CN110142802A - 一种丝传动式四连杆机构 - Google Patents
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Abstract
一种丝传动式四连杆机构，属于机械臂技术领域。本发明是为了解决现有的串联机器人关节结构重力矩以及摩擦力矩大问题。本发明包括肘部电机安装座、肘部俯仰电机、肘部连杆、小臂体、大臂体、肩部俯仰座、肩部俯仰电机、肘部丝传动减速机构和肩部丝传动减速机构，肘部俯仰电机固定安装在肘部电机安装座上，肘部电机安装座与肩部俯仰电机共同固定安装在肩部俯仰座上，肘部俯仰电机通过肘部丝传动减速机构带动肘部连杆摆动，肩部俯仰电机通过肩部丝传动减速机构带动大臂体摆动，肘部连杆的一端与小臂体的末端形成转动关节，大臂体的一端与小臂体的中间部位形成转动关节。本发明主要用于机器人的机械臂中。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以减小重力矩和摩擦力矩的丝传动式四连杆机构。属于机械臂技术领域。
背景技术
在串联机器人关节结构发展的今天，尤其对串联结构要求，在满足设计合理的前提下，要求整体结构更趋向小巧、布局更加紧凑合理及减小重力矩和摩擦力矩方向发展，目前应用在机械手臂中的结构不能很好的解决这两方面的问题，大多还是电机加减速机驱动关节动作，对于该机构，若采用齿轮减速机来实现较大的减速比，会增大关节的摩擦力矩。
发明内容
本发明是为了解决现有的串联机器人关节结构重力矩以及摩擦力矩大问题。现提供一种可以减小重力矩和摩擦力矩的丝传动式四连杆机构。
本发明采用的技术方案是：
所述的一种丝传动式四连杆机构包括肘部电机安装座1-3、肘部俯仰电机3-3、肘部连杆1-6、小臂体2-2、大臂体2-4、肩部俯仰座2-8、肩部俯仰电机2-9、肘部丝传动减速机构和肩部丝传动减速机构，肘部俯仰电机3-3固定安装在肘部电机安装座1-3上，肘部电机安装座1-3与肩部俯仰电机2-9共同固定安装在肩部俯仰座2-8上，肘部俯仰电机3-3通过肘部丝传动减速机构带动肘部连杆1-6摆动，肩部俯仰电机2-9通过肩部丝传动减速机构带动大臂体2-4摆动，肘部连杆1-6的一端与小臂体2-2的末端形成转动关节，大臂体2-4的一端与小臂体2-2的中间部位形成转动关节。
进一步地，所述的肘部丝传动减速机构包括肘部上部丝1-1、肘部下部丝1-2、肘部丝传动主动轮1-4和肘部丝传动盘2-1，肘部丝传动盘2-1的板面上分别设置了一个肘部上部丝固定柱1-9和一个肘部下部丝固定柱1-8，沿肘部丝传动盘2-1的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肘部下部丝豁口2-1-2和肘部上部丝豁口2-1-1，肘部上部丝固定柱1-9靠近肘部下部丝豁口2-1-2处设置，肘部下部丝固定柱1-8靠近肘部上部丝豁口2-1-1处设置，肘部俯仰电机3-3的驱动端与肘部丝传动主动轮1-4固定连接，且肘部俯仰电机3-3处于肘部下部丝豁口2-1-2和肘部上部丝豁口2-1-1之间的位置，肘部上部丝1-1的一端固定安装在肘部上部丝固定柱1-9上，肘部上部丝1-1的另一端缠绕在肘部丝传动主动轮1-4的一端，肘部下部丝1-2的一端固定安装在肘部下部丝固定柱1-8上，肘部下部丝1-2的另一端反向缠绕在肘部丝传动主动轮1-4的另一端；肘部连杆1-6的另一端与肘部丝传动盘2-1的一端形成转动关节；肘部丝传动盘2-1设置在肩部俯仰座2-8的一侧，且肘部丝传动盘2-1与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
