CN108127653A - 一种欠驱动多关节机械臂 - Google Patents

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谭跃刚
钱冠杰
冷丽姣
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种欠驱动多关节机械臂，包括依次相连的基座和至少三节机械臂，基座上设有摩擦轮、传动轴、第一驱动电机以及第二驱动电机，摩擦轮和传动轴通过齿轮传动；除了最后两节以外，每节机械臂内均设有传动轴、摩擦轮和摩擦盘，其中摩擦轮均与该机械臂内传动轴通过齿轮传动，机械臂与机械臂之间以及机械臂与基座之间的传动轴均在连接处通过可伸缩双万向节相连，每节机械臂的摩擦盘与其前一节机械臂或基座的摩擦轮配合安装，摩擦盘通过皮带驱动其下节机械臂转动；倒数第二节机械臂内仅设有与其前一节机械臂内摩擦轮配合安装的摩擦盘，该摩擦盘通过皮带驱动最后一节机械臂转动。本发明驱动电机数量少，具有重量小，成本低的优点。

Description

一种欠驱动多关节机械臂
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，涉及一种机械臂，尤其涉及一种欠驱动多关节机械臂。
背景技术
机械臂是目前机器人技术领域中广泛应用的自动化机械装置，在工业制造、医疗、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。在现有的技术中，多关节机械臂往往采用多个电机驱动，即每个电机独立驱动一个相对应的关节单元，此种设计方式需要的驱动电机数量较多，会增加机械臂的重量和设计制造成本，导致性价比比较低。
发明内容
针对现有技术中的机械臂存在的上述缺陷，本发明提供了一种具有欠驱动特性的多关节机械臂，以减少驱动器数量，降低机械臂的重量和成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种欠驱动多关节机械臂，其特征在于：包括依次相连的基座和至少三节机械臂，所述基座上设有摩擦轮、传动轴、驱动第一节机械臂转动的第一驱动电机以及驱动传动轴转动的第二驱动电机，摩擦轮和传动轴通过齿轮传动；除了最后两节以外，每节机械臂内均设有传动轴、摩擦轮和摩擦盘，其中摩擦轮均与该机械臂内传动轴通过齿轮传动，机械臂与机械臂之间以及机械臂与基座之间的传动轴均在连接处通过可伸缩双万向节相连，每节机械臂的摩擦盘与其前一节机械臂或基座的摩擦轮配合安装，摩擦轮通过摩擦力驱动摩擦盘转动，该节机械臂的摩擦盘通过皮带驱动其下节机械臂转动；倒数第二节机械臂内仅设有与其前一节机械臂内摩擦轮配合安装的摩擦盘，该摩擦盘通过皮带驱动最后一节机械臂转动。
作为改进，所述的机械臂与机械臂之间以及第一节机械臂与基座之间均通过转轴铰接相连。
作为改进，所述第一驱动电机固定安装于与第一节机械臂连接处的基座上，第一驱动电机的输出轴与该连接处的转轴固定相连，该连接处的转轴与第一节机械臂固定相连，通过第一驱动电机转动驱动第一节机械臂相对基座转动。
作为改进，所述第二驱动电机固定安装于基座上，第二驱动电机的输出轴与基座内的传动轴相连，基座以及机械臂的传动轴上均设有主动齿轮，相应的摩擦轮上设有与主动齿轮啮合的从动齿轮。
作为改进，所述摩擦轮与传动轴的轴线平行设置，摩擦轮与其相配合的摩擦盘相互垂直设置，通过摩擦轮和摩擦盘配合摩擦轮转动传动垂直转向。
作为改进，所述摩擦盘一侧设有与其同轴固定的主动皮带轮，该节机械臂与下节机械臂铰接的转轴上设有从动皮带轮，主动皮带轮和从动皮带轮之间通过皮带相连。
作为改进，所述机械臂有3-8节。
作为改进，所述机械臂有4节，分别为第一节机械臂、第二节机械臂、第三节机械臂和第四节机械臂，其中第一节机械臂与基座相连，第四节机械臂安装末端执行器。
本发明的有益效果是：
采用本发明的欠驱动多关节机械臂，第一传动轴、第一可伸缩双万向节、第二传动轴、第二可伸缩双万向节和第三传动轴两两相接并形成一条动力链，从而可以将来自第二驱动电机的动力分别传递至机械臂的各个转动关节。在第二驱动电机将驱动力传递到各个关节的传动路径上加入了摩擦轮和摩擦盘机构，这样一种非完整机构的引入可以减少驱动电机的数量，实现由两个驱动电机控制多个关节的目的。相比于现有的技术，该机械臂具有结构简单、重量轻的优势，同时驱动电机数量少，驱动设计的成本较低，提高了系统的性价比。
附图说明
图1是本发明的欠驱动多关节机械臂的结构框图；
图2是本发明的欠驱动多关节机械臂的结构示意图；
