CN112605985A - 一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂，机械臂的拉线传动机构包括第一电机、第一电机同步带动轮、中间轮、输出轮和第一拉线和第二拉线，第一拉线缠绕在第一电机同步带动轮和中间轮上，第二拉线缠绕在中间轮和输出轮上，第一电机同步带动轮安装在第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一电机同步带动轮，第一电机同步带动轮通过第一拉线驱动中间轮，中间轮通过第二拉线驱动输出轮。本发明省去了各关节的关节电机，降低了机械臂的重量，提升了机械臂的效率和灵活性。解决了带关节电机的机械臂的重量高、结构复杂和效率低的问题。

Description

一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂。

背景技术

机械臂是工业生产中一种常见的装置，它是工业自动化的重要组成部分，可以协助或者代替技术人员从事繁重单一的工作。目前的机械臂多数是采用关节电机来驱动各个关节的运动，每个关节都需要一个关节电机，其安装结构复杂且重量较重，电机大部分的功率都用来克服自身重量所带来的负载，降低了机械手臂对外做功的能力和效率。并且随着各关节的重量的增加，机械臂的稳定性和灵活性也进一步降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂，用于解决带关节电机的机械臂的重量高、结构复杂和效率低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种机械臂的拉线传动机构，包括第一电机、第一电机同步带动轮、中间轮、输出轮和第一拉线和第二拉线，第一拉线缠绕在第一电机同步带动轮和中间轮上，第二拉线缠绕在中间轮和输出轮上，第一电机同步带动轮安装在第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一电机同步带动轮，第一电机同步带动轮通过第一拉线驱动中间轮，中间轮通过第二拉线驱动输出轮。

有益效果为：

通过第一电机驱动第一电机同步带动轮，第一电机同步带动轮通过第一拉线驱动中间轮旋转，中间轮的旋转通过第二拉线驱动输出轮，中间轮和输出轮各驱动一个关节，省去了各关节的关节电机，降低了机械臂的重量，提升了机械臂的效率和灵活性，解决了带关节电机的机械臂的重量高、结构复杂和效率低的问题。

进一步的，中间轮上设置有四条线槽，第一拉线和第二拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在中间轮上。增加拉线的使用率，使机械臂运动角度最大化，克服单圈绕线使机械臂运动范围过小的问题。

进一步的，还包括拉线收紧装置，拉线收紧装置包括第二电机、第二电机同步带动轮和拉线收紧轮，第二电机同步带动轮安装在第二电机的输出轴上，第一拉线在缠绕在第一电机同步带动轮前，首先缠绕在第二电机同步带动轮上，然后缠绕在拉线收紧轮上，最后通过拉线收紧轮缠绕在第一电机同步带动轮上，拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节张紧螺丝对第一拉线的收紧和松弛进行控制。通过调节拉线的收紧程度，增加了机械臂控制的稳定性和准确性。

本发明还提供了一种机械臂，包括底座电机、底座电机输出法兰、大臂驱动电机、大臂、小臂、末端执行机构、第一拉线传动机构、第二拉线传动机构、第一锥齿轮和第二锥齿轮；底座电机输出法兰安装在底座电机的输出轴上，底座电机输出法兰连接大臂的底端用于控制大臂在水平面旋转；大臂驱动电机安装在底座电机输出法兰上用于控制大臂在竖直面旋转；第一拉线传动机构包括第一电机、第一电机同步带动轮、第一中间轮、第一输出轮和第一拉线和第二拉线，第一拉线缠绕在第一电机同步带动轮和第一中间轮上，第二拉线缠绕在第一中间轮和第一输出轮上，第一电机同步带动轮安装在第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一电机同步带动轮，第一电机同步带动轮通过第一拉线驱动第一中间轮，第一中间轮通过第二拉线驱动第一输出轮；第二拉线传动机构包括第二电机、第二电机同步带动轮、第二中间轮、第二输出轮和第三拉线和第四拉线，第三拉线缠绕在第二电机同步带动轮和第二中间轮上，第四拉线缠绕在第二中间轮和第二输出轮上，第二电机同步带动轮安装在第二电机的输出轴上，第二电机驱动第二电机同步带动轮，第二电机同步带动轮通过第三拉线驱动第二中间轮，第二中间轮通过第四拉线驱动第二输出轮；大臂的顶端和小臂的底端通过第一拉线传动机构的第一中间轮和第二拉线传动机构的第二中间轮连接，第一拉线传动机构的第一电机和第二拉线传动机构的第二电机设置在大臂的在底座电机输出法兰上方的底端位置，第一拉线传动机构的第一输出轮和第二拉线传动机构的第二输出轮设置在小臂的顶端，第一拉线传动机构的第一输出轮与第一锥齿轮连接用于驱动第一锥齿轮，第二拉线传动机构的第二输出轮与第二锥齿轮连接用于驱动第二锥齿轮；末端执行机构的底端设置有底端锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮驱动底端锥齿轮以用来控制末端执行机构的活动。