进一步地，所述的肩部丝传动减速机构包括肩部丝传动盘2-6、肩部上部丝3-2、肩部下部丝3-1和肩部丝传动主动轮2-7，肩部丝传动盘2-6的板面上分别设置了一个肩部上部丝固定柱3-5和一个肩部下部丝固定柱3-6，沿肩部丝传动盘2-6的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肩部下部丝豁口2-6-2和肩部上部丝豁口2-6-1，肩部上部丝固定柱3-5靠近肩部下部丝豁口2-6-2处设置，肩部下部丝固定柱3-6靠近肩部上部丝豁口2-6-1处设置，肩部俯仰电机2-9的驱动端与肩部丝传动主动轮2-7固定连接，且肩部俯仰电机2-9处于肩部下部丝豁口2-6-2和肩部上部丝豁口2-6-1之间的位置，肩部上部丝3-2的一端固定安装在肩部上部丝固定柱3-5上，肩部上部丝3-2的另一端缠绕在肩部丝传动主动轮2-7的一端，肩部下部丝3-1的一端固定安装在肩部下部丝固定柱3-6上，肩部下部丝3-1的另一端反向缠绕在肩部丝传动主动轮2-7的另一端；大臂体2-4的另一端与肩部丝传动盘2-6的中间部位固定连接；肩部丝传动盘2-6设置在肩部俯仰座2-8的另一侧，且肩部丝传动盘2-6与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
进一步地，所述的肘部上部丝1-1的中间段围绕肘部下部丝固定柱1-8缠绕一圈。
进一步地，所述的肩部上部丝3-2的中间段围绕肩部下部丝固定柱3-6缠绕一圈。
进一步地，所述的肘部连杆1-6的一端通过连杆肘部端过渡轴1-7与小臂体2-2的末端形成转动连接，肘部连杆1-6的另一端通过连杆肩部端过渡轴1-5与肘部丝传动盘2-1形成转动连接。
进一步地，所述的大臂体2-4的一端通过肘部回转轴2-3与小臂体2-2的中间部位形成转动连接，肩部丝传动盘2-6通过肩部俯仰过渡轴2-5与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
进一步地，小臂体2-2处于大臂体2-4和小臂体2-2之间的连接点与小臂体2-2的末端之间的部分为实心，小臂体2-2处于大臂体2-4和小臂体2-2之间的连接点与小臂体2-2的前端之间的部分为空心。
本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
1、利用丝传动减速机构代替齿轮减速机构，增大关节输出力矩，减小了关节之间的摩擦力矩，提升了关节运动的柔顺性，柔顺性提高了30％；
2、通过四连杆机构将驱动电机后置，减小驱动电机负载，进而减小电机的尺寸重量，大大降低了关节重力矩；
3、小臂体后部采用实心，可以使小臂体重心后移，四连杆机构产生肘部俯仰动作时，通过小臂体后移的重心可以减小小臂体与肘部连杆之间的关节负载，进而可以减小肘部俯仰电机的尺寸和重量，减小四连杆机构的重力矩；
4、四连杆机构中产生肩部俯仰动作时，肘部驱动会给肩部俯仰动作一个补充，分担肩部俯仰动作一部分负载，减小肩部俯仰电机的驱动负载，以便减小肩部俯仰电机的输出功率，进而减小肩部俯仰电机的尺寸和重量，减小四连杆机构的重力矩。
附图说明
图1为丝传动式四连杆机构的主视图；
图2为图1中A-A处剖视示意图；
图3为图2中B向示意图；
图4为肘部丝传动减速机构的结构示意图；
图5为肩部丝传动减速机构的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式中，所述的丝传动式四连杆机构包括肘部电机安装座1-3、肘部俯仰电机3-3、肘部连杆1-6、小臂体2-2、大臂体2-4、肩部俯仰座2-8、肩部俯仰电机2-9、肘部丝传动减速机构和肩部丝传动减速机构，肘部俯仰电机3-3固定安装在肘部电机安装座1-3上，肘部电机安装座1-3与肩部俯仰电机2-9共同固定安装在肩部俯仰座2-8上，肘部俯仰电机3-3通过肘部丝传动减速机构带动肘部连杆1-6摆动，肩部俯仰电机2-9通过肩部丝传动减速机构带动大臂体2-4摆动，肘部连杆1-6的一端与小臂体2-2的末端形成转动关节，大臂体2-4的一端与小臂体2-2的中间部位形成转动关节。
肘部连杆1-6、小臂体2-2、大臂体2-4、肩部俯仰座2-8形成四连杆机构，肩部俯仰动作及肘部俯仰动作是由丝传动式四连杆复合运动产生的结果。
肘部俯仰电机3-3驱动肘部丝传动减速机构带动肘部连杆1-6摆动，肘部连杆1-6带动与其转动连接的小臂体2-2摆动，小臂体2-2与大臂体2-4之间的转动完成肘部俯仰动作。
肩部俯仰电机2-9驱动肩部丝传动减速机构带动大臂体2-4摆动，大臂体2-4与肩部俯仰座2-8之间的转动完成肩部俯仰动作。
