本發(fā)明屬于光機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種自動張緊的精密柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)及其裝調(diào)方法。

背景技術(shù)：

1、柔索傳動作為一種新穎的傳動形式，因其特有的傳動特點在諸多領(lǐng)域都得到了良好的應(yīng)用。首先，柔索傳動能有效地降低系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，實現(xiàn)輕量化設(shè)計，因此廣泛應(yīng)用于人機(jī)交互機(jī)器人中；其次，柔索傳動因布局靈活、遠(yuǎn)距離傳動、自重輕等特點而廣泛應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)末端工具；最后，柔索傳動因高精度、反向驅(qū)動性能優(yōu)良、無需潤滑等優(yōu)點，在精密轉(zhuǎn)動平臺中得到了廣泛的應(yīng)用。

2、柔索傳動分為摩擦傳動和拉力傳動兩種，摩擦傳動具有可以連續(xù)轉(zhuǎn)動和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但其需要多圈纏繞以產(chǎn)生足夠的摩擦力，需要占用較大的軸向空間，且在使用過程中柔索與滑輪會產(chǎn)生相對滑動，影響控制精度和機(jī)構(gòu)剛度。拉力傳動的行程有限，且需要額外的固定措施，但其無相對滑動，控制精度和機(jī)構(gòu)剛度較高。

3、柔索驅(qū)動也具有一定的弊端，由于柔索在長期使用后會產(chǎn)生疲勞變形，固定位置會發(fā)生滑移，柔索在長期使用后會逐漸松弛，影響驅(qū)動精度及關(guān)節(jié)剛度。比較常規(guī)的解決辦法是在使用過程中定期進(jìn)行張緊，這在某些無法維護(hù)的場景中并不適用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是解決現(xiàn)有柔索驅(qū)動機(jī)構(gòu)在長期使用中的松弛問題，提出一種可以自動張緊的精密柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)，使柔索始終處于張緊狀態(tài)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種自動張緊的精密柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征在于，該關(guān)節(jié)包括電機(jī)、編碼器、主動滑輪、從動滑輪、柔索、基座、軸承、張緊裝置；其中，電機(jī)用于驅(qū)動主動滑輪，并通過主動滑輪驅(qū)動柔索，柔索進(jìn)一步驅(qū)動從動滑輪正反向旋轉(zhuǎn)；從動滑輪用于安裝待驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；軸承用于提供從動滑輪繞軸轉(zhuǎn)動自由度；張緊裝置用于張緊柔索；電機(jī)安裝在基座上，主動滑輪安裝在電機(jī)軸上，從動滑輪通過軸承安裝在基座上，在從動滑輪上安裝有編碼器，檢測從動滑輪的旋轉(zhuǎn)角度，待驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過螺釘固連在從動滑輪上。

3、與現(xiàn)有柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：該系統(tǒng)中柔索能夠自動張緊；柔索可以高精度雙向驅(qū)動；關(guān)節(jié)行程較大，可達(dá)±165°/傳動比；整套系統(tǒng)中空，可以通過光路、電路；提供了一種裝調(diào)工裝和裝調(diào)方法，降低了柔索的裝調(diào)難度。

