一种适用于线驱动机械臂的被动柔顺装置的制作方法

1.本实用新型涉及机械臂领域，尤其涉及一种适用于线驱动机械臂的被动柔顺装置。


背景技术：

2.人机交互技术一直以来是科学界研究的热点，因为它是推动传统工业机器人边界的一个关键特征。线驱动机械相对于其他机械臂来说，具有低摩擦、低惯量、柔顺性不错的特性，因此，现在主要改进方向在提高机械臂的刚性上，例如，专利cn211682200u，虽然显著改善了线驱动机械臂的刚性，但是也影响了其柔性性能。


技术实现要素：

3.本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种适用于线驱动机械臂的被动柔顺装置，应用在线驱动机械臂中，可以显著改善其被动柔顺性。
4.本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
5.一种适用于线驱动机械臂的被动柔顺装置，包括两个相对设置的第一安装座和第二安装座，所述第一安装座和所述第二安装座之间并联设有气动阻尼杆和弹簧，所述第一安装座或/和所述第二安装座上连接有绳固定部。
6.线驱动机械臂的肘关节和腕关节可根据需要设置被动柔顺装置，以肘关节为例，肘关节采用单自由度关节，其具有相互配合的固定部和旋转部，以及驱动绳，通过驱动绳接受驱动力实现旋转部沿固定部转动，从而实现肘关节的转动。其中，驱动绳为循环驱动，采用其直接驱动肘关节，可以满足肘关节刚性需求，但是其使用时因为惯量影响和柔性差等问题，导致使用效果不够好。本技术的被动柔顺装置，可以与驱动绳配合使用，显著提高肘关节作用柔顺性。
7.使用方案一：在驱动绳中连接有两个被动柔顺装置，两个被动柔顺装置呈反向作用连接在驱动绳中，具体的，通过被动柔顺装置的第一安装座和第二安装座的绳固定部使其连接在驱动绳中，此时弹簧一直处于拉伸状态。工作时，驱动绳接收一个方向的驱动力时，其中一个被动柔顺装置的气动阻尼杆和弹簧降低其伸长方向的惯量，此时弹簧被进一步拉伸，气动阻尼杆伸长；另一个被动柔顺装置的气动阻尼杆和弹簧降低其回缩方向的惯量，此时拉伸状态的弹簧在回复力作用下回缩，同时带动气动阻尼杆回缩。由于气动阻尼杆具有近乎线性的弹性曲线，且作用速度相对缓慢、动态力变化不大，其与弹簧配合使用，能够在肘关节作用时对其缓冲，使驱动绳能一直保持紧绷状态，降低了关节作用时的惯量影响，显著提高了肘关节作用的柔顺性，从而使机械臂获得较好的被动柔顺功能。驱动绳接收另一个方向的驱动力时，两个被动柔顺装置反向作用。
8.使用方案二：在驱动绳末端连接两个被动柔顺装置，被动柔顺装置的第一安装座和第二安装座中，其中一个可以连接在机械臂的机架上，另一个设有绳固定部与驱动绳末端固接，(1)连接时若驱动绳处于弹簧的延长线方向被连接时，使弹簧一直处于拉伸状态连
接其中，此时肘关节作用原理与使用方案一相同。(2)连接时若驱动绳与弹簧有重叠，使弹簧一直处于压缩状态连接其中，即采用压缩弹簧，为了方便描述使用过程，使被动柔顺装置的第一安装座设有绳固定部与驱动绳末端相连，第二安装座与机械臂的机架相连。进一步的，第二安装座上设有供线驱动机械臂的驱动绳穿过的限位孔，所述限位孔的开设方向与所述气动阻尼杆或压缩弹簧的作用方向相同，具体连接时，使弹簧一端连接在第一安装座上，另一端经过第二安装座的限位孔后与肘关节连接。使用时，在驱动绳接收一个方向的驱动力时，对于其中一个被动柔顺装置，驱动绳拉第一安装座，使得弹簧进一步被压缩，气动阻尼杆伸长；对于另一个被动柔顺装置，压缩状态的弹簧在其回复力作用下回缩拉紧驱动绳，同时推动气动阻尼杆回缩。驱动绳接收另一个方向的驱动力时，两个被动柔顺装置反向作用。
9.在一个示例中，在(2)的基础上，所述压缩弹簧设有一个，所述气动阻尼杆设有两个并分设于所述压缩弹簧的两侧，所述压缩弹簧置于所述绳固定部和所述限位孔之间，具体安装时驱动绳可以穿设于压缩弹簧中，使得被动柔顺装置可以随驱动绳更稳定的发挥作用。
