本發(fā)明涉及一種可以實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人用手腕關(guān)節(jié)裝置。

背景技術(shù)：

1、以往的多自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)裝置將包括電機(jī)和減速器的單自由度關(guān)節(jié)連接多個(gè)而構(gòu)成。因此，末端部質(zhì)量增加，使有效載荷(機(jī)器人可舉起并移動(dòng)的最大重量，payload)減小，并且當(dāng)與人相互作用時(shí)，碰撞可能性增加，從而存在危險(xiǎn)的問題。

2、為了解決上述問題，現(xiàn)有專利1(韓國授權(quán)專利第10-1693250號(hào)(2016年12月30日授權(quán)))和現(xiàn)有專利2(韓國授權(quán)專利第10-2009291號(hào)(2019年8月5日授權(quán)))提出了將重量重的電機(jī)和一部分減速器置于基底部并使重量輕的3自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)位于末端部，并利用纜繩驅(qū)動(dòng)的方式。

3、這種方式由于重量重的電機(jī)位于基底部而可以減少末端部的質(zhì)量，因此具有有效載荷增加并在與人的相互作用時(shí)提高安全性的優(yōu)點(diǎn)。此外，克服了傳統(tǒng)的纜繩驅(qū)動(dòng)機(jī)制的缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了寬的可動(dòng)角和低的摩擦阻力。

4、然而，這種方式存在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、由扭曲導(dǎo)致的剛性和耐久性低、組裝困難的問題。因此，需要用于解決這些問題的新型關(guān)節(jié)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于，提供一種可實(shí)現(xiàn)3自由度的可動(dòng)范圍寬的動(dòng)作且更簡單的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于，提供一種可以準(zhǔn)確測定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置。

3、本發(fā)明的第三目的在于，提供一種具有高扭轉(zhuǎn)剛性并且容易布線的機(jī)器人關(guān)節(jié)裝置。

4、本發(fā)明的第四個(gè)目的在于，提供一種可以解決在現(xiàn)有纜繩的驅(qū)動(dòng)方式下發(fā)生的纜繩的突然折彎、由此引起的損壞、誤差等問題的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置。

5、本發(fā)明的第五個(gè)目的在于，提供一種可以使用纜繩來實(shí)現(xiàn)偏航旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置。

6、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明公開了機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置，包括：第一框架單元，具備第一中空部；第二框架單元，配置成與上述第一框架單元隔開，具備第二中空部；旋轉(zhuǎn)軸單元，能夠以相互垂直的第一軸、第二軸和第三軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一中空部和上述第二中空部每一個(gè)；第一連桿單元，以環(huán)繞上述旋轉(zhuǎn)軸單元的方式延伸，隔著上述旋轉(zhuǎn)軸單元而與上述第一框架單元和第二框架單元分別連接，并且設(shè)置成能夠以上述第一軸和第二軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及第二連桿單元，以與上述第一連桿單元交叉的狀態(tài)以環(huán)繞上述旋轉(zhuǎn)軸單元的方式延伸，隔著上述旋轉(zhuǎn)軸單元而與上述第一框架單元和第二框架單元分別連接，并且設(shè)置成能夠以上述第一軸和第二軸為中心旋轉(zhuǎn)，上述第一連桿單元和第二連桿單元分別包括凸輪滑塊部，該凸輪滑塊部構(gòu)成為，以使上述第二框架單元能夠相對于上述第一框架單元進(jìn)行相對于虛擬球面的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方式，在進(jìn)行用于上述滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)時(shí)校正與上述第一框架單元和第二框架單元之間的連接長度。

7、可以是連接于上述第一框架單元的上述第一連桿單元的一端部和連接于上述第一框架單元的上述第二連桿單元的一端部配置成以上述旋轉(zhuǎn)軸單元為中心相互垂直，連接于上述第二框架單元的上述第一連桿單元的另一端部和連接于上述第二框架單元的上述第二連桿單元的另一端部配置成以上述旋轉(zhuǎn)軸單元為中心相互垂直。

8、上述凸輪滑塊部可以設(shè)置在上述第一連桿單元的兩端部和上述第二連桿單元的兩端部每一個(gè)。

9、上述第一連桿單元可以包括：第一凸輪，能夠以上述第一軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一框架部和第二框架部；和第一連桿，能夠以上述第二軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一凸輪，構(gòu)成為能夠通過滑動(dòng)移動(dòng)而相對于上述第一凸輪進(jìn)行相對移動(dòng)，上述第二連桿單元可以包括：第二凸輪，能夠以上述第二軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一框架部和第二框架部；和第二連桿，能夠以上述第一軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第二凸輪，構(gòu)成為能夠通過滑動(dòng)移動(dòng)而相對于上述第二凸輪進(jìn)行相對移動(dòng)。

