CN109278032A - 欠驱动绳驱机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠驱动绳驱机械臂，所述绳驱机械臂包括若干可转动的关节、连接于关节之间的驱动绳、及若干用于收线和/或放线的绳收放器，所述关节包括位于底部的第一关节、位于顶部的第二关节、及位于第一关节和第二关节之间的若干第三关节，所述第二关节两侧分别通过第一驱动绳与第一关节直接或间接相连，第三关节至少一侧通过第二驱动绳与第一关节直接或间接相连。欠驱动绳驱机械臂结构简单可靠、控制方便，减少了驱动绳的数量，降低了机械故障率，减少了机械臂的制造成本。

Description

欠驱动绳驱机械臂

技术领域

本发明涉及绳驱机械臂技术领域，特别是涉及一种欠驱动绳驱机械臂。

背景技术

现有技术中绳驱机械臂的每个关节至少需要2根钢丝绳驱动，对于一自由度的关节需要2根钢丝绳，而两自由度的关节则需要三根或四根钢丝绳。

钢丝绳的增加，必然导致驱动电机、减速机和其他相关零件的增加，因此随之机械故障率和成本也会相应增加。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种欠驱动绳驱机械臂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种欠驱动绳驱机械臂，以减少驱动绳的数量，降低机械故障率并减少成本。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种欠驱动绳驱机械臂，所述绳驱机械臂包括若干可转动的关节、连接于关节之间的驱动绳、及若干用于收线和/或放线的绳收放器，所述关节包括位于底部的第一关节、位于顶部的第二关节、及位于第一关节和第二关节之间的若干第三关节，所述第二关节两侧分别通过第一驱动绳与第一关节直接或间接相连，第三关节至少一侧通过第二驱动绳与第一关节直接或间接相连。

作为本发明的进一步改进，所述关节包括若干连接板及固定安装于连接板上的支撑架，关节之间通过支撑架旋转安装。

作为本发明的进一步改进，所述第一关节包括第一连接板及第一支撑架，第二关节包括第二连接板及第二支撑架，第三关节包括第三上支撑架、第三上连接板、关节体、第三下连接板及第三下支撑架。

作为本发明的进一步改进，所述第一驱动绳一端固定安装于第二连接板上，另一端贯穿第三上连接板、第三下连接板和第一连接板后固定于绳收放器上。

作为本发明的进一步改进，所述第二驱动绳一端固定安装于第三下连接板上，另一端贯穿第一连接板后固定于绳收放器上。

作为本发明的进一步改进，所述关节包括至少两个第三关节，每个第三关节的第三下连接板与第一连接板之间设有至少一根第二驱动绳。

作为本发明的进一步改进，与所述第二关节安装的第三关节的第三下连接板与第一连接板之间设有两根第二驱动绳。

作为本发明的进一步改进，所述第一驱动绳和第二驱动绳的一端通过封头器固定安装于关节上，另一端固定于绳收放器上。

作为本发明的进一步改进，所述封头器固定安装于第二关节的第二连接板和/或第三关节的第三下连接板上。

作为本发明的进一步改进，所述绳收放器固定安装于第一连接板的下方。

本发明的有益效果是：

欠驱动绳驱机械臂结构简单可靠、控制方便，减少了驱动绳的数量，降低了机械故障率，减少了机械臂的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中驱动绳驱机械臂的结构示意图；

图2为本发明实施例1中驱动绳驱机械臂的转动状态示意图；

图3为本发明实施例2中驱动绳驱机械臂的结构示意图；

图4为本发明实施例2中驱动绳驱机械臂的转动状态示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本文使用的例如“左”、“左侧”、“右”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“左侧”的单元将位于其他单元或特征“右侧”。因此，示例性术语“左侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

本发明一实施例中公开了一种欠驱动绳驱机械臂，该绳驱机械臂包括若干可转动的关节、连接于关节之间的驱动绳、及若干用于收线和/或放线的绳收放器，关节包括位于底部的第一关节、位于顶部的第二关节、及位于第一关节和第二关节之间的若干第三关节，第二关节两侧分别通过第一驱动绳与第一关节直接或间接相连，第三关节至少一侧通过第二驱动绳与第一关节直接或间接相连。

