线孔的一端设有用于减少腱绳摩擦的弯角端17，所述避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述轴套轴心。此处的避让槽起的目的与转轴上的避让槽一致，均是为了实现动耦合，避让槽沿轴套周向方向设置，其一端设置在过线孔上。

转轴和指节1之间设有轴向间隙。该轴向间隙可用于在于防止轴与关节之间因接触而导致的干涉问题，提高机械的可靠性。所述轴向间隙可进一步扩大，以便加装霍尔传感器或者回旋式变阻器以实现角位移的反馈。滑轮轴连接有轴套，轴套连接在转轴上，因为过线孔同样经过该轴套，因此轴套上也具有对应的孔和避让槽。两转动关节2间隔布置。上方的转动关节2绕接的腱绳10仅在一个平面内进行弯转，能更好的保证腱绳10弯转时通过下方转轴的轴心，保证力臂一致。远离指尖的指节1称为近指端，该端在对应的转动关节2的下方具有对分别连接到两个转动关节2的腱绳10进行限位的限位板16，限位板16上分别具有两个用于通过不同转动关节2的孔。转动滑轮5和辅助滑轮7两端伸出形成避免脱线的线槽。

本方案的每个关节均可以独立控制，具有更好的操控性，较欠驱动的驱动方式更为灵巧，可以做出更多的运动。对于一个关节，其设置在两个指节之间，上方的指节铰接连接在下方指节上。具体的，上方的指节端部具有两个通孔，下方的指节也具有两个对应的凹槽，上方指节端部插装在下方指节中，并通过一个转轴连接，该转轴在两个通孔之间的间隙套装固定有转动滑轮。转动滑轮的正下方也具有同样的辅助滑轮，两滑轮的周向面在同一面上。滑轮的外缘两端高中间低形成过线的槽，该槽通过腱绳，腱绳包合在两个滑轮上，其端部向上伸出进入通线孔，通线孔设置在腱绳固定轴上，该腱绳固定轴固定连接在对应转动的关节上。腱绳的固定方式可以为其端部打结使得其直接变大，也可以套有直径比该结构通过腱绳的收缩实现对应关节的转动，同时，腱绳的两端设置在转动滑轮上，力臂一致，回复和驱动的力一致。如果没有腱绳固定轴，那么转动滑轮会受到相当巨大的负荷，寿命较短。

以上所述的实施例只是本实用新型的较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，包括三节可相对转动的指节以及转动连接在两两指节之间的两转动关节，其特征在于，转动关节包括与远离灵巧手根部的指节连接的腱绳固定轴、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接的转动滑轮和辅助滑轮，转动滑轮和辅助滑轮端面沿周向方向凸出形成线槽，辅助滑轮设置在转动滑轮下方，转动关节滑轮和辅助滑轮的外侧套设有腱绳，腱绳固定绕接在转动滑轮和辅助滑轮上，腱绳固定轴上设有通线孔，腱绳通过通线孔，腱绳端部直径较通线孔大。

2.根据权利要求1所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，所述转动滑轮和辅助滑轮均固定套装在转轴上，所述转轴转动连接在指节上。

3.根据权利要求2所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，远离指尖的转动关节的转轴和腱绳固定轴上设有用于通过腱绳的过线孔，所述腱绳穿过通线孔绕接固定在靠近指尖的转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上。

4.根据权利要求2所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，转轴和指节之间设有轴向间隙。

5.根据权利要求1所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，腱绳包括驱动腱绳和回复腱绳，所述驱动腱绳和回复腱绳包合在辅助滑轮的两侧上并从另一个方向包合在转动滑轮上，所述腱绳从对应的腱绳固定轴的通线孔通过。

6.根据权利要求2所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，转轴两端细中间粗，转轴和指节之间设有轴承。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种应用于机器人灵巧手的两自由度关节，其特征是，两转动关节间隔布置。

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