繩驅動萬向關節的綁線機構優化

陳正隆,李同杰,李曉貞

(安徽科技學院 機械工程學院,安徽 鳳陽 233100)

隨著科學技術的發展,仿生學和智能機器人技術越發成熟,關節作為機器人運動的重要部件,結構和尺寸越來越精密,由仿生學引起的機器人熱點分類——柔性機器人,被學術界視為最有可能的新一代機器人發展方向[1-2]。傳統關節主要是以剛性結構為主,靈活性、安全性較差,基于此原因人們開始研究具有彎曲性、靈活性的關節,并將這類關節稱為柔性關節[3-4]。

柔性關節廣泛地在工業、醫療等各個領域內應用,驅動繩和形狀記憶合金是目前廣泛采用小型柔性關節驅動方式[5]。Dong等[6]已研制一種由3根柔性的繩索來驅動關節運動的蛇形臂機器人;李法民等[7]利用指數積(POE)公式建立繩驅動機器人的運動學模型;薛贊等[8]提出一種具有更強環境適應性、更高自由度和更大工作空間的冗繩驅動機械臂。在形狀記憶合金方面,王魯炳等[9]基于形狀記憶合金絲設計了一種多關節可彎曲柔性機械臂。形狀記憶合金由于制造復雜、安裝要求高,所以在工程化開發中一般使用繩驅動作為小型柔性關節驅動方式[10-11]。

繩驅動的結構原理是將驅動繩的一端固定在綁線機構上,另一端固定在運動機構上,并在二者之間設置驅動繩的限位通道,限位通道使得驅動繩按照設定的方向運動;通過綁線機構的運動,帶動驅動繩在限位通道中的運動,驅動繩在綁線機構中的繩長發生變化,從而使得運動機構中的驅動繩繩長發生變化,進而帶動運動機構發生運動。……