CN113547541B - 一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节及机械臂系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，包括多个驱动绳索，第一连杆，第二连杆，第一布线圆盘，所述第一布线圆盘的外周周向开设有多个第一穿绳孔，第二布线圆盘，所述第二布线圆盘的外周周向开设有与所述第一穿绳孔对应的第二穿绳孔，旋转中心机构。还公开了一种机械臂系统，包括多个连接柱，根据的所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其中，多个所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节之间固定连接所述多个连接柱的两侧端部。

Description

一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节及机械臂系统

技术领域

本发明涉及一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节及机械臂系统，属于设计机器人领域。

背景技术

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂为多段式的结构之间通过机械臂关节连接，在机械臂进行特定动作的活动时，需要机械关节控制两侧的机械臂部分进行等角度的移动变化等动作。现有的机械臂关节及其机械臂结构需要适应更多的动作变化及结构改进。

发明内容

本发明提供一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节及机械臂系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明的技术方案为一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节及机械臂系统。

一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其包括：多个驱动绳索，第一连杆，第二连杆，第一布线圆盘，所述第一布线圆盘的外周周向开设有多个第一穿绳孔，第二布线圆盘，所述第二布线圆盘的外周周向开设有与所述第一穿绳孔对应的第二穿绳孔，旋转中心机构，所述旋转中心机构包括中部空心、长条状的滑道、设置在所述滑道两侧分别向外相对所述滑道垂直设有第一支撑部及第二支撑部，其中，所述第一支撑部的端部转动连接在所述第一布线圆盘中部的第三圆盘铰接点，所述第二支撑部的端部转动连接在所述第二布线圆盘中部的第四圆盘铰接点，所述第一连杆及所述第二连杆的一端端部转动连接在第一连杆铰接点，所述第一连杆铰接点与所述滑道滑动连接限制进行直线移动，所述第一连杆的另一端端部在所述第一布线圆盘上与第一圆盘铰接点转动连接，所述第一圆盘铰接点与所述第三圆盘铰接点相邻设置，所述第二连杆的另一端端部与所述第二布线圆盘上与第二圆盘铰接点转动连接，所述第二圆盘铰接点与所述第四圆盘铰接点相邻设置，并且其中，多组相邻的所述第一穿绳孔及对应的所述第二穿绳孔上依次穿过驱动绳索。

进一步，所述第一布线圆盘的表面向外侧凸出设置所述第一安装座，所述第一安装座的中部开设有第一安装腔，所述第一支撑部的两侧末端设有一对第一支撑铰接板，所述第二布线圆盘的表面向外侧凸出设置所述第二安装座，所述第二安装座的中部开设有第二安装腔，所述第二支撑部的两侧末端设有一对第二支撑铰接板，第一支撑杆连接部，所述第一支撑杆连接部包括第一固定框及设置在所述第一固定框底部两侧的第一铰接连接板，第二支撑杆连接部，所述第二支撑杆连接部包括第二固定框及设置在所述第二固定框底部两侧的第二铰接连接板，其中，所述第一固定框内嵌安装在所述第一安装腔内，所述第二固定框内嵌安装在所述第二安装腔内，并且其中，一对所述第一支撑铰接板与一对所述第一铰接连接板通过安装销连接，一对所述第二支撑铰接板与一对所述第二铰接连接板通过安装销连接。

进一步，所述第一连杆铰接点与所述第一圆盘铰接点相距第一距离，所述第一连杆铰接点与所述第二圆盘铰接点相距第二距离，所述第一圆盘铰接点与所述第三圆盘铰接点相距第三距离，所述第二圆盘铰接点与所述第四圆盘铰接点相距第四距离，所述第三圆盘铰接点与所述第四圆盘铰接点相距第五距离,其中，所述第一距离等于所述第二距离，所述第一距离等于所述第三距离的二倍，所述第二距离等于所述第四距离的二倍。

进一步，当所述第一距离及第二距离均等于所述第五距离的二分之三倍时，第一连杆及第二连杆的运动范围是对程的，且第一布线圆盘与所述第二布线圆盘之间转动的夹角不大于六十度。

一种机械臂系统，包括：多个连接柱；上述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节。其中，多个所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节之间固定连接所述多个连接柱的两侧端部。

