CN114290372B - 一种绳驱平面柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绳驱平面柔性机械臂，包括依次转动连接的至少一个臂节；其中，所述臂节内配置有具有至少一个弹性传动部件的驱动机构，用于拉动其所在臂节相邻的另一所述臂节沿顺时针和/或逆时针转动；该绳驱平面柔性机械臂驱动机构安装于每个臂节内部而非关节处，可以优化机械臂关节处空间使用情况；同时整个机械臂采用了非刚性连接的设计，避免出现因碰撞而导致自身或被碰撞物损坏。

Description

一种绳驱平面柔性机械臂

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种绳驱平面柔性机械臂。

背景技术

目前的传统的机械臂普遍采用转动关节连接，且转动关节占了设备质量的大部分。目前最先进的远程空间机器人以SRMS和SSRMS为代表。这两种机械臂都采用了传统的机械臂结构，由电动机、齿轮箱和刹车系统组成的大型旋转关节连接起来。旋转关节占机械臂质量的85％到90％。一般关节是由一个齿轮传动系驱动的，该齿轮传动系施加的关节力矩相对接近关节轴，则相应扭矩较小，这导致需要产生大扭力，而这反过来又需要体积大且质量重的齿轮组。从设计角度来看，关节周围的区域变得拥挤，因为关节、传动装置、电机和相关电子设备都需要安装在关节周围，使得关节处结构较为复杂，因此，有必要进行改进。

发明内容

本发明构建一种绳驱平面柔性机械臂，其驱动机构安装于每个臂节内部而非关节处，可以优化机械臂关节处空间使用情况，整个机械臂采用了非刚性连接的设计，能够有效的减少碰撞时受到的损失。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种绳驱平面柔性机械臂，包括依次转动连接的至少一个臂节；其中，所述臂节内配置有具有至少一个弹性传动部件的驱动机构，用于拉动其所在臂节相邻的另一所述臂节沿顺时针和/或逆时针转动。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，还包括有：固定机构，用于与安装面连接；其中，所述至少一个臂节之一固定地配置在所述固定机构上。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，还包括有：监测装置，用于监测所述臂节的角位移。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述臂节包含有：子件、母件和定位板。定位板配置在所述子件和母件之间；其中，所述驱动机构装配在所述定位板上，所述子件和母件均与所述定位板固定连接，相邻的所述臂节通过所述子件和母件转动连接。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述臂节还包含有：连接件和接驳组件。其中，所述连接件、子件和母件均与所述接驳组件固定连接，且所述连接件、子件和母件呈三角分布。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述母件具有装配槽，所述监测装置位于所述装配槽内，所述子件具有避让槽，用于使所述子件与所述监测装置避空。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述装配槽内设置有安装板，所述监测装置与所述定位板固定连接。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述子件、母件和连接件中部均设置有与所述定位板相配对的插入槽，所述定位板呈三角状设置，且所述定位板的三角分别插入所述子件、母件和连接件的定位槽内。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述驱动机构包含有：控线器、第一拉绳构件和第二拉绳构件；控线器具有绕线盘，所述绕线盘位于一所述臂节内；所述第一拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第一拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上；所述第二拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第二拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述子件上设置有第一绕绳机构和第一穿绳孔，所述连接件上设置有第二绕绳机构和第二穿绳孔。

本发明的有益效果为：驱动机构安装于每个臂节内部而非关节处，可以优化机械臂关节处空间使用情况；同时整个机械臂采用了非刚性连接的设计，避免出现因碰撞而导致自身或被碰撞物损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本公开实施例中绳驱平面柔性机械臂在未装配第一拉绳构件和第二拉绳构件时的示意图。

图2为本公开实施例中绳驱平面柔性机械臂的示意图。

图3为本公开实施例中控线舵机的装配示意图。

图4为本公开实施例中控线舵机的装配示意图。

图5为本公开实施例中臂节的结构示意图。

图6为本公开实施例中定位板的装配示意图。

图7为本公开实施例的两个相邻臂节中子件和母件的立体分解图。

图8为本公开实施例中子件的立体图。

图9为本公开实施例中母件的立体图。

图10为本公开实施例中连接件的立体图。

图11为本公开实施例中绕线盘的立体图。

图12为本公开实施例中绕线盘的视图。

图13为本公开实施例中第一拉绳构件和第二拉绳构件的绕设示意图。

图14为本公开实施例中弹簧的装配位置示意图。

图中，

10、驱动机构；11、控线舵机；12、第一拉绳构件；14、绕线盘；141、第一绕线区；142、第二绕线区；143、隔板；121、绳体；122、弹簧；

20、固定座；

30、编码器；

40、臂节；41、子件；42、母件；43、连接件；44、定位板；45、碳纤维管；46、连接座；47、插入槽；411、转轴；421、轴承；422、装配槽；423、安装板；412、避让槽；413、第一绕绳机构；414、第一穿绳孔；431、第二绕绳机构；432、第二穿绳孔；433、定位槽。