10、上述凸輪滑塊部可以包括：形成在上述第一凸輪和第二凸輪的銷孔和凸輪槽；形成在上述第一連桿和第二連桿的孔和槽；安裝于上述銷孔并且形成為能夠沿著上述槽移動(dòng)的連桿滑動(dòng)件；以及安裝于上述孔并且形成為能夠沿著上述凸輪槽移動(dòng)的凸輪滑動(dòng)件。

11、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，本發(fā)明的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置還包括檢測單元，該檢測單元設(shè)置于上述第一框架單元、上述第一凸輪和第二凸輪，且構(gòu)成為檢測上述第一連桿單元和第二連桿單元相對于上述第一軸和第二軸的旋轉(zhuǎn)角度。

12、本發(fā)明的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置還可以包括構(gòu)成為檢測旋轉(zhuǎn)軸單元相對于上述第三軸的旋轉(zhuǎn)的另一檢測單元。

13、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第三個(gè)目的，上述旋轉(zhuǎn)軸單元包括：具有內(nèi)部空的形態(tài)的軸部；第一接頭，具備中空部，能夠以上述第一軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述軸部的兩端部；以及第二接頭，具備中空部，能夠以上述第二軸為中心旋轉(zhuǎn)地連接于上述第一接頭，且能夠以上述第三軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一中空部和第二中空部。

14、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第四個(gè)目的，本發(fā)明的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置還包括驅(qū)動(dòng)部，該驅(qū)動(dòng)部形成為使上述第二框架單元相對于上述第一框架單元以上述第一軸和第二軸為中心旋轉(zhuǎn)。

15、上述驅(qū)動(dòng)部可以包括：第一纜繩單元，構(gòu)成為卷繞于第一滑輪且兩側(cè)通過上述第一框架單元，且兩端部能夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第二框架單元；和第二纜繩單元，構(gòu)成為卷繞于第二滑輪且兩側(cè)通過上述第一框架單元，且兩端部能夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第二框架單元，在上述第一框架單元與上述第二框架單元之間，上述第一纜繩單元的兩側(cè)位于第一平面上，上述第二纜繩單元的兩側(cè)位于與上述第一平面垂直的第二平面上。

16、本發(fā)明的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置還包括纜繩引導(dǎo)件，該纜繩引導(dǎo)件設(shè)置于上述第一框架單元的孔，且形成有開口以供上述第一纜繩單元或第二纜繩單元通過，在上述開口的內(nèi)側(cè)面具備形成為朝向內(nèi)側(cè)凸出的圓弧部，以在上述第二框架單元相對于上述第一框架單元旋轉(zhuǎn)時(shí)引導(dǎo)上述第一纜繩單元和第二纜繩單元的彎曲。

17、上述圓弧部可以包括：位于與上述旋轉(zhuǎn)軸單元相鄰的位置的內(nèi)側(cè)圓??；和比上述內(nèi)側(cè)圓弧更向上方延伸的外側(cè)圓弧。

18、上述圓弧部的朝向上述開口的內(nèi)側(cè)凸出最多的地點(diǎn)可以配置成，向比與上述第一軸和第二軸對應(yīng)的上述旋轉(zhuǎn)軸單元的第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸更遠(yuǎn)離上述第二框架單元的方向隔開。

19、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第五個(gè)目的，本發(fā)明還包括構(gòu)成為對上述旋轉(zhuǎn)軸單元傳遞動(dòng)力的動(dòng)力傳遞單元，上述動(dòng)力傳遞單元包括：第一錐滑輪；第二錐滑輪，配置成與上述第一錐滑輪垂直；纜繩，構(gòu)成為卷繞在上述第一錐滑輪和上述第二錐滑輪，通過進(jìn)行卷繞而使第二錐滑輪旋轉(zhuǎn)；以及動(dòng)力傳遞軸，結(jié)合于上述第二錐滑輪，構(gòu)成為對上述旋轉(zhuǎn)軸單元傳遞旋轉(zhuǎn)力。