本发明利用丝传动减速机构代替齿轮减速机构，增大关节输出力矩，减小了关节之间的摩擦力矩，提升了关节运动的柔顺性；通过四连杆机构将驱动电机后置，减小驱动电机负载，进而减小电机的尺寸重量，大大降低了关节重力矩。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式中所述的肘部丝传动减速机构包括肘部上部丝1-1、肘部下部丝1-2、肘部丝传动主动轮1-4和肘部丝传动盘2-1，肘部丝传动盘2-1的板面上分别设置了一个肘部上部丝固定柱1-9和一个肘部下部丝固定柱1-8，沿肘部丝传动盘2-1的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肘部下部丝豁口2-1-2和肘部上部丝豁口2-1-1，肘部上部丝固定柱1-9靠近肘部下部丝豁口2-1-2处设置，肘部下部丝固定柱1-8靠近肘部上部丝豁口2-1-1处设置，肘部俯仰电机3-3的驱动端与肘部丝传动主动轮1-4固定连接，且肘部俯仰电机3-3处于肘部下部丝豁口2-1-2和肘部上部丝豁口2-1-1之间的位置，肘部上部丝1-1的一端固定安装在肘部上部丝固定柱1-9上，肘部上部丝1-1的另一端缠绕在肘部丝传动主动轮1-4的一端，肘部下部丝1-2的一端固定安装在肘部下部丝固定柱1-8上，肘部下部丝1-2的另一端反向缠绕在肘部丝传动主动轮1-4的另一端；
如图1所示，肘部连杆1-6的另一端与肘部丝传动盘2-1的一端形成转动关节；
如图2所示，肘部丝传动盘2-1设置在肩部俯仰座2-8的一侧，且肘部丝传动盘2-1与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
肘部俯仰电机3-3的驱动轴转动，带动与其固定连接的肘部丝传动主动轮1-4转动，缠绕在肘部丝传动主动轮1-4上的肘部上部丝1-1和肘部下部丝1-2进行收、放动作，当肘部下部丝1-2逆时针缠绕在肘部丝传动主动轮1-4上，肘部上部丝1-1顺时针缠绕在肘部丝传动主动轮1-4上时，肘部俯仰电机3-3的驱动轴逆时针转动，肘部下部丝1-2从肘部丝传动主动轮1-4上进行收线的动作，肘部上部丝1-1从肘部丝传动主动轮1-4上进行放线的动作，肘部丝传动盘2-1在肘部下部丝1-2和肘部上部丝1-1的力的作用下，进行顺时针摆动；肘部俯仰电机3-3的驱动轴顺时针转动，肘部下部丝1-2从肘部丝传动主动轮1-4上进行放线的动作，肘部上部丝1-1从肘部丝传动主动轮1-4上进行收线的动作，肘部丝传动盘2-1在肘部下部丝1-2和肘部上部丝1-1的力的作用下，进行逆时针摆动，肘部丝传动盘2-1转动，进而带动肘部连杆1-6摆动，肘部连杆1-6带动小臂体2-2转动，小臂体2-2与大臂体2-4之间形成肘部俯仰动作。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式中所述的肩部丝传动减速机构包括肩部丝传动盘2-6、肩部上部丝3-2、肩部下部丝3-1和肩部丝传动主动轮2-7，
肩部丝传动盘2-6的板面上分别设置了一个肩部上部丝固定柱3-5和一个肩部下部丝固定柱3-6，沿肩部丝传动盘2-6的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肩部下部丝豁口2-6-2和肩部上部丝豁口2-6-1，肩部上部丝固定柱3-5靠近肩部下部丝豁口2-6-2处设置，肩部下部丝固定柱3-6靠近肩部上部丝豁口2-6-1处设置，肩部俯仰电机2-9的驱动端与肩部丝传动主动轮2-7固定连接，且肩部俯仰电机2-9处于肩部下部丝豁口2-6-2和肩部上部丝豁口2-6-1之间的位置，肩部上部丝3-2的一端固定安装在肩部上部丝固定柱3-5上，肩部上部丝3-2的另一端缠绕在肩部丝传动主动轮2-7的一端，肩部下部丝3-1的一端固定安装在肩部下部丝固定柱3-6上，肩部下部丝3-1的另一端反向缠绕在肩部丝传动主动轮2-7的另一端；
如图3所示，大臂体2-4的另一端与肩部丝传动盘2-6的中间部位固定连接；
如图2所示，肩部丝传动盘2-6设置在肩部俯仰座2-8的另一侧，且肩部丝传动盘2-6与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