图3是本发明的欠驱动多关节机械臂局部放大示意图。
附图标记：1-第二驱动电机，2-基座，3-第一传动轴，4-第一可伸缩双万向节，5-第一摩擦盘，6-第二传动轴，7-第二可伸缩双万向节，8-第二摩擦盘，9-第三传动轴，10-第三摩擦盘，11-第四节机械臂，12-第三皮带轮组，13-第三节机械臂，14-第三摩擦轮，15-第二皮带轮组，16-第三齿轮组，17-第二节机械臂，18-第二摩擦轮，19-第一皮带轮组，20-第二齿轮组，21-第一节机械臂，22-第一驱动电机，23-第一摩擦轮，24-第一齿轮组。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
如图1、图2和图3所示，本发明的欠驱动多关节机械臂包括基座2、第一驱动电机22和第二驱动电机1、第一节机械臂21、第二节机械臂17、第三节机械臂13、第四节机械臂11。其中，第一驱动电机22和第二驱动电机1固定在基座2上，第一节机械臂21与基座2相连接，第二节机械臂17与第一节机械臂21相连接，第三节机械臂13与第二节机械臂17相连接，第四节机械臂11与第三节机械臂13相连接。
如图1和图2所示，基座2内安装有第一传动轴3、第一齿轮组24、第一摩擦轮23，第一摩擦轮23和第一传动轴3通过第一齿轮组24传动。
如图1和图2，第一驱动电机22安装在基座2上，第一驱动电机22的输出轴与第一节机械臂21相连接，通过第一驱动电机22驱动第一节机械臂21相对于基座2转动；所述的第二驱动电机1安装在基座2上，第二驱动电机1的输出轴与第一传动轴3连接。工作时，第一驱动电机22的输出轴直接带动第一节机械臂21转动，第二驱动电机1的输出轴带动第一传动轴3转动。
第一节机械臂21内设有第二传动轴6、第一摩擦盘5、第一皮带轮组19、第二摩擦轮18。更具体地，第二传动轴6安装在第一节机械臂21上，第一传动轴3和第二传动轴6在第一节机械臂21与基座2连接处通过第一可伸缩双万向节4相连进行动力传动，第一摩擦盘5安装在第一节机械臂21上，第一摩擦盘5与位于基座2内的第一摩擦轮23配合安装，即第一摩擦轮23与第一摩擦盘5位置相互垂直且接触，第一摩擦轮23的转动通过摩擦力传动带动第一摩擦盘5转动，第一摩擦盘5通过第一皮带轮组19与第二节机械臂17和第一节机械臂21相连处的转轴相连，第一摩擦盘5通过第一皮带轮组19带动第二节机械臂17相对第一节机械臂21转动。工作时，第二驱动电机1的动力经过第一传动轴3、第一齿轮组24传递到第一摩擦轮23，第一摩擦轮23通过摩擦力驱动第一摩擦盘5转动，第一摩擦盘5通过第一皮带轮组19带动第二节机械臂17转动，同时第一传动轴3还通过第一可伸缩双万向节4将动力传递给第二传动轴6。
第二节机械臂17内设有第三传动轴9、第二摩擦盘8、第二皮带轮组15、第三摩擦轮14。更具体地，第三传动轴9安装在第二节机械臂17上，第二传动轴6和第三传动轴9之间通过第二可伸缩双万向节7连接，第二摩擦盘8安装在第二节机械臂17上，第二摩擦盘8与位于第一节机械臂21内的第二摩擦轮18配合安装，即第二摩擦轮18与第二摩擦盘8位置相互垂直且接触，第二摩擦轮18的转动通过摩擦力传动带动第二摩擦盘8转动，第二摩擦盘8通过第二皮带轮组15与第三节机械臂13与第二节机械臂17相连处的转轴相连，第二摩擦盘8通过第二皮带轮组15带动第三节机械臂13相对第二节机械臂17转动。工作时，第二驱动电机1的动力经过第一传动轴3、第一可伸缩双万向节4、第二传动轴6、第二齿轮组20传递到第二摩擦轮18，第二摩擦轮18通过摩擦力驱动第二摩擦盘8转动，第二摩擦盘8通过第二皮带轮组15带动第三节机械臂13转动，同时第二传动轴6还通过第二可伸缩双万向节7将动力传递给第三传动轴9。
第三节机械臂13内设有第三摩擦盘10、第三皮带轮组12。第三摩擦盘10安装在第三节机械臂13上，第三摩擦盘10与位于第二节机械臂17内的第三摩擦轮14配合安装，即第三摩擦轮14与第三摩擦盘10位置相互垂直且接触，第三摩擦轮14的转动通过摩擦力带动第三摩擦盘10转动，第三摩擦盘10通过第三皮带轮组12与第四节机械臂11和第三节机械臂13相连处的转轴相连，第三摩擦盘10通过第三皮带轮组12带动第四节机械臂11相对第三节机械臂13转动。工作时，第二驱动电机1的动力经过第一传动轴3、第一可伸缩双万向节4、第二传动轴6、第二可伸缩双万向节7、第三传动轴9、第三齿轮组16传递到第三摩擦轮14，第三摩擦轮14通过摩擦力驱动第三摩擦盘10转动，第三摩擦盘10通过第三皮带轮组12带动第四节机械臂11转动。

