CN116079701B - 一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，包括依次设置的腰部单元、大臂单元、小臂单元及末端执行单元，还包括通过第一柔索驱动大臂单元绕第一转轴转动的大臂驱动装置、通过第二柔索驱动小臂单元绕第二转轴转动的小臂驱动装置、通过第三柔索驱动第三转轴转动的第一末端驱动装置、通过第四柔索驱动第四转轴转动的第二末端驱动装置、通过第五柔索驱动第五转轴转动的第三末端驱动装置、通过第六柔索驱动腰部回转件转动的腰部驱动装置，第三转轴、第四转轴、第五转轴的转动可使末端执行单元相对于小臂单元实现俯仰、偏航和滚动。由上述技术方案可知，本发明的机械臂具有六个自由度，且质量轻、体积小、灵活度高、承重比大。

Description

一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂。

背景技术

经过半个多世纪的发展，传统机械臂凭借着高速度、高精度、强鲁棒性等优点，已在工业生产、环境探测、军事研究等诸多领域做出突出贡献。随着生活的改善，人们希望机械臂能够在更多的领域发挥作用。但随着人们对机械臂的要求以及期望逐渐增加，传统机械臂的弊端逐渐暴露。传统的绳驱动串联机械臂想要实现六自由度传动就需要设置六个串联关节，绳驱动机械臂的精度受到绳子弯曲和绳长变化等因素的影响，因此无法达到精确的位置控制，若是由柔索去驱动串联的六个关节，精度会大大降低、解耦算法会非常的复杂；传统的绳驱动并联机械臂想要实现六自由度的驱动，关节框架所占的空间就会非常大，并且在机构学方面非常复杂，难以建立运动学方程结算。同时，通过电机驱动机械臂时，需要为每一个关节加上电机作为驱动，并且还要布置减速器，使得关节臃肿，这样大大降低了机械臂的承载效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，该机械臂采用串并联关节结合绳驱动机械臂的结构，可以实现六自由度的控制，并且具有占地空间小、质量轻、灵活度高并、承重比大、控制精确度高等优点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括依次设置的腰部单元、大臂单元、小臂单元及末端执行单元，所述的腰部单元通过腰部回转件与基座转动连接，所述的大臂单元与腰部单元通过第一转轴铰接相连，所述的小臂单元与大臂单元通过第二转轴铰接相连，所述的末端执行单元通过第三转轴、第四转轴、第五转轴与小臂单元相连，所述的第一转轴与第二转轴相互平行且处于水平位置，所述的第三转轴、第四转轴、第五转轴相互平行且处于竖直位置；

还包括通过第一柔索驱动大臂单元绕第一转轴转动的大臂驱动装置、通过第二柔索驱动小臂单元绕第二转轴转动的小臂驱动装置、通过第三柔索驱动第三转轴转动的第一末端驱动装置、通过第四柔索驱动第四转轴转动的第二末端驱动装置、通过第五柔索驱动第五转轴转动的第三末端驱动装置、通过第六柔索驱动腰部回转件转动的腰部驱动装置，第三转轴、第四转轴、第五转轴的转动可使末端执行单元相对于小臂单元实现俯仰、偏航和滚动；

所述的大臂驱动装置、小臂驱动装置、第一末端驱动装置、第二末端驱动装置、第三末端驱动装置均分别包括丝杠及与丝杠相连的驱动电机，所述的丝杠上设有与其形成丝杠螺母配合的连接块，所述连接块相对应的两个端面上分别设有张紧器及滑块，所述的滑块与丝杠旁侧设置的滑轨形成滑动配合，所述的张紧器用于连接相对应柔索的两个端部。