肩部俯仰电机2-9的驱动轴转动，带动与其固定连接的肩部丝传动主动轮2-7转动，缠绕在肩部丝传动主动轮2-7上的肩部上部丝3-2和肩部下部丝3-1进行收、放动作，当肩部下部丝3-1逆时针缠绕在肩部丝传动主动轮2-7上，肩部上部丝3-2顺时针缠绕在肩部丝传动主动轮2-7上时，肩部俯仰电机2-9的驱动轴逆时针转动，肩部下部丝3-1从肩部丝传动主动轮2-7上进行收线的动作，肩部上部丝3-2从肩部丝传动主动轮2-7上进行放线的动作，肩部丝传动盘2-6在肩部下部丝3-1和肩部上部丝3-2的力的作用下，进行顺时针摆动；肩部俯仰电机2-9的驱动轴顺时针转动，肩部下部丝3-1从肩部丝传动主动轮2-7上进行放线的动作，肩部上部丝3-2从肩部丝传动主动轮2-7上进行收线的动作，肩部丝传动盘2-6在肩部下部丝3-1和肩部上部丝3-2的力的作用下，进行逆时针摆动，肩部丝传动盘2-6转动，进而带动大臂体2-4摆动，大臂体2-4与肩部俯仰座2-8之间形成肩部俯仰动作。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式中所述的肘部上部丝1-1的中间段围绕肘部下部丝固定柱1-8缠绕一圈。
其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式中所述的肩部上部丝3-2的中间段围绕肩部下部丝固定柱3-6缠绕一圈。
其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述的肘部连杆1-6的一端通过连杆肘部端过渡轴1-7与小臂体2-2的末端形成转动连接，肘部连杆1-6的另一端通过连杆肩部端过渡轴1-5与肘部丝传动盘2-1形成转动连接。
其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式中所述的大臂体2-4的一端通过肘部回转轴2-3与小臂体2-2的中间部位形成转动连接，肩部丝传动盘2-6通过肩部俯仰过渡轴2-5与肩部俯仰座2-8形成转动连接。
其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式八：本实施方式中，小臂体2-2处于大臂体2-4和小臂体2-2之间的连接点与小臂体2-2的末端之间的部分为实心，小臂体2-2处于大臂体2-4和小臂体2-2之间的连接点与小臂体2-2的前端之间的部分为空心。
小臂体后部采用实心，可以使小臂体重心后移，四连杆机构产生肘部俯仰动作时，通过小臂体后移的重心可以减小小臂体与肘部连杆之间的关节负载，进而可以减小肘部俯仰电机的尺寸和重量，减小四连杆机构的重力矩。
其它组成和连接方式与具体实施方式一至七任一项相同。
Claims (8)
1.一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：它包括肘部电机安装座(1-3)、肘部俯仰电机(3-3)、肘部连杆(1-6)、小臂体(2-2)、大臂体(2-4)、肩部俯仰座(2-8)、肩部俯仰电机(2-9)、肘部丝传动减速机构和肩部丝传动减速机构，肘部俯仰电机(3-3)固定安装在肘部电机安装座(1-3)上，肘部电机安装座(1-3)与肩部俯仰电机(2-9)共同固定安装在肩部俯仰座(2-8)上，肘部俯仰电机(3-3)通过肘部丝传动减速机构带动肘部连杆(1-6)摆动，肩部俯仰电机(2-9)通过肩部丝传动减速机构带动大臂体(2-4)摆动，肘部连杆(1-6)的一端与小臂体(2-2)的末端形成转动关节，大臂体(2-4)的一端与小臂体(2-2)的中间部位形成转动关节。
2.根据权利要求1所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的肘部丝传动减速机构包括肘部上部丝(1-1)、肘部下部丝(1-2)、肘部丝传动主动轮(1-4)和肘部丝传动盘(2-1)，肘部丝传动盘(2-1)的板面上分别设置了一个肘部上部丝固定柱(1-9)和一个肘部下部丝固定柱(1-8)，沿肘部丝传动盘(2-1)的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肘部下部丝豁口(2-1-2)和肘部上部丝豁口(2-1-1)，肘部上部丝固定柱(1-9)靠近肘部下部丝豁口(2-1-2)处设置，肘部下部丝固定柱(1-8)靠近肘部上部丝豁口(2-1-1)处设置，肘部俯仰电机(3-3)的驱动端与肘部丝传动主动轮(1-4)固定连接，且肘部俯仰电机(3-3)处于肘部下部丝豁口(2-1-2)和肘部上部丝豁口(2-1-1)之间的位置，肘部上部丝(1-1)的一端固定安装在肘部上部丝固定柱(1-9)上，肘部上部丝(1-1)的另一端缠绕在肘部丝传动主动轮(1-4)的一端，肘部下部丝(1-2)的一端固定安装在肘部下部丝固定柱(1-8)上，肘部下部丝(1-2)的另一端反向缠绕在肘部丝传动主动轮(1-4)的另一端；