进一步，所述连接柱的两侧端部分别固定连接有第一安装板及第二安装板，其中，所述第一安装板与相邻的所述第二安装座固定连接，所述第二安装板与相邻的所述第一安装座固定连接。

进一步，所述连接柱的中部设有连接腔体，所述第一安装座的中部为空心，所述第二安装座的中部为空心，其中，所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节的中部两端分别与所述第一安装座的中部及所述第二安装座的中部互相连通，并且其中，所述连接腔体的两端分别与相邻的所述第一安装座的中部及所述第二安装座的中部互相连通。

进一步，所述连接柱的外侧壁上开设有与所述连接腔体互相连通的安装孔。

进一步，所述第一安装座与所述第二安装座之间呈垂直分布，分别设置在所述第一布线圆盘及所述第二布线圆盘上。

进一步，所述第一固定框与所述第一安装座的侧壁通过螺栓固定连接，所述第二固定框与所述第二安装座的侧壁通过螺栓固定连接。

本发明的有益效果如下。

1、旋转中心机构中的第一连杆及第二连杆的端部连接的第一连杆铰接点在滑道上滑动，由于第一布线圆盘及第二布线圆盘被第一支撑部及第二支撑部的端部分别转动连接限制，第一连杆及第二连杆的另一端分别带动第一布线圆盘及第二布线圆盘转动，两个布线圆盘的联动为机械臂关节的转动动作，整个机构基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节结构紧凑，具有没有回程以及变形误差，以及可以实现机械臂关节的自动限位的优势，该机械臂关节的两个布线圆盘的外围安装机械臂的其他部分即可灵活应用在各种使用场景中。

2、旋转中心机构的两侧为对称结构，第一连杆及第二连杆的也是对称分布在滑道的两侧，两个连杆的长度和移动的角度相等，两个连杆带动各自的布线圆盘成等角度的相对转动，该机械臂关节通过使用连杆实现联动。同时，第一连杆及第二连杆的一端在有长度限度的滑道中心进行线性滑动，滑道上具有限位功能，连杆配合滑道没有回程误差和形变。

3、机械臂系统的包含多个机械臂关节，机械臂关节的之间装配多个连接柱延展成多关节的机械臂，使得绳驱机械臂单个关节两侧旋转中心等角度变化，机械臂适用于更多生产使用场景。

附图说明

图1是根据本发明机械臂关节的第一角度的总体示意图。

图2是根据本发明机械臂关节的第二角度的总体示意图。

图3是根据本发明机械臂关节的第三角度的总体示意图。

图4是根据本发明机械臂关节的细节示意图。

图5是根据本发明的第一布线圆盘配合第一支撑杆连接部装配的细节示意图。

图6是根据本发明的第二布线圆盘配合第二支撑杆连接部装配的细节示意图。

图7是根据本发明的第一布线圆盘配合第一支撑杆连接部装配的俯视图。

图8是根据本发明图7的连接柱的细节示意图。

图9是根据本发明的机械臂系统的总体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1至图8，在一些实施例中，根据本发明的一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，包括多个驱动绳索100、第一连杆200和第二连杆300。

参照图1及图4的第一布线圆盘400，所述第一布线圆盘400的外周周向开设有多个第一穿绳孔410。

参照图1及图5的第二布线圆盘500，所述第二布线圆盘500的外周周向开设有与所述第一穿绳孔410对应的第二穿绳孔510。

参照图1及图2的旋转中心机构600，所述旋转中心机构600包括中部空心、长条状的滑道610、设置在所述滑道610两侧分别向外相对所述滑道610垂直设有第一支撑部620及第二支撑部630。

参照图1、图2及图3，下面的机构部分连接各个铰接点的情况如下：所述第一支撑部620的端部转动连接在所述第一布线圆盘400中部的第三圆盘铰接点P13，所述第二支撑部630的端部转动连接在所述第二布线圆盘500中部的第四圆盘铰接点P14，上述两个铰接点可通过销钉或螺栓连接支撑部及第一圆盘。所述第一连杆200及所述第二连杆300的一端端部转动连接在第一连杆铰接点P21，该个连接点可通过销钉或螺栓等方式连接，所述第一连杆铰接点P21与所述滑道610滑动连接限制进行线性移动。