所述的腰部驱动装置包括腰部驱动电机、锥齿轮转向器以及连接腰部驱动电机与锥齿轮转向器的同步带传动装置；所述的同步带传动装置包括与腰部驱动电机的输出轴相连的第一带轮、与锥齿轮转向器的输入轴相连的第二带轮以及连接第一带轮与第二带轮的同步带；所述的腰部驱动装置还包括对称设置且分别与锥齿轮转向器的两个输出轴相连的第六柔索绞盘及第七柔索绞盘，所述第六柔索绞盘及第七柔索绞盘的转向相反；所述的第六柔索为两段式结构，包括第十一节柔索和第十二节柔索，所述第十一节柔索的一端与第六柔索绞盘相固定，第十一节柔索的另一端与腰部回转件上的第一柔索孔相固定，所述第十二节柔索的一端与第七柔索绞盘相固定，第十二节柔索的另一端与腰部回转件上的第二柔索孔相固定，所述的第一柔索孔与第二柔索孔对称设置。

所述的腰部回转件通过交叉滚子轴承与基座转动连接，所述腰部回转件的上端与腰部单元固连，所述腰部回转件的下方连接有腰部平台，所述的腰部平台与基座相平行且呈水平方向布置，所述大臂驱动装置、小臂驱动装置、第一末端驱动装置、第二末端驱动装置、第三末端驱动装置中各丝杠的上端均分别通过轴承片固定在腰部平台的下表面，各丝杠的下端均分别通过梅花联轴器与各驱动电机的输出轴同轴连接。

所述的腰部单元包括相围合的腰部前侧板、腰部左侧板、腰部后侧板及腰部右侧板，所述的腰部前侧板与腰部后侧板镜像对称设置，所述的腰部左侧板与腰部右侧板镜像对称设置，所述腰部左侧板与腰部右侧板的上部为弧形；

所述的大臂单元包括相围合的大臂前侧板、大臂左侧板、大臂后侧板、大臂右侧板，所述的大臂前侧板与大臂后侧板镜像对称设置，所述的大臂左侧板与大臂右侧板镜像对称设置，所述的大臂左侧板与大臂右侧板的上下部均为弧形，大臂左侧板及大臂右侧板的下部位置通过第一转轴与腰部左侧板及腰部右侧板的上部位置铰接，所述大臂右侧板底部的圆弧处向内设有U型的第一绕线槽，所述的大臂右侧板在第一绕线槽的两个端部位置还分别设有第一固定孔和第二固定孔；

所述的小臂单元包括相围合的小臂前侧板、小臂左侧板、小臂后侧板、小臂右侧板及小臂顶板，所述的小臂前侧板与小臂后侧板镜像对称设置，所述的小臂左侧板与小臂右侧板镜像对称设置，所述小臂左侧板与小臂右侧板的下部为弧形，小臂左侧板及小臂右侧板的下部位置通过第二转轴与大臂左侧板及大臂右侧板的上部位置铰接，所述小臂左侧板底部的圆弧处向内设有U型的第二绕线槽，所述的小臂左侧板在第二绕线槽的两个端部位置还分别设有第三固定孔和第四固定孔。

所述的腰部右侧板上设有第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮、第五定滑轮、第六定滑轮和第七定滑轮，其中：第七定滑轮固定在腰部右侧板靠上的位置，第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮、第五定滑轮与第六定滑轮固定在腰部右侧板靠下的位置，且第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮与第四定滑轮、第五定滑轮、第六定滑轮分别对称设置在第七定滑轮两侧，第一定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮、第六定滑轮、第七定滑轮的轮轴垂直于腰部右侧板设置，第二定滑轮、第五定滑轮的轮轴平行于腰部右侧板设置，所述第三定滑轮的位置依次高于第一定滑轮和第二定滑轮；

所述的腰部左侧板上设有第八定滑轮、第九定滑轮、第十定滑轮、第十一定滑轮、第十二定滑轮、第十三定滑轮和第十四定滑轮，其中：第十四定滑轮固定在腰部左侧板靠上的位置，第八定滑轮、第九定滑轮、第十定滑轮、第十一定滑轮、第十二定滑轮与第十三定滑轮固定在腰部左侧板靠下的位置，且第八定滑轮、第九定滑轮、第十定滑轮与第十一定滑轮、第十二定滑轮、第十三定滑轮分别对称设置在第十四定滑轮的两侧，第八定滑轮、第十定滑轮、第十一定滑轮、第十三定滑轮、第十四定滑轮的轮轴垂直于腰部左侧板设置，所述的第九定滑轮、第十二定滑轮的轮轴平行于腰部左侧板设置，所述第十定滑轮的位置依次高于第八定滑轮和第九定滑轮；