实施例1：

参图1所示，在本实施例中的一种欠驱动绳驱机械臂，包括多个可转动的关节、连接于关节之间的驱动绳、及若干用于收线和/或放线的绳收放器，关节包括位于底部的第一关节、位于顶部的第二关节、及位于第一关节和第二关节之间的若干第三关节，第二关节两侧分别通过第一驱动绳与第一关节直接或间接相连，第三关节至少一侧通过第二驱动绳与第一关节直接或间接相连。

本实施例中的关节包括若干连接板及固定安装于连接板上的支撑架，关节之间通过支撑架旋转安装。

具体地，本实施例中包括四个关节，一个第一关节、一个第二关节及两个第三关节。第一关节包括第一连接板41及第一支撑架42，第二关节包括第二连接板11及第二支撑架12，与第二关节相连的第三关节(上第三关节)包括第三上支撑架24、第三上连接板21、关节体23、第三下连接板22及第三下支撑架25，与第一关节相连的第三关节(下第三关节)包括第三上支撑架34、第三上连接板31、关节体33、第三下连接板32及第三下支撑架35。

第一驱动绳贯穿第二关节、第三关节及第一关节设置。

其中，第一驱动绳51一端贯穿第二连接板11左侧的导绳孔后通过封头器61锁止在第二连接板11的上端面的左侧，另一端依次贯穿第三上连接板21、第三下连接板22、第三上连接板31、第三下连接板32和第一连接板41左侧的导绳孔后固定于绳收放器71上；

第一驱动绳52一端贯穿第二连接板11右侧的导绳孔后通过封头器62锁止在第二连接板11的上端面的右侧，另一端依次贯穿第三上连接板21、第三下连接板22、第三上连接板31、第三下连接板32和第一连接板41右侧的导绳孔后固定于绳收放器72上。

第二驱动绳贯穿第三关节及第一关节设置。

第二驱动绳53一端贯穿第三下连接板22左侧的导绳孔后通过封头器63锁止在第三下连接板22的上端面的左侧，另一端依次贯穿第三上连接板31、第三下连接板32和第一连接板41左侧的导绳孔后固定于绳收放器71上；

第二驱动绳54一端贯穿第三下连接板22右侧的导绳孔后通过封头器64锁止在第三下连接板22的上端面的右侧，另一端依次贯穿第三上连接板31、第三下连接板32和第一连接板41右侧的导绳孔后固定于绳收放器72上；

第二驱动绳55一端贯穿第三下连接板32右侧的导绳孔后通过封头器65锁止在第三下连接板32的上端面的右侧，另一端贯穿第一连接板41右侧的导绳孔后固定于绳收放器72上。

结合图2所示，本实施例中绳驱机械臂的控制原理如下：

绳收放器71牵引第一驱动绳51驱动第二关节逆时针转动某一可控角度，在绳收放器71牵引第一驱动绳51的同时，绳收放器72同步地放开第一驱动绳52。绳收放器71牵引和绳收放器72同步放开第一驱动绳的长度由机械臂控制器的软件算法决定。机械臂在保持静止状态时，绳收放器71牵引和绳收放器72同时收紧第一驱动绳以保持关节的刚度。同理，也可以控制第二关节顺时针转动某一可控角度。

绳收放器71牵引第二驱动绳53驱动上第三关节逆时针转动某一可控角度，在绳收放器71牵引第二驱动绳53的同时，绳收放器72同步地放开第二驱动绳54。绳收放器71牵引和绳收放器72同步放开第二驱动绳的长度由机械臂控制器的软件算法决定。机械臂在保持静止状态时，绳收放器71牵引和绳收放器72同时收紧第二驱动绳以保持关节的刚度。同理，也可以控制上第三关节顺时针转动某一可控角度。

绳收放器71牵引第一驱动绳51和第二驱动绳53驱动下第三关节逆时针转动某一可控角度，在绳收放器71牵引第二驱动绳53的同时，绳收放器72|同步地放开第二 驱动绳55。绳收放器71牵引第一驱动绳51和第二驱动绳53的驱动力分配由机械臂控制器的软件算法决定。绳收放器71牵引和绳收放器72同步放开驱动绳的长度亦由机械臂控制器的软件算法决定。

绳收放器72牵引第二驱动绳55驱动下第三关节顺时针转动某一可控角度，在绳收放器72牵引第二驱动绳55的同时，绳收放器71同步地放开第二驱动绳53和第一驱动绳51。绳收放器72牵引第二驱动绳55和绳收放器71同步放开第一驱动绳51和第二驱动绳53的长度由机械臂控制器的软件算法决定。