10.在一个示例中，还包括用于固定在驱动绳上的绳限位部，所述绳限位部置于第一安装座和第二安装座之间，所述绳限位部距离第二安装座的最远距离不大于所述气动阻尼杆能够输出的长度。绳限位部在使用时固定在驱动绳上，其作用是为了保护气动阻尼杆，避免气动阻尼杆回缩时其端部碰撞外缸。
11.在一个示例中，绳限位部可以采用但不局限于以下结构：所述绳限位部包括开设有通孔的限位块，所述限位块的一侧开设有螺钉孔，所述螺钉孔内连接有内六角锁紧定螺钉或普通螺钉。
12.在一个示例中，所述气动阻尼杆的两端分别与所述第一安装座和所述第二安装座铰接。
13.在一个示例中，所述气动阻尼杆的输出端与所述第一安装座铰接，以便采用使用方案二(2)的情况时，第一安装座端较轻一些，作用更稳定一些。
14.在一个示例中，所述绳固定部包括开设有通孔的固定块，所述固定块的一侧开设有螺钉孔，所述螺钉孔内连接有内六角锁紧定螺钉。
15.在一个示例中，除了可以将固定块焊接或螺钉固定在第一安装座或第二安装座上，还可以采用以下方式固定：在第一安装座或第二安装座上开设有固定孔，所述绳固定部抵接于固定孔一侧设置即可，例如对于使用方案二的(1)，绳固定部置于靠近弹簧的一侧；对于(2)，绳固定部置于远离弹簧的一侧。
16.本实用新型采用上述技术方案，所具有的优点是：
17.1、本技术被动柔顺装置，应用在线驱动机械臂的关节中时，通过气动阻尼杆和弹簧的并联作用，在关节作用时对其起到较为平稳的缓冲作用，降低了关节作用时的惯量影响，显著提高了关节作用时的柔顺性，从而使机械臂获得较好的被动柔顺功能。
18.2、被动柔顺装置，通过弹簧个数和气动阻尼杆个数配置，可以改善其作用稳定性；绳限位部的设置，可以保护气动阻尼杆；绳限位部和绳固定部的结构设置，方便安装和维护。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例1应用的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例2应用的结构示意图；
21.图3为图2中被动柔顺装置与驱动绳配合结构示意图；
22.图4为图3中绳固定部结构示意图。
23.图中，1、第一安装座，2、第二安装座，3、气动阻尼杆，4、弹簧，5、绳固定部，6、驱动绳，7、绳限位部，8、肘关节；11、固定孔，21、限位孔，51、固定块，52、内六角紧定螺钉。
具体实施方式
24.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本实用新型进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
25.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
28.下面简单介绍下线驱动机械臂所存缺陷：以肘关节为例，肘关节采用单自由度关节，其具有相互配合的固定部和旋转部，以及驱动绳，通过驱动绳接受驱动力实现旋转部沿固定部转动，从而实现肘关节的转动。其中，驱动绳为循环驱动，采用其直接驱动肘关节，可以满足肘关节刚性需求，但是其使用时因为惯量影响和柔性差等问题，导致使用效果不够好。本技术的被动柔顺装置，可以与驱动绳配合使用，显著提高肘关节作用柔顺性。具体实施时线驱动机械臂的肘关节和腕关节可根据需要设置被动柔顺装置。
29.实施例1:
30.如图1所示，本实施例中，该适用于线驱动机械臂的被动柔顺装置，包括两个相对设置的第一安装座1和第二安装座2，所述第一安装座1和所述第二安装座2之间并联设有气动阻尼杆3和弹簧4，所述第一安装座1或所述第二安装座2上连接有绳固定部5。
