CN103264398A - 混合驱动的机器人腕部传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开一种混合驱动的机器人腕部传动系统，其通过电机的转动带动第一、第二控制线缠绕或放线来传递动力以使手爪相对于腕部转动及摆动，使整个腕部结构简单紧凑，且采用控制线传动能够使腕部重量减轻，增加了手爪的灵活性，且控制线传动使手爪的传动平稳，适应能力强。而腕部相对小臂的转动采用传统的齿轮传动，能够发挥齿轮传动精度高维护方便的优点，适用于对重量要求较低的小臂中设置。

Description

混合驱动的机器人腕部传动系统

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，尤其是一种机器人腕部传动系统。

背景技术

随着机器人朝向高、精、尖方向发展，人们不断地突破传统的设计概念，致力于设计出动作灵活，运动惯性小，通用性强的机器人。工业机械手臂是工业机器人的一个重要分支。其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点。然而机器人腕部却是机械臂最薄弱的地方。虽然它的结构形状不复杂，但是由于其布置在机器人的远端，该处是速度和加速度最大的部位，因此受到的惯性力是整个机构中最大的部位。所以说腕部传动系统性能优劣直接影响机械臂性能的好坏。

申请号为200710063781.9的中国专利申请公布了一种绳驱动冗余度机械臂。它包括底座、一个自由度的肘关节、以及三自由度的腕关节和肩关节。腕关节的下端固定在腕关节固定平台上，上端设置腕关节球形轴承，并通过腕关节球形轴承与腕关节运动平台连接，根据腕关节操纵绳的一端分别固接于腕关节运动平台的四角，另一端穿过腕关节固定平台与驱动机构连接，驱动机构通过拉动4根腕关节操纵绳，使腕关节运动平台以腕关节球形轴承为转心偏转，实现腕关节的三自由度运动。该机械臂通过在肘关节操纵绳和传动轮上设置制动机构，使肘关节操纵绳与传动轮二者接触点相对固定，彻底消除关节容易出现打滑问题，具有很好的控制精度。但其存在的不足之处在于：操纵绳比较多，布置复杂，不易于机械手臂的组装与维护，它是一种并联机器人。

公开号为CN101323110A的中国专利申请提出一种机械臂的大角度回转式关节机构，其中第一钢丝轮盘、第三钢丝轮盘和第一关节轴分别固定安装在第一臂的根部，第二钢丝轮盘、第四钢丝轮盘和第二关节轴分别固定安装在第二臂的根部，关节轴连杆安装在第一关节轴和第二关节轴上，分别沿第一关节轴和第二关节轴的轴线自由转动。第一钢丝至第四钢丝绳分别缠绕在第一钢丝轮盘至第四钢丝轮盘的U型槽上，缠绕后呈8字形状并且保持张紧状态。该结构虽然可以实现关节接近正负180度的大角度回转，但这种关节不具有主动运动功能，其利用钢丝绳与钢丝绳轮间的摩擦力传递动力，传递效率低，且难以实现四根钢丝绳预紧力调节的一致性。

针对上述的现状，有必要在不忽略绳驱动优势和系统性能降低为代价的前提下提出新的方法，实现机械臂腕部传动系统设计，使其尽可能结构简单、紧凑、手臂腕部重量轻，传动精度高，适应能力强。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种混合驱动的机器人腕部传动系统，该传动系统结构简单，传动效率高，腕部重量轻。

为达到上述目的，本发明混合驱动的机器人腕部传动系统可采用如下技术方案：

一种混合驱动的机器人腕部传动系统，包括小臂、安装于小臂上并转动的腕部及安装于腕部上的手爪，

还包括安装于小臂上的第一电机、位于小臂内并连接第一电机的第一绕线轴、位于腕部内并连接手爪的第一从动轴；所述第一绕线轴与第一从动轴以第一控制线连接，第一绕线轴转动时第一控制线在第一绕线轴上收线或放线带动第一从动轴的正转或反转；

还包括安装于小臂上的第二电机、位于小臂内并连接第二电机的第二绕线轴、收容第一从动轴的手爪座、固定于手爪座上并在腕部中转动的第二从动轴、所述第一从动轴在手爪座内旋转；所述第二绕线轴与第二从动轴以第二控制线连接，第二绕线轴转动时第二控制线在第二绕线轴上收线或放线带动第二从动轴的正转或反转；