有益效果为：

通过底座电机及底座电机输出法兰控制大臂在水平面的旋转运动，通过大臂驱动电机控制大臂在竖直面的运动，通过第一拉线传动机构和第二拉线传动机构控制小臂和末端执行机构的运动，两个中间轮和两个输出轮各驱动一个关节，通过拉线传动的方式省去了各关节的关节电机，降低了机械臂的重量，提升了机械臂的效率和灵活性，解决了带关节电机的机械臂的重量高、结构复杂和效率低的问题。

进一步的，第一中间轮上设置有四条线槽，第一拉线和第二拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在第一中间轮上；第二中间轮上设置有四条线槽，第三拉线和第四拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在第二中间轮上。增加拉线的使用率，使机械臂运动角度最大化，克服单圈绕线使机械臂运动范围过小的问题。

进一步的，还包括第一拉线收紧装置，第一拉线收紧装置安装在大臂的一侧，第一拉线收紧装置包括第三电机、第三电机同步带动轮和第一拉线收紧轮，第三电机同步带动轮安装在第三电机的输出轴上，第一拉线在缠绕在第一电机同步带动轮前，首先缠绕在第三电机同步带动轮上，然后缠绕在第一拉线收紧轮上，最后通过第一拉线收紧轮缠绕在第一电机同步带动轮上，第一拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节张紧螺丝对第一拉线的收紧和松弛进行控制。通过调节拉线的收紧程度，增加了机械臂控制的稳定性和准确性。

进一步的，还包括第二拉线收紧装置，第二拉线收紧装置安装在大臂的另一侧，第二拉线收紧装置包括第四电机、第四电机同步带动轮和第二拉线收紧轮，第四电机同步带动轮安装在第四电机的输出轴上，第三拉线在缠绕在第二电机同步带动轮前，首先缠绕在第四电机同步带动轮上，然后缠绕在第二拉线收紧轮上，最后通过第二拉线收紧轮缠绕在第二电机同步带动轮上，第二拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节张紧螺丝对第三拉线的收紧和松弛进行控制。通过调节拉线的收紧程度，增加了机械臂控制的稳定性和准确性。

进一步的，末端执行机构为机械爪和/或吸取装置。

附图说明

图1是本发明实施例的机械臂示意图；

图2是本发明实施例的机械臂的仰视图；

图3是本发明实施例的机械臂的主视图。

具体实施方式

本发明所提供的一种机械臂的拉线传动机构和一种机械臂。机械臂的拉线传动机构包括电机、电机同步带动轮、中间轮、输出轮和两条拉线，第一条拉线缠绕在电机同步带动轮和中间轮上，第二条拉线缠绕在中间轮和输出轮上，电机同步带动轮安装在电机的输出轴上，电机驱动电机同步带动轮，电机同步带动轮通过第一条拉线驱动中间轮，中间轮通过第二条拉线驱动输出轮。

