一种二自由度复合柔性仿生球窝关节，属于机器人技术领域。包括球窝底座、球窝、球头、第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构、输出轴、气动波纹管、驱动电机和气泵；球窝底部与球窝底座固连，球头与球窝配合，球头可在球窝内转动，输出轴与球头固连；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构分别连接在球窝、球窝底座和球头上，共同驱动球头输出轴绕球窝的二自由度旋转；通过绳索驱动关节转动，通过气动软体结构改变关节刚度，绳索驱动和气动驱动这种复合驱动方式使得关节结构紧凑并具有较大的运动范围和关节柔性，提升了球窝关节的运动性能。提升了球窝关节的运动性能。提升了球窝关节的运动性能。
【技术实现步骤摘要】
一种二自由度复合柔性仿生球窝关节
所属
[0001]本专利技术属于机器人
，特别是涉及一种二自由度复合柔性仿生球窝关节。
技术介绍
[0002]目前，随着机器人技术的不断发展，机器人关节也呈现出多样化的需求。传统的机器人关节采用驱动器串联，每个驱动器驱动机器人的一个自由度，串联机构虽然运动范围大、控制方便，但是串联机构的驱动器安装在每个运动杆件上，导致机器人整体的惯性大，刚度小，在运动时容易发生抖动，难以精确控制。不同于串联机构开环的运动链，并联机构的运动杆件组成一个封闭的运动链，这种结构提高了机器人的关节刚度和运动稳定性，但是并联机构体积大，运动范围小，结构不够紧凑；传统的机械球窝关节虽然结构紧凑，但是运动范围小，不具有柔性。
技术实现思路
[0003]为了克服上述现有技术的不足，避免串联和并联机构自身固有的局限性，本专利技术提供了一种二自由度复合柔性仿生球窝关节，该关节通过对动物关节的仿生设计，使用绳索驱动和气动驱动的复合驱动，实现了关节的大运动范围和柔性可变刚度，该关节可作为机器人关节，提高机器人的运动性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种二自由度复合柔性仿生球窝关节，包括球窝底座、球窝、球头、第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构、输出轴、气动波纹管、驱动电机和气泵；球窝底部与球窝底座固连，球头与球窝配合，球头可在球窝内转动；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构分别连接在球窝、球窝底座和球头上；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构共同驱动球头绕球窝的三自由度旋转。
[0006]所述第一偏转驱动结构包括第一限位件、第二限位件、气动波纹管、第一转盘结构、第一连接件、偏转驱动绳索、限位绳索、第一绞盘、驱动电机和气泵。
[0007]所述第一限位件包括底部绳索限位件、底部软体限位件、短销轴和长销轴；底部绳索限位件设有三个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第一个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第二个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内；两个底部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧，底部软体限位件可绕长销轴转动。
[0008]进一步的，所述底部绳索限位件内外两侧各有一轴孔，分别通过销轴与球窝上的轴孔和对应球窝底座上的轴孔配合，轴线穿过球窝中心，底部绳索限位件可绕该轴线转动。
[0009]所述第二限位件包括顶部绳索限位件、顶部软体限位件、短销轴、长销轴和滚珠；顶部绳索限位件设有三个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第一个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第二个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内；两个顶部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧，顶部软体限位件可绕长销轴转动；顶部绳索限位件内侧安装四个滚珠，顶部绳索限位件通过滚珠与球头配合，顶部绳索限位件可
在球头上滑动。
[0010]所述第一转盘结构包括第一转盘、转动轴承、第一定位销轴和第二定位销轴；第一转盘对侧各有一轴孔，第一、第二定位销轴分别固定在轴孔内，第一转盘中心固定一转动轴承，轴承与球头上的输出轴配合，第一转盘可绕球头的输出轴转动。
[0011]所述第一偏转驱动结构，偏转驱动绳索一端连接第一转盘结构的第一定位销轴，穿过第二限位件的顶部绳索限位件并绕过其内的第一短销轴，再穿过第一限位件的底部绳索限位件并绕过其内的第一短销轴，然后从球窝底座穿出，固定并缠绕在第一绞盘内的大绞盘上；与上述穿绳方式相同，偏转驱动绳索另一端连接第一转盘结构的第二定位销轴，随后依次穿过另一侧的第二限位件、第一限位件和球窝底座，固定并缠绕在第一绞盘内的大绞盘上。
[0012]所述第一偏转驱动结构，限位绳索一端连接第二限位件内顶部绳索限位件的第二短销轴，穿过第一限位件的底部绳索限位件并绕过其内的第二短销轴，然后从球窝底座穿出，固定并缠绕在第一绞盘内的小绞盘上；与上述穿绳方式相同，限位绳索另一端连接另一侧第二限位件内顶部绳索限位件的第二短销轴，依次穿过另一侧的第一限位件和球窝底座，固定并缠绕在第一绞盘内的小绞盘上。