具体实施方式

下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。

在实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，安装、连接和相连等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本公开的至少一个实施例提供的绳驱平面柔性机械臂，包括依次转动连接的至少一个臂节；其中，所述臂节内配置有具有至少一个弹性传动部件的驱动机构，用于拉动其所在臂节相邻的另一所述臂节沿顺时针和/或逆时针转动。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，还包括有：固定机构，用于与安装面连接；其中，所述至少一个臂节之一固定地配置在所述固定机构上。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，还包括有：监测装置，用于监测所述臂节的角位移。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述臂节包含有：子件、母件和定位板。定位板配置在所述子件和母件之间；其中，所述驱动机构装配在所述定位板上，所述子件和母件均与所述定位板固定连接，相邻的所述臂节通过所述子件和母件转动连接。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述臂节还包含有：连接件和接驳组件。其中，所述连接件、子件和母件均与所述接驳组件固定连接，且所述连接件、子件和母件呈三角分布。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述母件具有装配槽，所述监测装置位于所述装配槽内，所述子件具有避让槽，用于使所述子件与所述监测装置避空。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述装配槽内设置有安装板，所述监测装置与所述定位板固定连接。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述子件、母件和连接件中部均设置有与所述定位板相配对的插入槽，所述定位板呈三角状设置，且所述定位板的三角分别插入所述子件、母件和连接件的定位槽内。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述驱动机构包含有：控线器、第一拉绳构件和第二拉绳构件；控线器具有绕线盘，所述绕线盘位于一所述臂节内；所述第一拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第一拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上；所述第二拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第二拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上。

本公开的至少一实施例提供的绳驱平面柔性机械臂中，所述子件上设置有第一绕绳机构和第一穿绳孔，所述连接件上设置有第二绕绳机构和第二穿绳孔。

下面将结合附图对本公开实施例的绳驱平面柔性机械臂进行总体介绍。

如图1至14所示，根据本公开至少一实施例的绳驱平面柔性机械臂，包括驱动机构10、固定座20、编码器30和臂节40，其中，臂节设置有七个，七个臂节40依次转动连接。

在本实施例中，固定座20用于与建筑安装面或器械等的安装面连接，为整个机械臂提供支点，固定座20与其中一个臂节40固定连接。

在本实施例中，驱动机构10包含有：控线舵机11、第一拉绳构件12和第二拉绳构件。

在本实施例中，臂节40包括子件41、母件42、连接件43和定位板44，子件41、母件42和连接件43上均设置有定位槽433，定位槽内插入有碳纤维管45，子件41、母件42和连接件43采用碳纤维管45接驳形成正三角结构体。

定位板44位于正三角结构体的中间位置，且子件41、母件42和连接件43上均设置有连接座46和插入槽47，定位板44呈正三角结构，定位板44的三个角分别插入子件41、母件42和连接件43的插入槽47内；同时子件41、母件42和连接件43上的连接座46均与定位板44螺栓连接。

子件41两端均配备有转轴411，母件42两端均固定地设置有与转轴411相配对的轴承421，相邻的臂节40通过其子件41和母件42实现转动连接。编码器30的探测轴与子件41固定连接，且编码器30的探测轴的中轴线与转轴411的中轴线位于同一直线上。

每个臂节为三角形形状，采用三角形的形状，一方面可使得的第一拉绳构件12和第二拉绳构件具有良好的对称性；另一方面可使得第一拉绳构件12和第二拉绳构件的驱动力作用点偏离旋转中心，获得更大的驱动力矩。

在本实施例中，母件42具有装配槽422，装配槽422位于两个臂节的交接处，编码器30位于装配槽422内，装配槽422内设置有安装板423，编码器30与定位板44固定连接，安装板423与母件42为一体式设置。子件41具有避让槽412，避让槽412同样的位于两个臂节40的交接处。通过设置有避让槽412，能够使子件41与编码器30之间形成有间隙，进而避免编码器30与子件41之间产生摩擦，同时可以对编码器30起到良好的防护效果；与传统的结构相比，能够有效的避免编码器30受到碰撞。