机械臂包括底座电机、底座电机输出法兰、大臂驱动电机、大臂、小臂、末端执行机构、第一拉线传动机构、第二拉线传动机构、第一锥齿轮和第二锥齿轮；底座电机输出法兰安装在底座电机的输出轴上，底座电机输出法兰连接大臂的底端用于控制大臂在水平面旋转；大臂驱动电机安装在底座电机输出法兰上用于控制大臂在竖直面旋转；第一拉线传动机构包括第一电机、第一电机同步带动轮、第一中间轮、第一输出轮和第一拉线和第二拉线，第一拉线缠绕在第一电机同步带动轮和第一中间轮上，第二拉线缠绕在第一中间轮和第一输出轮上，第一电机同步带动轮安装在第一电机的输出轴上，第一电机驱动第一电机同步带动轮，第一电机同步带动轮通过第一拉线驱动第一中间轮，第一中间轮通过第二拉线驱动第一输出轮；第二拉线传动机构包括第二电机、第二电机同步带动轮、第二中间轮、第二输出轮和第三拉线和第四拉线，第三拉线缠绕在第二电机同步带动轮和第二中间轮上，第四拉线缠绕在第二中间轮和第二输出轮上，第二电机同步带动轮安装在第二电机的输出轴上，第二电机驱动第二电机同步带动轮，第二电机同步带动轮通过第三拉线驱动第二中间轮，第二中间轮通过第四拉线驱动第二输出轮；大臂的顶端和小臂的底端通过第一拉线传动机构的第一中间轮和第二拉线传动机构的第二中间轮连接，第一拉线传动机构的第一电机和第二拉线传动机构的第二电机设置在大臂的在底座电机输出法兰上方的底端位置，第一拉线传动机构的第一输出轮和第二拉线传动机构的第二输出轮设置在小臂的顶端，第一拉线传动机构的第一输出轮与第一锥齿轮连接用于驱动第一锥齿轮，第二拉线传动机构的第二输出轮与第二锥齿轮连接用于驱动第二锥齿轮；末端执行机构的底端设置有底端锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮驱动底端锥齿轮以用来控制末端执行机构的旋转。

机械臂的具体实施方式如图1-3所示，其中第一拉线传动机构包括第一电机1、第一电机同步带动轮2、第一中间轮3、第一输出轮4和第一拉线和第二拉线。第二拉线传动机构包括第二电机5、第二电机同步带动轮6、第二中间轮7、第二输出轮8和第三拉线和第四拉线。底座电机13安装在底座12上，底座电机输出法兰14安装在底座电机13的输出轴上，底座电机输出法兰14连接大臂15的底端用于控制大臂15在水平面旋转；大臂驱动电机16安装在底座电机输出法兰上14用于控制大臂15在竖直面旋转；大臂15的顶端和小臂17的底端通过第一拉线传动机构的第一中间轮3和第二拉线传动机构的第二中间轮7连接，第一拉线传动机构的第一电机1和第二拉线传动机构的第二电机5设置在大臂15的在底座电机输出法兰14上方的底端位置，第一拉线传动机构的第一输出轮4和第二拉线传动机构的第二输出轮8设置在小臂17的顶端，第一拉线传动机构的第一输出轮4与第一锥齿轮18连接用于驱动第一锥齿轮18，第二拉线传动机构的第二输出轮8与第二锥齿轮19连接用于驱动第二锥齿轮19；末端执行机构20的底端通过安装板22安装在小臂17的顶端，末端执行机构20的底端设置有底端锥齿轮21，第一锥齿轮18和第二锥齿轮19驱动底端锥齿轮21以用来控制末端执行机构20的旋转。

机械臂还包括了一个第一拉线收紧装置，第一拉线收紧装置安装在大臂15的一侧，第一拉线收紧装置包括第三电机9、第三电机同步带动轮10和第一拉线收紧轮11，第三电机同步带动轮10安装在第三电机9的输出轴上，第一拉线在缠绕在第一电机同步带动轮2前，首先缠绕在第三电机同步带动轮10上，然后缠绕在第一拉线收紧轮11上，最后通过第一拉线收紧轮11缠绕在第一电机同步带动轮2上，第一拉线收紧轮11上设置有张紧螺丝，通过调节张紧螺丝对第一拉线的收紧和松弛进行控制。