[0013]所述第一偏转驱动结构，顶部绳索限位件设有螺栓孔，两个第一连接件通过螺栓分别连接在对侧的顶部绳索限位件的两侧，将对侧的两个第二限位件固连，通过给定第一连接件的尺寸参数，使得两个第二限位件的初始位置分别平分第一转盘限位销轴轴心和球窝中心的连接线与第一限位件绕球窝旋转轴线的夹角。
[0014]进一步的，所述两个第一连接件形成一滑槽，球头的输出轴可在滑槽内滑动。
[0015]所述第一偏转驱动结构，驱动电机驱动第一绞盘旋转，第一绞盘同时拉动偏转驱动绳索和限位绳索，一方面拉动偏转驱动绳索带动球头绕球窝偏转；另一方面拉动限位绳索带动两个第二限位件绕球头偏转。
[0016]进一步的，所述第一绞盘的小绞盘直径为大绞盘的一半，在绞盘拉动偏转驱动绳索和限位绳索转动时，限位绳索所连接的第二限位件始终平分第一转盘限位销轴轴心和球窝中心的连接线与第一限位件绕球窝旋转轴线的夹角。
[0017]所述第一偏转驱动结构，四个气动软体波纹管顶部分别与四个顶部软体限位件固连，底部分别与四个底部软体限位件固连，四个气动软体波纹管底部的通气管分别穿过四个底部软体限位件连接到气泵上。
[0018]所述第二偏转驱动结构与第一偏转驱动结构基本相同，其不同之处在于：
[0019]所述第二偏转驱动结构的第二连接件、第二转盘结构和第二绞盘分别对应所述第一偏转驱动结构的第一连接件、第一转盘结构和第一绞盘；
[0020]所述第二转盘结构的第二转盘对应所述第一转盘结构的第一转盘；
[0021]所述第二偏转驱动结构，偏转驱动绳索一端连接第二转盘结构的第一定位销轴，穿过第二限位件的顶部绳索限位件并绕过其内的长销轴，再穿过第一限位件的底部绳索限位件并绕过其内的长销轴，然后从球窝底座穿出，固定并缠绕在第二绞盘内的大绞盘上；与上述穿绳方式相同，偏转驱动绳索另一端连接第二转盘结构的第二定位销轴，随后依次穿过另一侧的第二限位件、第一限位件和球窝底座，固定并缠绕在第二绞盘内的大绞盘上。
[0022]本专利技术的有益效果是，通过对动物球窝关节的一种仿生设计，使用绳索驱动球窝
关节的二自由度运动，并使用气动软体结构改变关节的刚度，绳索驱动和气动驱动这种复合驱动方式使得关节结构紧凑并具有较大的运动范围和关节柔性，提高了球窝关节的运动性能。
附图说明
[0023]下面结合附图和实例对本专利技术进一步说明。
[0024]图1是本专利技术的整体结构示意图。
[0025]图2是第一偏转驱动结构示意图。
[0026]图3是第二偏转驱动结构示意图。
[0027]图4是第一限位件示意图。
[0028]图5是第二限位件示意图
[0029]图6是第一转盘结构示意图。
[0030]图中：1.球窝底座，2.球窝，3.球头，4.第一偏转驱动结构，41.第一限位件，411.底部软体限位件，412.短销轴，413.长销轴，4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二自由度复合柔性仿生球窝关节，其特征是：包括球窝底座、球窝、球头、第一偏转驱动结构、第二偏转驱动结构、输出轴、气动波纹管、驱动电机和气泵；球窝底部与球窝底座固连，球头与球窝配合，球头可在球窝内转动，输出轴与球头固连；第一偏转驱动结构和第二偏转驱动结构分别连接在球窝、球窝底座和球头上。2.根据权利要求1所述的二自由度复合柔性仿生球窝关节，其特征是：所述第一偏转驱动结构包括第一限位件、第二限位件、气动波纹管、第一转盘结构、第一连接件、偏转驱动绳索、限位绳索、第一绞盘、驱动电机和气泵；所述第一限位件包括底部绳索限位件、底部软体限位件、短销轴和长销轴；底部绳索限位件设有三个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第一个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第二个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内；两个底部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧；所述底部绳索限位件内外两侧各有一轴孔，分别通过销轴与球窝上的轴孔和对应球窝底座上的轴孔配合，轴线穿过球窝中心；所述第二限位件包括顶部绳索限位件、顶部软体限位件、短销轴、长销轴和滚珠；顶部绳索限位件设有三个轴孔，长销轴安装在靠外侧的第一个轴孔内，第一短销轴安装靠外侧第二个轴孔内，第二短销轴安装靠外侧第三个轴孔内；两个顶部软体限位件分别与长销轴两端固连并对称分布在底部绳索限位件两侧；顶部绳索限位件内侧安装四个滚珠，顶部绳索限位件通过滚珠与球头配合；所述第一转盘结构包括第一转盘、转动轴承、第一定位销轴和第二定位销轴；第一转盘对侧各有一轴孔，第一、第二定位销轴分别固定在轴孔内，第一转盘中心固定一转动轴承，轴承与球头上的输出轴配合；所述偏转驱动绳索一端连接第一转盘结构的第一定位销轴，穿过第二限位件的顶部绳索限位件并绕过其内的第一短销轴，再穿过第一限位件的底部绳索限位件并绕过其内的第一短销轴，然后从球窝底座穿出，固定并缠绕在第一绞盘内的大绞盘上；与上述穿绳方式相同，偏转驱动绳索另一端连接第一转盘结构的第二定位销...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秀丽，罗钤淯，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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