31.使用时：在驱动绳6末端连接有两个被动柔顺装置，两个被动柔顺装置呈反向作用应用连接，具体的被动柔顺装置的第一安装座1和第二安装座2中，其中一个可以连接在机械臂的机架上，另一个设有绳固定部5与驱动绳6末端固接，连接时驱动绳6处于弹簧的延长线方向被连接，此时弹簧4一直处于拉伸状态连接其中，即为拉伸弹簧。工作时，驱动绳6接收一个方向的驱动力时，其中一个被动柔顺装置的气动阻尼杆3和弹簧4降低其伸长方向的惯量，此时弹簧被进一步拉伸，气动阻尼杆伸长；另一个被动柔顺装置的气动阻尼杆3和弹簧4降低其回缩方向的惯量，此时拉伸状态的弹簧4在回复力作用下回缩，同时带动气动阻尼杆3回缩。由于气动阻尼杆3具有近乎线性的弹性曲线，且作用速度相对缓慢、动态力变化不大，其与弹簧配合使用，能够在肘关节8作用时对其缓冲，使驱动绳能一直保持紧绷状态，降低了关节作用时的惯量影响，显著提高了肘关节作用的柔顺性，从而使机械臂获得较好的被动柔顺功能。驱动绳6接收另一个方向的驱动力时，两个被动柔顺装置反向作用。
32.实施例2：
33.如图2
‑
4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，所述第一安装座1上设有绳固定部5，所述第二安装座2上设有供线驱动机械臂的驱动绳6穿过的限位孔21，所述限位孔21的开设方向与所述气动阻尼杆3或弹簧4的作用方向相同，所述弹簧4应用在线驱动机械臂中时为压缩弹簧。
34.使用时：在驱动绳6末端连接两个被动柔顺装置，被动柔顺装置的第一安装座1和第二安装座2中，其中一个可以连接在机械臂的机架上，另一个设有绳固定部5与驱动绳6末端固接，为了方便描述使用过程，使被动柔顺装置的第一安装座1设有绳固定部5与驱动绳6末端相连，第二安装座2与机械臂的机架相连，压缩弹簧一端连接在第一安装座1上，另一端经过第二安装座2的限位孔后与机械臂的肘关节连接。工作时，在驱动绳6接收一个方向的驱动力时，对于其中一个被动柔顺装置，驱动绳6拉第一安装座1，使得弹簧4进一步被压缩，气动阻尼杆伸长；对于另一个被动柔顺装置，压缩状态的弹簧在其回复力作用下回缩拉紧驱动绳6，同时推动气动阻尼杆3回缩。驱动绳6接收另一个方向的驱动力时，两个被动柔顺装置反向作用。
35.进一步的，所述压缩弹簧设有一个，所述气动阻尼杆3设有两个并分设于所述压缩弹簧的两侧，所述压缩弹簧置于所述绳固定部5和所述限位孔21之间，具体安装时驱动绳6可以穿设于压缩弹簧中，使得被动柔顺装置可以随驱动绳更稳定的发挥作用。
36.进一步的，被动柔顺装置还包括用于固定在驱动绳6上的绳限位部7，所述绳限位部7置于第一安装座1和第二安装座2之间，所述绳限位部7距离第二安装座2的最远距离不大于所述气动阻尼杆3能够输出的长度。绳限位部7在使用时固定在驱动绳6上，其作用是为了保护气动阻尼杆3，避免气动阻尼杆3回缩时其端部碰撞其外缸。
37.进一步的，绳限位部7和绳固定部5可以采用但不局限于以下结构：绳限位部包括开设有通孔的限位块，限位块的一侧开设有螺钉孔，螺钉孔内连接有内六角锁紧定螺钉。绳固定部5包括开设有通孔的固定块51，固定块51的一侧开设有螺钉孔，螺钉孔内连接有内六
角锁紧定螺钉52。
38.进一步的，气动阻尼杆3的两端分别与第一安装座1和第二安装座2铰接。
39.进一步的，气动阻尼杆3的输出端与第一安装座1铰接，第一安装座1端较轻一些，机械臂作用更稳定一些。
40.进一步的，除了可以将固定块51焊接或螺钉固定在第一安装座1，还可以采用以下方式固定：在第一安装座1开设有固定孔11，被动柔顺装置应用时，绳固定部置于远离弹簧的固定孔一侧，便于安装维护。
41.上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
42.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。