还包括安装于小臂上的第三电机、位于小臂内并连接第三电机的驱动轴；所述腕部设有安装于小臂上并相对小臂转动的套筒组件，所述驱动轴通过齿轮组件驱动套筒转动。所述套筒组件中设有连通小臂及腕部的通道，第一控制线及第二控制线通过该通道自小臂延伸入腕部内。

本发明混合驱动的机器人腕部传动系统通过第一、第二控制线传递动力，使整个腕部结构简单紧凑且采用控制线传动能够使腕部重量减轻，增加了手爪的灵活性，且控制线传动使手爪的传动平稳，适应能力强。而腕部相对小臂的转动采用传统的齿轮传动，能够发挥齿轮传动精度高维护方便的优点，适用于对重量要求较低的小臂中设置。

附图说明

图1是本发明混合驱动的机器人腕部传动系统的结构示意图。

图2是本发明混合驱动的机器人腕部传动系统的的后视示意图。

图3是本发明混合驱动的机器人腕部传动系统的俯视示意图。

图4是本发明中管套的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明公开一种混合驱动的机器人腕部传动系统，包括小臂1、安装于小臂1上并转动的腕部2及安装于腕部上的手爪3。

其中，该混合驱动的机器人腕部传动系统驱动手爪3转动的结构为：包括安装于小臂1上的第一电机4、位于小臂1内并连接第一电机4的第一绕线轴5、位于腕部2内并连接手爪3的第一从动轴6；所述第一绕线轴5与第一从动轴6以第一控制线7连接，第一绕线轴5转动时第一控制线7在第一绕线轴5上收线或放线带动第一从动轴6的正转或反转。通过该结构能够控制第一电机4的转动通过第一控制线7转动手爪3而达到驱动手爪3的功能。

该混合驱动的机器人腕部传动系统驱动手爪3相对腕部2摆动的结构为：包括安装于小臂1上的第二电机8、位于小臂1内并连接第二电机8的第二绕线轴9、收容第一从动轴6的手爪座10、固定于手爪座10上并在腕部2中转动的第二从动轴11、所述第一从动轴6在手爪座10内旋转；所述第二绕线轴9与第二从动轴11以第二控制线12连接，第二绕线轴9转动时第二控制线12在第二绕线轴9上收线或放线带动第二从动轴11的正转或反转，从而与第二从动轴11连接的手爪座10带动手爪3相对腕部2摆动。

该混合驱动的机器人腕部传动系统驱动腕部2相对小臂1转动的结构为：包括安装于小臂1上的第三电机13、位于小臂1内并连接第三电机13的驱动轴14；所述腕部2设有安装于小臂1上并相对小臂1转动的套筒组件15，所述驱动轴14通过齿轮组件16驱动套筒15转动。所述套筒组件15中设有连通小臂1及腕部2的通道17，第一控制线7及第二控制线12通过该通道17自小臂1延伸入腕部2内。通过该结构能够控制第三电机13的转动带动驱动轴14并通过齿轮组件16带动套筒15转动，从而能够实现腕部2相对于小臂1的转动。

综上所述，本发明混合驱动的机器人腕部传动系统通过第一、第二控制线7、12自小臂1延伸入腕部2内分别控制手爪3相对腕部2的转动以及摆动。使整个腕部2结构简单紧凑且采用控制线传动能够使腕部2重量减轻，增加了手爪3的负载能力，且控制线传动使手爪3的传动平稳，适应能力强，控制线传动不仅具备带传动平稳、减振、不需润滑等特点，而且比带传动更优越之处在于无需带轮，且在该设计中控制线不需要预紧力及在运动过程中保持水平张紧状态的条件；并且控制线传动能够使电机远离了末端执行器，因此外界污染物对其造成的感染损坏较轻，该装置也易于拆卸、组装及维护，工作环境适应性强。而腕部2相对小臂1的转动采用传统的齿轮传动，能够发挥齿轮传动精度高维护方便的优点，适用于对重量要求较低的小臂1中设置。本实施方式中各个轴的转动通过轴承支撑，在此不再赘述。