继续参照图1、图2及图3，所述第一连杆200的另一端端部在所述第一布线圆盘400上与第一圆盘铰接点P11转动连接，所述第一圆盘铰接点P11与所述第三圆盘铰接点P13相邻设置，所述第二连杆300的另一端端部与所述第二布线圆盘500上与第二圆盘铰接点P12转动连接，所述第二圆盘铰接点P12与所述第四圆盘铰接点P14相邻设置，上述两个铰接点可通过销钉或螺栓连接连杆在圆盘上。

参照图1，第一布线圆盘400及第二布线圆盘500装配旋转中心机构600，多组相邻的所述第一穿绳孔410及对应的所述第二穿绳孔510上依次穿过驱动绳索100。该处的驱动绳索带动第一布线圆盘400及第二布线圆盘500相对转动，两个布线圆盘在旋转中心机构的约束下相对转动。

上述的旋转中心机构中的第一连杆200及第二连杆300的端部连接的第一连杆铰接点P21在滑道610上滑动，由于第一布线圆盘400及第二布线圆盘500被第一支撑部620及第二支撑部630的端部分别转动连接限制，第一连杆200及第二连杆300的另一端分别带动第一布线圆盘400及第二布线圆盘500转动，两个布线圆盘的联动为机械臂关节的转动动作。上述整个机构基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节结构紧凑，该机械臂关节的两个布线圆盘的外围安装机械臂的其他部分即可灵活应用在各种使用场景中。

参照图1及图2，所述第一布线圆盘400的表面向外侧凸出设置所述第一安装座420，所述第一安装座420的中部开设有第一安装腔421。所述第一支撑部620的两侧末端向外设置有一对第一支撑铰接板621。

参照图1及图2，所述第二布线圆盘500的表面向外侧凸出设置所述第二安装座520，所述第二安装座520的中部开设有第二安装腔521，所述第二支撑部630的两侧末端向外设置一对第二支撑铰接板631。

上述布线圆盘上的安装座配合该机械关节外的连接件进行装配方便，采用另外的固定件与安装座固定连接即可。

参照图1的第一支撑杆连接部700，所述第一支撑杆连接部700包括第一固定框710及设置在所述第一固定框710底部两侧的第一铰接连接板720。

参照图2的第二支撑杆连接部800，所述第二支撑杆连接部800包括第二固定框810及设置在所述第二固定框810底部两侧的第二铰接连接板820。

参照图1，所述第一固定框710内嵌安装在所述第一安装腔421内，所述第二固定框810内嵌安装在所述第二安装腔521内。一对所述第一支撑铰接板621与一对所述第一铰接连接板720通过安装销对应匹配安装，一对所述第二支撑铰接板631与一对所述第二铰接连接板820通过安装销对应匹配安装。

上述旋转中心机构中的支撑部设置的一对支撑铰接板配合一对的铰接连接板安装，带动第一布线圆盘及第二布线圆盘长期相对转动时更加稳固，旋转中心机构的末端也不容易发生形变。

参照图3，下述的各个铰接点分布在机构的各个位置：所述第一连杆铰接点P21与所述第一圆盘铰接点P11相距第一距离D1，所述第一连杆铰接点P21与所述第二圆盘铰接点P12相距第二距离D2，所述第一圆盘铰接点P11与所述第三圆盘铰接点P13相距第三距离D3，所述第二圆盘铰接点P12与所述第四圆盘铰接点P14相距第四距离D4。由于第一连杆200与第二连杆300的长度一致，第一布线圆盘400及第二布线圆盘500的中心向第一连杆200及第二连杆300的末端的第三距离D3和第四距离D4的距离相等。所述第一距离D1等于所述第二距离D2，所述第一距离D1等于所述第三距离D3的二倍，所述第二距离D2等于所述第四距离D4的二倍，所述第三圆盘铰接点P13与所述第四圆盘铰接点P14相距第五距离D5。根据上述的机构，旋转中心机构的两侧为对称结构，第一连杆及第二连杆的也是对称分布在滑道的两侧，两个连杆的长度和移动的角度相等，两个连杆带动各自的布线圆盘成等角度的相对转动，该机械臂关节通过使用连杆实现联动。同时，第一连杆及第二连杆的一端在有长度限度的滑道中心进行线性滑动，滑道上具有限位功能，连杆配合滑道没有回程误差和形变。