20、另外，本發(fā)明公開了機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置，包括：第一框架單元，具備第一中空部；第二框架單元，配置成與上述第一框架單元隔開，具備第二中空部；旋轉(zhuǎn)軸單元，能夠以相互垂直的第一軸、第二軸和第三軸為中心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第一中空部和上述第二中空部每一個(gè)；第一連桿單元，以環(huán)繞上述旋轉(zhuǎn)軸單元的方式延伸，隔著上述旋轉(zhuǎn)軸單元而與上述第一框架單元和第二框架單元分別連接，并且設(shè)置成能夠以上述第一軸和第二軸為中心旋轉(zhuǎn)；第二連桿單元，以與上述第一連桿單元交叉的狀態(tài)以環(huán)繞上述旋轉(zhuǎn)軸單元的方式延伸，隔著上述旋轉(zhuǎn)軸單元而與上述第一框架單元和第二框架單元分別連接，并且設(shè)置成能夠以上述第一軸和第二軸為中心旋轉(zhuǎn)；第一纜繩單元，構(gòu)成為卷繞于第一滑輪且兩側(cè)通過上述第一框架單元，且兩端部能夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第二框架單元；以及第二纜繩單元，構(gòu)成為卷繞于第二滑輪且兩側(cè)通過上述第一框架單元，且兩端部能夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上述第二框架單元，在上述第一框架單元與上述第二框架單元之間，上述第一纜繩單元的兩側(cè)位于第一平面上，上述第二纜繩單元的兩側(cè)位于與上述第一平面垂直的第二平面上。

21、本發(fā)明的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置還可以包括纜繩引導(dǎo)件，該纜繩引導(dǎo)件設(shè)置于上述第一框架單元的孔，且形成有開口以供上述第一纜繩單元或第二纜繩單元通過，在上述開口的內(nèi)側(cè)面可以具備形成為朝向內(nèi)側(cè)凸出的圓弧部，以在上述第二框架單元相對于上述第一框架單元旋轉(zhuǎn)時(shí)，引導(dǎo)上述第一纜繩單元和第二纜繩單元的彎曲。

22、通過上述解決方式得到的本發(fā)明的效果如下。

23、第一，在第一框架單元和第二框架單元，可3軸旋轉(zhuǎn)地連接有旋轉(zhuǎn)軸單元，第一框架單元和第二框架單元可2軸旋轉(zhuǎn)地連接，且在第一連桿單元和第二連桿單元分別具備構(gòu)成為校正與第一框架單元和第二框架單元之間的連接長度的凸輪滑塊部，因此可以提供第二框架單元相對于第一框架單元能夠以相對于虛擬球面的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行3自由度的可動(dòng)范圍寬的動(dòng)作的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更簡單的機(jī)器人用關(guān)節(jié)裝置。

24、第二，通過使檢測單元構(gòu)成為檢測第一連桿單元和第二連桿單元相對于第一軸和第二軸的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)軸單元相對于第三軸的旋轉(zhuǎn)，從而可以精確地測定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)本發(fā)明的關(guān)節(jié)裝置設(shè)置在機(jī)器人的手腕關(guān)節(jié)部分時(shí)，可以適用上述檢測技術(shù)而更精確地控制手腕的驅(qū)動(dòng)。

25、第三，通過使旋轉(zhuǎn)軸單元的軸部具有比以往更大的外徑，并且形成中空形態(tài)，從而可以確保關(guān)節(jié)裝置的高扭轉(zhuǎn)剛性。此外，電纜配置成在軸部的內(nèi)部和第一至第三接頭中通過，從而可以防止現(xiàn)有的電纜被配置在外部的結(jié)構(gòu)中由于關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)可能引起的電纜的扭曲、拉伸等問題。

26、第四，通過在第一框架單元設(shè)置纜繩引導(dǎo)件，從而可以流暢地引導(dǎo)纜繩的彎曲，并且考慮到纜繩引導(dǎo)件與纜繩的接觸范圍差異，而使內(nèi)側(cè)圓弧和外側(cè)圓弧具有區(qū)分的設(shè)計(jì)，從而可以最小化由上述彎曲引起的纜繩誤差。

27、第五，通過將第一錐滑輪和第二錐滑輪配置成相互垂直，并且利用纜繩使它們聯(lián)動(dòng)，從而可以對連接于第二錐滑輪的旋轉(zhuǎn)軸單元傳遞旋轉(zhuǎn)力，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)裝置的偏航旋轉(zhuǎn)。