肘部连杆(1-6)的另一端与肘部丝传动盘(2-1)的一端形成转动关节；
肘部丝传动盘(2-1)设置在肩部俯仰座(2-8)的一侧，且肘部丝传动盘(2-1)与肩部俯仰座(2-8)形成转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的肩部丝传动减速机构包括肩部丝传动盘(2-6)、肩部上部丝(3-2)、肩部下部丝(3-1)和肩部丝传动主动轮(2-7)，肩部丝传动盘(2-6)的板面上分别设置了一个肩部上部丝固定柱(3-5)和一个肩部下部丝固定柱(3-6)，沿肩部丝传动盘(2-6)的弧形边缘处设置有弧形凸起，弧形凸起上开有两个豁口，分别为肩部下部丝豁口(2-6-2)和肩部上部丝豁口(2-6-1)，肩部上部丝固定柱(3-5)靠近肩部下部丝豁口(2-6-2)处设置，肩部下部丝固定柱(3-6)靠近肩部上部丝豁口(2-6-1)处设置，肩部俯仰电机(2-9)的驱动端与肩部丝传动主动轮(2-7)固定连接，且肩部俯仰电机(2-9)处于肩部下部丝豁口(2-6-2)和肩部上部丝豁口(2-6-1)之间的位置，肩部上部丝(3-2)的一端固定安装在肩部上部丝固定柱(3-5)上，肩部上部丝(3-2)的另一端缠绕在肩部丝传动主动轮(2-7)的一端，肩部下部丝(3-1)的一端固定安装在肩部下部丝固定柱(3-6)上，肩部下部丝(3-1)的另一端反向缠绕在肩部丝传动主动轮(2-7)的另一端；
大臂体(2-4)的另一端与肩部丝传动盘(2-6)的中间部位固定连接；
肩部丝传动盘(2-6)设置在肩部俯仰座(2-8)的另一侧，且肩部丝传动盘(2-6)与肩部俯仰座(2-8)形成转动连接。
4.根据权利要求2所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的肘部上部丝(1-1)的中间段围绕肘部下部丝固定柱(1-8)缠绕一圈。
5.根据权利要求3所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的肩部上部丝(3-2)的中间段围绕肩部下部丝固定柱(3-6)缠绕一圈。
6.根据权利要求2所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的肘部连杆(1-6)的一端通过连杆肘部端过渡轴(1-7)与小臂体(2-2)的末端形成转动连接，肘部连杆(1-6)的另一端通过连杆肩部端过渡轴(1-5)与肘部丝传动盘(2-1)形成转动连接。
7.根据权利要求3所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：所述的大臂体(2-4)的一端通过肘部回转轴(2-3)与小臂体(2-2)的中间部位形成转动连接，肩部丝传动盘(2-6)通过肩部俯仰过渡轴(2-5)与肩部俯仰座(2-8)形成转动连接。
8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的一种丝传动式四连杆机构，其特征在于：小臂体(2-2)处于大臂体(2-4)和小臂体(2-2)之间的连接点与小臂体(2-2)的末端之间的部分为实心，小臂体(2-2)处于大臂体(2-4)和小臂体(2-2)之间的连接点与小臂体(2-2)的前端之间的部分为空心。
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-
2019
- 2019-07-02 CN CN201910590269.2A patent/CN110142802A/zh active Pending
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