所述的腰部前侧板上设有第十五定滑轮和第十六定滑轮，所述第十五定滑轮与第十六定滑轮的轮轴平行于腰部前侧板设置，所述第十五定滑轮的位置高于第十六定滑轮且低于第二定滑轮；

所述的腰部后侧板上设有第十七定滑轮、第十八定滑轮、第十九定滑轮和第二十定滑轮，所述第十七定滑轮、第十八定滑轮、第十九定滑轮和第二十定滑轮的轮轴平行于腰部后侧板设置，所述的第十七定滑轮与第十八定滑轮通过第一座体安装在腰部后侧板上，所述的第十九定滑轮与第二十定滑轮通过第二座体安装在腰部后侧板上，所述第一座体的位置低于第二座体。

所述的大臂左侧板上设有第二十一定滑轮、第二十二定滑轮和第二十三定滑轮，其中：第二十三定滑轮固定在大臂左侧板靠上的位置，第二十一定滑轮与第二十二定滑轮固定在大臂左侧板的中间位置，且第二十一定滑轮与第二十二定滑轮对称设置在第二十三定滑轮两侧，所述的第二十一定滑轮、第二十二定滑轮和第二十三定滑轮的轮轴垂直于大臂左侧板设置；

所述的大臂前侧板上设有第二十四定滑轮和第二十五定滑轮，所述第二十四定滑轮和第二十五定滑轮的轮轴平行于大臂前侧板设置，所述第二十五定滑轮的位置高于第二十四定滑轮；

所述的大臂后侧板上设有第二十六定滑轮、第二十七定滑轮、第二十八定滑轮及第二十九定滑轮，所述第二十六定滑轮与第二十七定滑轮通过第三座体安装在大臂后侧板上，第二十八定滑轮与第二十九定滑轮通过第四座体安装在大臂后侧板上，所述第三座体的位置高于第四座体。

所述的小臂前侧板上设有第三十定滑轮及第三十一定滑轮，所述第三十定滑轮及第三十一定滑轮的轮轴平行于小臂前侧板设置，所述第三十定滑轮的位置高于第三十一定滑轮；

所述的小臂后侧板上设有第三十二定滑轮、第三十三定滑轮、第三十四定滑轮及第三十五定滑轮，所述第三十二定滑轮、第三十三定滑轮、第三十四定滑轮及第三十五定滑轮的轮轴平行于小臂后侧板设置，所述第三十二定滑轮与第三十三定滑轮通过第五座体固定在小臂后侧板上，所述第三十四定滑轮与第三十五定滑轮通过第六座体固定在小臂后侧板上，所述第五座体的位置低于第六座体。

所述的第一柔索为两段式结构，包括第一节柔索及第二节柔索，所述第一节柔索的一端与所对应张紧器的下端相连，第一节柔索的另一端依次绕经第一柔索绞盘、第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第七定滑轮后进入第一绕线槽并与第一固定孔相固定；所述第二节柔索的一端与所对应张紧器的上端相连，第二节柔索的另一端依次绕经第四定滑轮、第五定滑轮、第六定滑轮、第七定滑轮后进入第一绕线槽并与第二固定孔相固定，所述的第一柔索绞盘固定在相对应驱动电机的电机座上。

所述的第二柔索为两段式结构，包括第三节柔索和第四节柔索，所述第三节柔索的一端与所对应张紧器的下端相连，第三节柔索的另一端依次绕经第二柔索绞盘、第八定滑轮、第九定滑轮、第十定滑轮、第十四定滑轮、第一转轴、第二十二定滑轮、第二十三定滑轮后进入第二绕线槽并与第三固定孔相固定；所述第四节柔索的一端与所对应张紧器的上端相连，第四节柔索的另一端依次绕经第十一定滑轮、第十二定滑轮、第十三定滑轮、第十四定滑轮、第一转轴、第二十一定滑轮、第二十三定滑轮后进入第二绕线槽并与第四固定孔相固定，所述的第二柔索绞盘固定在相对应驱动电机的电机座上。