在本实施例中，定位板44上设置有定位孔，控线舵机11的部分连同输出轴一起穿过定位孔设置，控线舵机11与定位板44螺栓连接，控线舵机11的输出轴上固定设置有绕线盘14，绕线盘14位于正三角结构体内。通过绳索驱动的方式，使得驱动机构10可安装于各臂节内，一方面可优化机械臂关节处的空间，另一方面可以降低机械臂重量。

在本实施例中，绕线盘14上设置有第一绕线区141和第二绕线区142，第一绕线区141和第二绕线区142之间配置有隔板143，隔板143与绕线盘14固定连接。第一拉绳构件12一端固定在第一绕线区141内，并且第一拉绳构件12至少部分绕设在第一绕线区141内。同样地，第二拉绳构件一端固定在第一绕线区141内，并且第二拉绳构件12至少部分绕设在第二绕线区141内。

在本实施例中，子件41上设置有第一绕绳机构413和第一穿绳孔414，第一拉绳构件12另一端穿过其所在臂节40中的子件41上的第一穿绳孔414并与相邻臂节40中的连接件固定，同时该第一拉绳构件12搭设在第一绕绳机构413上。

连接件43上设置有第二绕绳机构431和第二穿绳孔432，第二拉绳构件另一端穿过其所在臂节40中的连接件上的第二穿绳孔432并与相邻臂节40中的母件42固定，同时该第二拉绳构件搭设在第二绕绳机构431上。

安装第一拉绳构件和第二拉绳构件时，两根第一拉绳构件和第二拉绳构件分别沿着相反的方向缠绕，当绕线盘沿着其中一个方向转动时，其中一根拉绳构件将被收紧，另一根拉绳构件放松，从而使得臂节沿着拉绳构件收紧的一侧转动。且控线舵机11安装于机械臂内部，通过绳索传动，大大简化了旋转关节处的空间利用，同时也使得机械臂质量分布更均匀。

在一些实施例中，第一拉绳构件12和第二拉绳构件均包含有绳体121和弹簧122，绳体和弹簧固定连接。采用绳体和弹簧的组合应用，使得整体呈现柔性的特性，与物体发生接触或碰撞时，外部力可经由各关节和弹簧组成的载荷路径迅速分散，避免机械臂与目标产生刚性碰撞冲击，防止对碰撞物和机械臂造成不可逆转的损伤破坏。

在一些实施例中，第一拉绳构件和第二拉绳构件均均为橡皮绳。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内；除非明确说明，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应解释为关键或必要的。

Claims (7)

1.一种绳驱平面柔性机械臂，包括依次转动连接的至少一个臂节，其特征在于：

所述臂节内配置有具有至少一个弹性传动部件的驱动机构，用于拉动其所在的所述臂节相邻的另一所述臂节沿顺时针和/或逆时针转动；

所述臂节包含有连接件、接驳组件、子件、母件和定位板；

所述定位板配置在所述子件和母件之间；

所述驱动机构装配在所述定位板上，所述子件和母件均与所述定位板固定连接，相邻的所述臂节通过所述子件和母件转动连接；

所述连接件、子件和母件均与所述接驳组件固定连接，且所述连接件、子件和母件呈三角分布；

所述驱动机构包含有控线器、具有弹性的第一拉绳构件和具有弹性的第二拉绳构件；

所述控线器具有绕线盘，所述绕线盘位于一所述臂节内；

所述第一拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第一拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上；

所述第二拉绳构件一端固定地配置在所述绕线盘上，所述第二拉绳构件另一端固定地配置在另一相邻的所述臂节上。

2.根据权利要求1所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，还包括有：

用于与安装面连接的固定机构；

其中，所述至少一个臂节之一固定地配置在所述固定机构上。

3.根据权利要求1所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，还包括有：

监测装置，用于监测所述臂节的角位移。

4.根据权利要求3所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，所述母件具有装配槽，所述监测装置位于所述装配槽内，所述子件具有避让槽，用于使所述子件与所述监测装置避空。

5.根据权利要求4所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，所述装配槽内设置有安装板，所述监测装置与所述定位板固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，所述子件、母件和连接件中部均设置有与所述定位板相配对的插入槽，所述定位板呈三角状设置，且所述定位板的三角分别插入所述子件、母件和连接件的定位槽内。

7.根据权利要求1所述的一种绳驱平面柔性机械臂，其特征在于，所述子件上设置有第一绕绳机构和第一穿绳孔，所述连接件上设置有第二绕绳机构和第二穿绳孔。

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