机械臂工作时，底座电机13控制整个机械臂在水平面的旋转，可旋转的角度为±360°。大臂驱动电机16驱动大臂15在竖直面的运动，使大臂能够在竖直面运动的角度接近180°。第一拉线传动机构和第二拉线传动机构协同工作，通过第一拉线和第三拉线分别驱动第一中间轮3和第二中间轮7转动，进而控制小臂17的运动，小臂17在竖直面运动的角度是±75°；机械臂通过第一中间轮3上缠绕的第二拉线和第二中间轮7上缠绕的第四拉线分别控制第一输出轮4和第二输出轮8的转动，第一输出轮4和第二输出轮8分别连接第一锥齿轮18和第二锥齿轮19，第一输出轮4和第二输出轮8的转动进而驱动第一锥齿轮18和第二锥齿轮19，进而通过与第一锥齿轮18和第二锥齿轮19连接的末端执行机构20的底端设置的底端锥齿轮21控制末端执行机构20的活动。

一种机械臂的拉线传动机构的具体实施方式包含在上述实施例中，在此不再赘述。

上述实施例中，第一中间轮4上设置有四条线槽，第一拉线和第二拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在第一中间轮4上；第二中间轮8上设置有四条线槽，第三拉线和第四拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在第二中间轮8上。这样做的目的是增加拉线的使用率，使机械臂运动角度最大化，克服单圈绕线使机械臂运动范围过小的问题。作为其他实施方式，也可采用其他的常规绕线方式对拉线进行绕线。

上述实施例中，机械臂设置了第一拉线收紧装置，作为其他实施方式，也可不设置第一拉线收紧装置或在相应位置设置一个第二拉线收紧装置。

上述实施例中，末端执行机构20为机械爪和/或吸取装置，作为其他实施方式，可更换为其他具有抓取、吸取、粘取或抽取功能的配件。

上述实施例中，拉线的材质为金属材质，作为其他实施方式，也可采用其他韧性强的材质制成的拉线。

上述实施例中的水平面及竖直面均由机械臂在使用时的安装状态而规定，随着机械臂使用时的安装状态改变，上述水平面和竖直面随之相应改变。

上述实施例中，机械臂安装在底座12上，作为其他实施方式，也可安装在如移动底盘或其他应用平台上。

上述实施例仅以一种具体的实施方式说明本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种机械臂的拉线传动机构，其特征在于：包括第一电机、第一电机同步带动轮、中间轮、输出轮和第一拉线和第二拉线，所述第一拉线缠绕在所述第一电机同步带动轮和所述中间轮上，所述第二拉线缠绕在所述中间轮和所述输出轮上，所述第一电机同步带动轮安装在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机驱动所述第一电机同步带动轮，所述第一电机同步带动轮通过所述第一拉线驱动所述中间轮，所述中间轮通过所述第二拉线驱动所述输出轮。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂的拉线传动机构，其特征在于：所述中间轮上设置有四条线槽，所述第一拉线和所述第二拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在所述中间轮上。

3.根据权利要求1或2所述的一种机械臂的拉线传动机构，其特征在于：还包括拉线收紧装置，所述拉线收紧装置包括第二电机、第二电机同步带动轮和拉线收紧轮，所述第二电机同步带动轮安装在所述第二电机的输出轴上，所述第一拉线在缠绕在所述第一电机同步带动轮前，首先缠绕在所述第二电机同步带动轮上，然后缠绕在所述拉线收紧轮上，最后通过所述拉线收紧轮缠绕在所述第一电机同步带动轮上，所述拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节所述张紧螺丝对所述第一拉线的收紧和松弛进行控制。