在一些实施例中，当所述第一距离D1及第二距离D2均等于所述第五距离D5(即滑道长度)的二分之三倍时，第一连杆200及第二连杆300的运动范围是对程的，且第一布线圆盘400与所述第二布线圆盘500之间转动的夹角不大于六十度。

参照图1至图9，在一些实施例中，根据本发明的一种机械臂系统，包括多个连接柱900，以及上述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，多个所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节之间固定连接所述多个连接柱900的两侧端部。图9中的机械臂关节的两端各安装有一个连接柱。除了图中的实施例，该机械臂系统的可以包含超过两个机械臂关节，机械臂关节的之间装配多个连接柱延展成多关节的机械臂，使得绳驱机械臂单个关节两侧旋转中心等角度变化，机械臂适用于更多生产使用场景。

参照图8及图9，所述连接柱900的两侧端部分别固定连接有第一安装板910及第二安装板920。所述第一安装板910与相邻的机械臂关节所在的所述第二安装座520固定连接，所述第二安装板920与相邻的机械臂关节所述第一安装座420固定连接。

参照图8，所述连接柱900的中部设有连接腔体930。

参照图7，所述第一安装座420的中部为空心。同样地，所述第二安装座520的中部为空心。

参照图9，所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节的中部两端分别与所述第一安装座420的中部及所述第二安装座520的中部互相连通。所述连接腔体930的两端分别与相邻的所述第一安装座420的中部及所述第二安装座520的中部互相连通。整个机械臂内部的电气线路可以通过连接处中部的连接腔体930、第一安装座420、机械臂关节中部、第二安装座520中方便穿过所需要的各种导线。

参照图8，所述连接柱900的外侧壁上开设有与所述连接腔体930互相连通的安装孔940，该处的安装孔方便人员对线路进行装配及设备检修维护，同时多个安装孔940的设置以减轻臂杆重量以及作内部导线从安装孔940导出。

参照图9，所述第一安装座420与所述第二安装座520之间呈垂直分布，分别设置在所述第一布线圆盘400及所述第二布线圆盘500上。

参照图7的剖面图，所述第一固定框710与所述第一安装座420的侧壁通过螺栓固定连接，所述第二固定框810与所述第二安装座520的侧壁通过螺栓固定连接。也可通过其他的可拆卸的连接方式固定第一固定框及第一安装座，使后期的人员能够方便更换固定框。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其特征在于，包括：

多个驱动绳索(100)；

第一连杆(200)；

第二连杆(300)；

第一布线圆盘(400)，

所述第一布线圆盘(400)的外周周向开设有多个第一穿绳孔(410)，第二布线圆盘(500)，所述第二布线圆盘(500)的外周周向开设有与所述第一穿绳孔(410)对应的第二穿绳孔(510)；

旋转中心机构(600)，所述旋转中心机构(600)包括中部空心、长条状的滑道(610)、设置在所述滑道(610)两侧分别向外相对所述滑道(610)垂直设有第一支撑部(620)及第二支撑部(630)；

其中，所述第一支撑部(620)的端部转动连接在所述第一布线圆盘(400)中部的第三圆盘铰接点(P13)，所述第二支撑部(630)的端部转动连接在所述第二布线圆盘(500)中部的第四圆盘铰接点(P14)，所述第一连杆(200)及所述第二连杆(300)的一端端部转动连接在第一连杆铰接点(P21)，所述第一连杆铰接点(P21)与所述滑道(610)滑动连接限制进行直线移动，所述第一连杆(200)的另一端端部在所述第一布线圆盘(400)上与第一圆盘铰接点(P11)转动连接，所述第一圆盘铰接点(P11)与所述第三圆盘铰接点(P13)相邻设置，所述第二连杆(300)的另一端端部与所述第二布线圆盘(500)上与第二圆盘铰接点(P12)转动连接，所述第二圆盘铰接点(P12)与所述第四圆盘铰接点(P14)相邻设置；