为进一步有效的控制第一、第二控制线7、12，所述小臂1内设有第一线夹座27及第二线夹座18。所述第一控制线7自第一绕线轴5延伸并夹在第一线夹座上，所述第二控制线12自第二绕线轴9延伸并夹在第二线夹座18上；所述腕部内设有第三线夹座19及第四线夹座20。第一控制线7夹于第三线夹座19上并延伸至第一从动轴6上，第二控制线12夹于第四线夹座20上并延伸至第二从动轴11上。第一、第三线夹座起到缓冲的作用，将第一控制线7的主体部分设置在第一、第三线夹座之间，不会直接对第一控制线7缠绕在第一绕线轴5及第一从动轴6上部分拉扯，使第一控制线7缠绕在第一绕线轴5及第一从动轴6上部分能够稳定的进行缠绕或放线的动作，提高控制的稳定性。第二、第四线夹座对第二控制线12也起到同样的作用，在此不再赘述。优选的，所述套筒15内设有若干第五线夹座21，分别固定第一控制线7及第二控制线12以用于将第一、第二控制线7、12分开，避免第一、第二控制线7、12缠绕在一起造成故障。

在本实施方式中，还设置三个编码器22、23、24分别测量手爪3、第二从动轴11、驱动轴14的转动角度，提高手爪3、第二从动轴11、驱动轴14的转动精度。

请结合图4所示，进一步的，该混合驱动的机器人腕部传动系统还包括分别收容第一、第二控制线7、12的管套25及位于管套25两端的定位端26，所述定位端26与第一、二、三、四线夹座固定。这样由于线夹座与定位端26固定，第一、第二控制线7、12位于管套25内的部分不会被拉紧，同样能传递拉力，也能够保护第一、第二控制线7、12，延长第一、第二控制线7、12的使用寿命。在本实施方式中，由于有第一、第二、第三、第四线夹座的设置，所述第一控制线7在第一线夹座及第三线夹座19之间收容于所述管套25内，所述第二控制线12在第二线夹座18及第四线夹座20之间同样收容于管套25内。

Claims (5)

1.一种混合驱动的机器人腕部传动系统，包括小臂、安装于小臂上并转动的腕部及安装于腕部上的手爪，其特征在于：

还包括安装于小臂上的第一电机、位于小臂内并连接第一电机的第一绕线轴、位于腕部内并连接手爪的第一从动轴；所述第一绕线轴与第一从动轴以第一控制线连接，第一绕线轴转动时第一控制线在第一绕线轴上收线或放线带动第一从动轴的正转或反转；

还包括安装于小臂上的第二电机、位于小臂内并连接第二电机的第二绕线轴、收容第一从动轴的手爪座、固定于手爪座上并在腕部中转动的第二从动轴、所述第一从动轴在手爪座内旋转；所述第二绕线轴与第二从动轴以第二控制线连接，第二绕线轴转动时第二控制线在第二绕线轴上收线或放线带动第二从动轴的正转或反转；

还包括安装于小臂上的第三电机、位于小臂内并连接第三电机的驱动轴；所述腕部设有安装于小臂上并相对小臂转动的套筒组件，所述驱动轴通过齿轮组件驱动套筒转动。所述套筒组件中设有连通小臂及腕部的通道，第一控制线及第二控制线通过该通道自小臂延伸入腕部内。

2.根据权利要求1所述的混合驱动的机器人腕部传动系统，其特征在于：还包括分别收容第一、第二控制线的管套及位于管套两端的定位端，所述定位端与第一、第二、第三、第四线夹座固定。

3.根据权利要求2所述的混合驱动的机器人腕部传动系统，其特征在于：所述小臂内设有第一线夹座及第二线夹座，所述第一控制线自第一绕线轴延伸并夹在第一线夹座上，所述第二控制线自第二绕线轴延伸并夹在第二线夹座上；所述腕部内设有第三线夹座及第四线夹座，第一控制线夹于第三线夹座上并延伸至第一从动轴上，第二控制线夹于第四线夹座上并延伸至第二从动轴上。

4.根据权利要求3所述的混合驱动的机器人腕部传动系统，其特征在于：所述第一控制线在第一线夹座及第三线夹座之间收容于所述管套内，所述第二控制线在第三线夹座及第四线夹座之间同样收容于管套内。

5.根据权利要求4所述的混合驱动的机器人腕部传动系统，其特征在于：所述套筒内设有若干第五线夹座，分别限位第一控制线及第二控制线。

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