4.一种机械臂，其特征在于，包括底座电机、底座电机输出法兰、大臂驱动电机、大臂、小臂、末端执行机构、第一拉线传动机构、第二拉线传动机构、第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述底座电机输出法兰安装在所述底座电机的输出轴上，所述底座电机输出法兰连接所述大臂的底端用于控制所述大臂在水平面旋转；所述大臂驱动电机安装在所述底座电机输出法兰上用于控制所述大臂在竖直面旋转；所述第一拉线传动机构包括第一电机、第一电机同步带动轮、第一中间轮、第一输出轮和第一拉线和第二拉线，所述第一拉线缠绕在所述第一电机同步带动轮和所述第一中间轮上，所述第二拉线缠绕在所述第一中间轮和所述第一输出轮上，所述第一电机同步带动轮安装在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机驱动所述第一电机同步带动轮，所述第一电机同步带动轮通过所述第一拉线驱动所述第一中间轮，所述第一中间轮通过所述第二拉线驱动所述第一输出轮；所述第二拉线传动机构包括第二电机、第二电机同步带动轮、第二中间轮、第二输出轮和第三拉线和第四拉线，所述第三拉线缠绕在所述第二电机同步带动轮和所述第二中间轮上，所述第四拉线缠绕在所述第二中间轮和所述第二输出轮上，所述第二电机同步带动轮安装在所述第二电机的输出轴上，所述第二电机驱动所述第二电机同步带动轮，所述第二电机同步带动轮通过所述第三拉线驱动所述第二中间轮，所述第二中间轮通过所述第四拉线驱动所述第二输出轮；所述大臂的顶端和所述小臂的底端通过所述第一拉线传动机构的所述第一中间轮和所述第二拉线传动机构的所述第二中间轮连接，所述第一拉线传动机构的所述第一电机和所述第二拉线传动机构的所述第二电机设置在所述大臂的在所述底座电机输出法兰上方的底端位置，所述第一拉线传动机构的所述第一输出轮和所述第二拉线传动机构的所述第二输出轮设置在所述小臂的顶端，所述第一拉线传动机构的所述第一输出轮与所述第一锥齿轮连接用于驱动所述第一锥齿轮，所述第二拉线传动机构的所述第二输出轮与所述第二锥齿轮连接用于驱动所述第二锥齿轮；所述末端执行机构的底端设置有底端锥齿轮，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮驱动所述底端锥齿轮以用来控制所述末端执行机构的活动。

5.根据权利要求4所述的一种机械臂，其特征在于，所述第一中间轮上设置有四条线槽，所述第一拉线和所述第二拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在所述第一中间轮上；所述第二中间轮上设置有四条线槽，所述第三拉线和所述第四拉线采用缠绕两圈的方式缠绕在所述第二中间轮上。

6.根据权利要求4或5所述的一种机械臂，其特征在于：还包括第一拉线收紧装置，所述第一拉线收紧装置安装在所述大臂的一侧，所述第一拉线收紧装置包括第三电机、第三电机同步带动轮和第一拉线收紧轮，所述第三电机同步带动轮安装在所述第三电机的输出轴上，所述第一拉线在缠绕在所述第一电机同步带动轮前，首先缠绕在所述第三电机同步带动轮上，然后缠绕在所述第一拉线收紧轮上，最后通过所述第一拉线收紧轮缠绕在所述第一电机同步带动轮上，所述第一拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节所述张紧螺丝对所述第一拉线的收紧和松弛进行控制。

7.根据权利要求6所述的一种机械臂，其特征在于：还包括第二拉线收紧装置，所述第二拉线收紧装置安装在所述大臂的另一侧，所述第二拉线收紧装置包括第四电机、第四电机同步带动轮和第二拉线收紧轮，所述第四电机同步带动轮安装在所述第四电机的输出轴上，所述第三拉线在缠绕在所述第二电机同步带动轮前，首先缠绕在所述第四电机同步带动轮上，然后缠绕在所述第二拉线收紧轮上，最后通过所述第二拉线收紧轮缠绕在所述第二电机同步带动轮上，所述第二拉线收紧轮上设置有张紧螺丝，通过调节所述张紧螺丝对所述第三拉线的收紧和松弛进行控制。

8.根据权利要求6所述的一种机械臂，其特征在于，所述末端执行机构为机械爪和/或吸取装置。

9.根据权利要求7所述的一种机械臂，其特征在于，所述末端执行机构为机械爪和/或吸取装置。

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