所述的第三柔索为两段式结构，包括第五节柔索和第六节柔索，所述第五节柔索的一端与所对应张紧器的下端相连，第五节柔索的另一端依次绕经第三柔索绞盘、第十七定滑轮、第一转轴、第二十六定滑轮、第二转轴、第三十二定滑轮后与第三转轴上的第三柔索孔相固定；所述第六节柔索的一端与所对应张紧器的上端相连，第六节柔索的另一端依次绕经第十八定滑轮、第一转轴、第二十七定滑轮、第二转轴、第三十三定滑轮后与第三转轴上的第四柔索孔相固定，所述的第三柔索绞盘固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第三柔索孔与第四柔索孔对称设置。

所述的第四柔索为两段式结构，包括第七节柔索与第八节柔索，所述第七节柔索的一端与所对应张紧器的下端相连，第七节柔索的另一端依次绕经第四柔索绞盘、第十九定滑轮、第一转轴、第二十八定滑轮、第二转轴、第三十四定滑轮后与第四转轴上的第五柔索孔相固定；所述第八节柔索的一端与所对应张紧器的上端相连，第八节柔索的另一端依次绕经第二十定滑轮、第一转轴、第二十九定滑轮、第二转轴、第三十五定滑轮后与第四转轴上的第六柔索孔相固定，所述的第四柔索绞盘固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第五柔索孔与第六柔索孔对称设置。

所述的第五柔索为两段式结构，包括第九节柔索与第十节柔索，所述第九节柔索的一端与所对应张紧器的下端相连，第九节柔索的另一端依次绕经第五柔索绞盘、第十五定滑轮、第一转轴、第二十四定滑轮、第二转轴、第三十定滑轮后与第五转轴上的第七柔索孔相固定；所述第十节柔索的一端与所对应张紧器的上端相连，第十节柔索的另一端依次绕经第十六定滑轮、第一转轴、第二十五定滑轮、第二转轴、第三十一定滑轮后与第五转轴上的第八柔索孔相固定，所述的第五柔索绞盘固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第七柔索孔与第八柔索孔对称设置。

所述的末端执行单元包括凸台组、基齿轮组、圆柱齿轮组、曲臂组及末端执行件；

所述的凸台组包括自下向上设置且结构相同的第一中间凸台、第二中间凸台及第三中间凸台，所述的第一中间凸台、第二中间凸台及第三中间凸台通过三根螺杆与小臂顶板及转轴固定板相固定，所述的转轴固定板固连在小臂顶板的下板面，第三转轴、第四转轴、第五转轴分别通过轴承与转轴固定板连接；

所述的基齿轮组包括分别通过轴承套设在第一中间凸台、第二中间凸台及第三中间凸台外侧的第一基齿轮、第二基齿轮及第三基齿轮，所述第一基齿轮、第二基齿轮及第三基齿轮的外侧面上分别设有竖直方向布置的第一侧臂、第二侧臂及第三侧臂，第一侧臂、第二侧臂及第三侧臂的高度依次递减且三个侧臂的顶端位置相同；

所述的圆柱齿轮组包括分别通过传动杆与第五转轴、第四转轴、第三转轴相连的第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮及第三圆柱齿轮，所述的第一圆柱齿轮与第一基齿轮内啮合，第二圆柱齿轮与第二基齿轮内啮合，第三圆柱齿轮与第三基齿轮内啮合；

所述的曲臂组包括连接第一侧臂与末端执行件的第一曲臂、连接第二侧臂与末端执行件的第二曲臂、连接第三侧臂与末端执行件的第三曲臂，上述曲臂均分别与末端执行件及相对应的侧臂铰接。