技術(shù)特征：

1.一種自動張緊的精密柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征在于，該關(guān)節(jié)包括電機(jī)、編碼器、主動滑輪、從動滑輪、柔索、基座、軸承、張緊裝置；其中，電機(jī)用于驅(qū)動主動滑輪，并通過主動滑輪驅(qū)動柔索，柔索進(jìn)一步驅(qū)動從動滑輪正反向旋轉(zhuǎn)；從動滑輪用于安裝待驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；軸承用于提供從動滑輪繞軸轉(zhuǎn)動自由度；張緊裝置用于張緊柔索；電機(jī)安裝在基座上，主動滑輪安裝在電機(jī)軸上，從動滑輪通過軸承安裝在基座上，在從動滑輪上安裝有編碼器，檢測從動滑輪的旋轉(zhuǎn)角度，待驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過螺釘固連在從動滑輪上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：柔索為兩根反向纏繞的柔索，柔索的兩端分別為剛性端和柔性端，剛性端固定于主動滑輪上，柔性端通過張緊裝置連接于從動滑輪，以進(jìn)行雙向驅(qū)動。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：柔索采用單股鋼絲、多股鋼絲或大力馬繩。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：柔索的剛性端與主動滑輪的固定方式為：通過在滑輪槽頂部延徑向開螺紋孔，用緊定螺絲固定，或者在滑輪槽側(cè)面延軸向開螺紋孔，用緊定螺絲固定，或者在滑輪上加工一個止口用于固定螺絲端部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：單根柔索在主動、從動滑輪上的覆蓋角度為180°，使關(guān)節(jié)具有最大的正反轉(zhuǎn)行程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：兩根柔索在主從動滑輪間隙形成交叉。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：張緊裝置包括彈簧、柔索固定頭、若干圓柱形的導(dǎo)向柱和錨點螺釘；柔索的柔性端固定經(jīng)過預(yù)拉伸的大剛度彈簧進(jìn)行張緊，彈簧拉力遠(yuǎn)大于關(guān)節(jié)驅(qū)動力。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于：其中一條柔索的柔性端穿過從動滑輪的側(cè)面的孔由從動滑輪的外側(cè)進(jìn)入從動滑輪的內(nèi)側(cè)，并通過柔索固定頭與彈簧的一端連接，彈簧的另一端連接于錨點螺釘，錨點螺釘固定于從動滑輪的內(nèi)側(cè)面，柔索固定頭一端具有掛環(huán)實現(xiàn)與彈簧的連接，另一端設(shè)置有孔，柔性端插入該孔中，通過擰動側(cè)壁的螺釘實現(xiàn)柔性端的固定；另一條柔索的柔剛性端的連接方式與該一條柔索的連接方式相同，此外，還設(shè)置多個圓柱形的導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱對柔索進(jìn)行變向，并使其彎曲半徑大于材料的最小折彎半徑，導(dǎo)向柱固定于從動滑輪的內(nèi)側(cè)面上并位于柔索固定頭的更前端的位置；導(dǎo)向柱的直徑?jīng)Q定柔索的轉(zhuǎn)彎半徑，導(dǎo)向柱頂端設(shè)置大端面的帽檐結(jié)構(gòu)防止柔索脫出。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的裝調(diào)方法，其特征在于：通過一個梯形的裝調(diào)工裝限制主動滑輪、從動滑輪的相對轉(zhuǎn)動，將柔索的柔性端通過柔索固定頭與彈簧固連，將彈簧拉伸至最大行程后用螺釘將該柔性端鎖死，最大行程即柔索固定頭貼到滑輪內(nèi)表面或者導(dǎo)向柱的位置，再用力將柔索緊繞在從動滑輪、主動滑輪上，用螺釘將剛性端鎖死在主動滑輪上，最后，松開柔性端的螺釘，使柔索保持動態(tài)張緊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種自動張緊的精密柔索驅(qū)動關(guān)節(jié)及其裝調(diào)方法，屬于光機(jī)領(lǐng)域。該關(guān)節(jié)通過外置電機(jī)與兩根柔索進(jìn)行驅(qū)動，通過張緊裝置進(jìn)行自動張緊，通過柔索的拉力而不是摩擦力進(jìn)行驅(qū)動。將驅(qū)動裝置安裝在關(guān)節(jié)外部，可以減小驅(qū)動裝置質(zhì)量，降低轉(zhuǎn)動慣量，并使關(guān)節(jié)內(nèi)部中空，可以通過光路。提供一種裝調(diào)方法，使柔索易于安裝和張緊，保證驅(qū)動精度。

技術(shù)研發(fā)人員：何其佳,彭起,包奇紅,任戈,謝庚承,孫小響,郭俊立,張玥婷,姜偉偉,譚玉鳳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6