并且其中，多组相邻的所述第一穿绳孔(410)及对应的所述第二穿绳孔(510)上依次穿过驱动绳索(100)。

2.根据权利要求1所述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其特征在于，还包括：

所述第一布线圆盘(400)的表面向外侧凸出设置第一安装座(420)，所述第一安装座(420)的中部开设有第一安装腔(421)，所述第一支撑部(620)的两侧末端设有一对第一支撑铰接板(621)；

所述第二布线圆盘(500)的表面向外侧凸出设置第二安装座(520)，所述第二安装座(520)的中部开设有第二安装腔(521)，所述第二支撑部(630)的两侧末端设有一对第二支撑铰接板(631)；

第一支撑杆连接部(700)，所述第一支撑杆连接部(700)包括第一固定框(710)及设置在所述第一固定框(710)底部两侧的第一铰接连接板(720)；

第二支撑杆连接部(800)，所述第二支撑杆连接部(800)包括第二固定框(810)及设置在所述第二固定框(810)底部两侧的第二铰接连接板(820)；

其中，所述第一固定框(710)内嵌安装在所述第一安装腔(421)内，所述第二固定框(810)内嵌安装在所述第二安装腔(521)内；

并且其中，一对所述第一支撑铰接板(621)与一对所述第一铰接连接板(720)通过安装销连接，一对所述第二支撑铰接板(631)与一对所述第二铰接连接板(820)通过安装销连接。

3.根据权利要求1所述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其特征在于，

所述第一连杆铰接点(P21)与所述第一圆盘铰接点(P11)相距第一距离(D1)，所述第一连杆铰接点(P21)与所述第二圆盘铰接点(P12)相距第二距离(D2)，所述第一圆盘铰接点(P11)与所述第三圆盘铰接点(P13)相距第三距离(D3)，所述第二圆盘铰接点(P12)与所述第四圆盘铰接点(P14)相距第四距离(D4)，所述第三圆盘铰接点(P13)与所述第四圆盘铰接点(P14)相距第五距离(D5),

其中，所述第一距离(D1)等于所述第二距离(D2)，所述第一距离(D1)等于所述第三距离(D3)的二倍，所述第二距离(D2)等于所述第四距离(D4)的二倍。

4.根据权利要求3所述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节，其特征在于，

当所述第一距离(D1)及第二距离(D2)均等于所述第五距离(D5)的二分之三倍时，第一连杆(200)及第二连杆(300)的运动范围是对称的，且第一布线圆盘(400)与所述第二布线圆盘(500)之间转动的夹角不大于六十度。

5.一种机械臂系统，其特征在于，包括：

多个连接柱(900)；

根据权利要求2所述的基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节；

其中，多个所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节之间固定连接所述多个连接柱(900)的两侧端部。

6.根据权利要求5所述的机械臂系统，其特征在于，

所述连接柱(900)的两侧端部分别固定连接有第一安装板(910)及第二安装板(920)；

其中，所述第一安装板(910)与相邻的第二安装座(520)固定连接，所述第二安装板(920)与相邻的第一安装座(420)固定连接。

7.根据权利要求5所述的机械臂系统，其特征在于，

所述连接柱(900)的中部设有连接腔体(930)，

所述第一安装座(420)的中部为空心，所述第二安装座(520)的中部为空心，

其中，所述基于连杆联动的绳驱柔性机械臂关节的中部两端分别与所述第一安装座(420)的中部及所述第二安装座(520)的中部互相连通，

并且其中，所述连接腔体(930)的两端分别与相邻的所述第一安装座(420)的中部及所述第二安装座(520)的中部互相连通。

8.根据权利要求7所述的机械臂系统，其特征在于，

所述连接柱(900)的外侧壁上开设有与所述连接腔体(930)互相连通的安装孔(940)。

9.根据权利要求5所述的机械臂系统，其特征在于，

所述第一安装座(420)与第二安装座(520)之间呈垂直分布，分别设置在所述第一布线圆盘(400)及所述第二布线圆盘(500)上。

10.根据权利要求5所述的机械臂系统，其特征在于，

所述第一固定框(710)与所述第一安装座(420)的侧壁通过螺栓固定连接，所述第二固定框(810)与所述第二安装座(520)的侧壁通过螺栓固定连接。

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