所述的第一中间凸台、第二中间凸台及第三中间凸台均分别包括同心设置的底板、圆形凸台及分隔凸台，所述的圆形凸台用于连接对应的基齿轮，所述的分隔凸台上设有用于避让第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮及第三圆柱齿轮的缺口，所述的底板与圆形凸台上设有贯穿两者的且与螺杆相配合的螺杆孔，所述的底板、圆形凸台及分隔凸台上设有贯穿三者且与传动杆相配合的传动杆孔。

由上述技术方案可知，本发明的机械臂通过腰部驱动装置驱动第六柔索带动腰部单元相对于基座转动，通过大臂驱动装置驱动第一柔索带动大臂单元相对于腰部单元转动，通过小臂驱动装置驱动第二柔索带动小臂单元相对于大臂单元转动，通过第一末端驱动装置驱动第三柔索带动末端执行单元相对于小臂单元实现俯仰运动，通过第二末端驱动装置驱动第四三柔索带动末端执行单元相对于小臂单元实现偏航运动，通过第三末端驱动装置驱动第五柔索带动末端执行单元相对于小臂单元实现滚动运动，整个机械臂具有六个自由度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明的结构示意图三；

图4是本发明腰部驱动装置的结构示意图；

图5是本发明腰部回转件的结构示意图一；

图6是本发明腰部回转件的结构示意图二；

图7是本发明腰部单元与基座的连接示意图；

图8是本发明腰部平台与各驱动装置的连接示意图；

图9是本发明第一末端驱动装置、第二末端驱动装置的结构示意图；

图10是本发明大臂驱动装置的结构示意图；

图11是本发明腰部左侧板的结构示意图；

图12是本发明腰部右侧板的结构示意图；

图13是本发明腰部后侧板的结构示意图；

图14是本发明腰部前侧板的结构示意图；

图15是本发明大臂单元的结构示意图；

图16是本发明大臂前侧板的结构示意图；

图17是本发明大臂后侧板的结构示意图；

图18是本发明小臂单元的结构示意图一；

图19是本发明小臂单元的结构示意图二；

图20是本发明小臂顶板的仰视图；

图21是本发明大臂控制示意图；

图22是本发明小臂控制示意图；

图23是本发明第五转轴的控制示意图；

图24是本发明第三转轴的控制示意图；

图25是本发明第四转轴的控制示意图；

图26是本发明末端执行单元的结构示意图；

图27是本发明末端执行单元的分解结构示意图；

图28是本发明第一中间凸台的结构示意图一；

图29是本发明第一中间凸台的结构示意图二；

图30是本发明第三基齿轮的结构示意图一；

图31是本发明第三基齿轮的结构示意图二；

图32是本发明第三转轴的结构示意图；

图33是本发明末端执行单元俯仰状态的使用状态图；

图34是本发明末端执行单元偏航状态的使用状态图；

图35是本发明末端执行单元滚动状态的使用状态图。

上述附图中的标记为：腰部回转件1、基座2、第一转轴3、第二转轴4、第三转轴5、第三柔索孔51、第四转轴6、第五转轴7、腰部平台8、第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903、第四定滑轮904、第五定滑轮905、第六定滑轮906、第七定滑轮907、第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910、第十一定滑轮911、第十二定滑轮912、第十三定滑轮913、第十四定滑轮914、第十五定滑轮915、第十六定滑轮916、第十七定滑轮917、第十八定滑轮918、第十九定滑轮919、第二十定滑轮920、第二十一定滑轮921、第二十二定滑轮922、第二十三定滑轮923、第二十四定滑轮924、第二十五定滑轮925、第二十六定滑轮926、第二十七定滑轮927、第二十八定滑轮928、第二十九定滑轮929、第三十定滑轮930、第三十一定滑轮931、第三十二定滑轮932、第三十三定滑轮933、第三十四定滑轮934、第三十五定滑轮935、腰部单元10、腰部前侧板101、腰部左侧板102、腰部后侧板103、第一座体1031、第二座体1032、腰部右侧板104、腰部驱动装置12、腰部驱动电机121、锥齿轮转向器122、第一带轮123、第二带轮124、同步带125、第六柔索绞盘126