本实施例中的机械臂的运动轨迹通过联动协调控制第二关节、上第三关节和下第三关节同步转动角度量来实现，并可实现较高精度的轨迹控制。

可以看出，本实施例中仅需五根驱动绳即可实现绳驱机械臂的控制。

实施例2：

参图3所示，本实施例中的欠驱动绳驱机械臂中，关节结构与实施例1完全相同，与实施例1不同的是，本实施例中仅包括四根驱动绳，第一驱动绳51、52、第二驱动绳54、第二驱动绳55的设置与实施例1完全相同，本实施例中未设置实施例1中的第二驱动绳53及对应的封头器63。

结合图4所示，本实施例中绳驱机械臂的控制原理如下：

第二关节、上第三关节和下第三关节逆时针转动均通过绳收放器71牵引第一驱动绳51来实现，在绳收放器71牵引第一驱动绳51的同时，绳收放器72同步地放开第一驱动绳52、第二驱动绳54或第二驱动绳55，这三根驱动绳根据各关节转动的角度需求同步放开，至于放开哪根驱动绳还是三根组合或同时放开均由机械臂控制器的软件算法决定，绳收放器71牵引和绳收放器72同步放开驱动绳的长度亦由机械臂控制器的软件算法决定。

第二关节、上第三关节和下第三关节顺时针转动通过绳收放器72分别牵引第一驱动绳52、第二驱动绳54或第二驱动绳55来实现。这三根驱动绳根据各关节转动的角度需求同步牵引收紧，至于拉动哪根驱动绳还是三根组合或同时拉动均由机械臂控制器的软件算法决定，绳收放器72牵引和绳收放器71同步放开驱动绳的长度亦由机械臂控制器的软件算法决定。在绳收放器72牵引第一驱动绳52、第二驱动绳54或第二驱动绳55的同时，绳收放器71同步地放开第一驱动绳51。

其余的安装结构及控制原理均与实施例1相同，此处不再进行赘述。

可以看出，本实施例中仅需四根驱动绳即可实现绳驱机械臂的控制。

应当理解的是，本实施例中以四关节为例进行说明，通过驱动绳可以驱动第一关节上第二关节、上第三关节及下第三关节的转动，在其他实施例中机械臂可以为其他数量的关节，第三关节的数量可以根据需要设计为其他数量，第三关节增加时仅需增加对应的第二驱动绳和封头器即可，此处不再一一举例进行说明。

由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

欠驱动绳驱机械臂结构简单可靠、控制方便，减少了驱动绳的数量，降低了机械故障率，减少了机械臂的制造成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述绳驱机械臂包括若干可转动的关节、连接于关节之间的驱动绳、及若干用于收线和/或放线的绳收放器，所述关节包括位于底部的第一关节、位于顶部的第二关节、及位于第一关节和第二关节之间的若干第三关节，所述第二关节两侧分别通过第一驱动绳与第一关节直接或间接相连，第三关节至少一侧通过第二驱动绳与第一关节直接或间接相连。

2.根据权利要求1所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述关节包括若干连接板及固定安装于连接板上的支撑架，关节之间通过支撑架旋转安装。

3.根据权利要求2所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述第一关节包括第一连接板及第一支撑架，第二关节包括第二连接板及第二支撑架，第三关节包括第三上支撑架、第三上连接板、关节体、第三下连接板及第三下支撑架。

4.根据权利要求3所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述第一驱动绳一端固定安装于第二连接板上，另一端贯穿第三上连接板、第三下连接板和第一连接板后固定于绳收放器上。

5.根据权利要求3所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述第二驱动绳一端固定安装于第三下连接板上，另一端贯穿第一连接板后固定于绳收放器上。

6.根据权利要求5所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述关节包括至少两个第三关节，每个第三关节的第三下连接板与第一连接板之间设有至少一根第二驱动绳。

7.根据权利要求6所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，与所述第二关节安装的第三关节的第三下连接板与第一连接板之间设有两根第二驱动绳。

8.根据权利要求3所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述第一驱动绳和第二驱动绳的一端通过封头器固定安装于关节上，另一端固定于绳收放器上。

9.根据权利要求8所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述封头器固定安装于第二关节的第二连接板和/或第三关节的第三下连接板上。

10.根据权利要求8所述的欠驱动绳驱机械臂，其特征在于，所述绳收放器固定安装于第一连接板的下方。