Claims (8)

1.一种欠驱动多关节机械臂，其特征在于：包括依次相连的基座和至少三节机械臂，所述基座上设有摩擦轮、传动轴、驱动第一节机械臂转动的第一驱动电机以及驱动传动轴转动的第二驱动电机，摩擦轮和传动轴通过齿轮传动；除了最后两节以外，每节机械臂内均设有传动轴、摩擦轮和摩擦盘，其中摩擦轮均与该机械臂内传动轴通过齿轮传动，机械臂与机械臂之间以及机械臂与基座之间的传动轴均在连接处通过可伸缩双万向节相连，每节机械臂的摩擦盘与其前一节机械臂或基座的摩擦轮配合安装，摩擦轮通过摩擦力驱动摩擦盘转动，该节机械臂的摩擦盘通过皮带驱动其下节机械臂转动；倒数第二节机械臂内仅设有与其前一节机械臂内摩擦轮配合安装的摩擦盘，该摩擦盘通过皮带驱动最后一节机械臂转动。
2.如权利要求1所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述的机械臂与机械臂之间以及第一节机械臂与基座之间均通过转轴铰接相连。
3.如权利要求2所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述第一驱动电机固定安装于与第一节机械臂连接处的基座上，第一驱动电机的输出轴与该连接处的转轴固定相连，该连接处的转轴与第一节机械臂固定相连，通过第一驱动电机转动驱动第一节机械臂相对基座转动。
4.如权利要求2所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述第二驱动电机固定安装于基座上，第二驱动电机的输出轴与基座内的传动轴相连，基座以及机械臂的传动轴上均设有主动齿轮，相应的摩擦轮上设有与主动齿轮啮合的从动齿轮。
5.如权利要求4所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述摩擦轮与传动轴的轴线平行设置，摩擦轮与其相配合的摩擦盘相互垂直设置，通过摩擦轮和摩擦盘配合摩擦轮转动传动垂直转向。
6.如权利要求4所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述摩擦盘一侧设有与其同轴固定的主动皮带轮，该节机械臂与下节机械臂铰接的转轴上设有从动皮带轮，主动皮带轮和从动皮带轮之间通过皮带相连。
7.如权利要求1至6任意一项所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述机械臂有3-8节。
8.如权利要求7所述的欠驱动多关节机械臂，其特征在于：所述机械臂有4节，分别为第一节机械臂、第二节机械臂、第三节机械臂和第四节机械臂，其中第一节机械臂与基座相连，第四节机械臂安装末端执行器。
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