、第七柔索绞盘127、第一柔索孔13、第二柔索孔14、交叉滚子轴承15、大臂单元20、大臂前侧板201、大臂左侧板202、大臂后侧板203、第三座体2031、第四座体2032、大臂右侧板204、第一绕线槽2041、第一固定孔2042、第二固定孔2043、大臂驱动装置22、丝杠221、驱动电机222、连接块223、张紧器224、滑块225、滑轨226、第一柔索绞盘23、小臂单元30、小臂前侧板301、小臂左侧板302、第二绕线槽3021、第三固定孔3022、第四固定孔3023、小臂后侧板303、第五座体3031、第六座体3032、小臂右侧板304、小臂顶板305、小臂驱动装置32、第二柔索绞盘33、末端执行单元40、末端执行件401、第一中间凸台402、第二中间凸台403、第三中间凸台404、转轴固定板405、第一基齿轮406、第二基齿轮407、第三基齿轮408、第一侧臂409、第二侧臂410、第三侧臂411、第一圆柱齿轮412、第二圆柱齿轮413、第三圆柱齿轮414、第一曲臂415、第二曲臂416、第三曲臂417、螺杆418、底板4021、圆形凸台4022、分隔凸台4023、螺杆孔4024、传动杆孔4025、第一节柔索2101、第二节柔索2102、第三节柔索3101、第四节柔索3102、第五节柔索4101、第六节柔索4202、第七节柔索4201、第八节柔索4202、第九节柔索4301、第十节柔索4302、第十一节柔索111、第十二节柔索112、第一末端驱动装置44、第二末端驱动装置45、第三末端驱动装置46、第三柔索绞盘47、第四柔索绞盘48、第五柔索绞盘49。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图2、图3所示的一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，包括依次设置的腰部单元10、大臂单元20、小臂单元30及末端执行单元40，腰部单元10通过腰部回转件1与基座2转动连接，大臂单元20与腰部单元10通过第一转轴3铰接相连，小臂单元30与大臂单元20通过第二转轴4铰接相连，末端执行单元40通过第三转轴5、第四转轴6、第五转轴7与小臂单元30相连。其中：第一转轴3与第二转轴4相互平行且处于水平位置，第三转轴5、第四转轴6、第五转轴7相互平行且处于竖直位置。该机械臂还包括通过第一柔索驱动大臂单元20绕第一转轴3转动的大臂驱动装置22、通过第二柔索驱动小臂单元30绕第二转轴4转动的小臂驱动装置32、通过第三柔索驱动第三转轴5转动的第一末端驱动装置44、通过第四柔索驱动第四转轴6转动的第二末端驱动装置45、通过第五柔索驱动第五转轴7转动的第三末端驱动装置46、通过第六柔索11驱动腰部回转件1转动的腰部驱动装置12，第三转轴5、第四转轴6、第五转轴7的转动可使末端执行单元40相对于小臂单元30实现俯仰、偏航和滚动。

本发明中，腰部单元10、大臂单元20、小臂单元30的转动分别对应腰关节、肩关节以及肘关节的转动，末端执行单元40的俯仰、偏航和滚动对应腕关节的俯仰、偏航和滚动。

进一步的，如图4所示，腰部驱动装置12包括腰部驱动电机121、锥齿轮转向器122以及连接腰部驱动电机121与锥齿轮转向器122的同步带传动装置。同步带传动装置包括与腰部驱动电机121的输出轴相连的第一带轮123、与锥齿轮转向器122的输入轴相连的第二带轮124以及连接第一带轮123与第二带轮124的同步带125；腰部驱动装置12还包括对称设置且分别与锥齿轮转向器122的两个输出轴相连的第六柔索绞盘126及第七柔索绞盘127，第六柔索绞盘126及第七柔索绞盘127的转向相反。第六柔索11的一端与第六柔索绞盘126固定，第六柔索11的另一端绕经腰部回转件1后与第七柔索绞盘127相连形成闭环传动。具体的，本实施例中，第六柔索11为两段式结构，包括第十一节柔索111和第十二节柔索112，第十一节柔索111的一端与第六柔索绞盘126相固定，第十一节柔索111的另一端与腰部回转件1上的第一柔索孔13相固定，第十二节柔索112的一端与第七柔索绞盘127相固定，第十二节柔索112的另一端与腰部回转件1上的第二柔索孔14相固定，第一柔索孔13与第二柔索孔14对称设置。

进一步的，如图5、图6、图7、图8、图9所示，腰部回转件1通过交叉滚子轴承15与基座2转动连接，腰部单元10在腰部驱动电机121的作用下绕基座2旋转。腰部回转件1的上端与腰部单元10固连，腰部回转件1的下方连接有腰部平台8，腰部平台8与基座2相平行且呈水平方向布置，大臂驱动装置22、小臂驱动装置32、第一末端驱动装置44、第二末端驱动装置45、第三末端驱动装置46中各丝杠的上端均分别通过轴承片固定在腰部平台8的下表面，各丝杠的下端均分别通过梅花联轴器与各驱动电机的输出轴同轴连接。

本发明中，大臂驱动装置22、小臂驱动装置32、第一末端驱动装置44、第二末端驱动装置45、第三末端驱动装置46均与远离各关节的腰部单元10下端固定，这种设置方式避免了现有的电机驱动机械臂需要在各关节布置电机和减速器带来的机械臂质量大、惯性大的缺点，使得机械臂本体质量轻盈，承重比高。同时，将大臂驱动装置22、小臂驱动装置32、第一末端驱动装置44、第二末端驱动装置45、第三末端驱动装置46集成于腰部平台8上，腰部平台8通过腰部回转件1与腰部单元10相连，这使得各驱动装置能够随着腰部单元10相对于基座2的转动而转动，确保了腰部单元10转动时各电机相对于腰部单元10静止，确保了各驱动装置在驱动柔索时不会因为腰部单元10的转动而改变驱动柔索的预期方向。

进一步的，大臂驱动装置22、小臂驱动装置32、第一末端驱动装置44、第二末端驱动装置45、第三末端驱动装置46的结构相同，如图10所示，均分别包括丝杠221及与丝杠221相连的驱动电机222，丝杠221上设有与其形成丝杠螺母配合的连接块223，连接块223相对应的两个端面上分别设有张紧器224及滑块225，滑块225与丝杠221旁侧设置的滑轨226形成滑动配合，张紧器224用于连接相对应柔索的两个端部。

进一步的，如图7所示，腰部单元10包括相围合的腰部前侧板101、腰部左侧板102、腰部后侧板103及腰部右侧板104，腰部前侧板101与腰部后侧板103镜像对称设置，腰部左侧板102与腰部右侧板104镜像对称设置，腰部左侧板102与腰部右侧板104的上部为弧形。

如图15所示，大臂单元20包括相围合的大臂前侧板201、大臂左侧板202、大臂后侧板203、大臂右侧板204，大臂前侧板201与大臂后侧板203镜像对称设置，大臂左侧板202与大臂右侧板204镜像对称设置，大臂左侧板202与大臂右侧板204的上下部均为弧形，大臂左侧板202及大臂右侧板204的下部位置通过第一转轴3与腰部左侧板102及腰部右侧板104的上部位置铰接，大臂右侧板204底部的圆弧处向内设有U型的第一绕线槽2041，大臂右侧板204在第一绕线槽2041的两个端部位置还分别设有第一固定孔2042和第二固定孔2043。

如图18、图19所示，小臂单元30包括相围合的小臂前侧板301、小臂左侧板302、小臂后侧板303、小臂右侧板304及小臂顶板305，小臂前侧板301与小臂后侧板303镜像对称设置，小臂左侧板302与小臂右侧板304镜像对称设置，小臂左侧板302与小臂右侧板304的下部为弧形，小臂左侧板302及小臂右侧板304的下部位置通过第二转轴4与大臂左侧板202及大臂右侧板204的上部位置铰接，小臂左侧板302底部的圆弧处向内设有U型的第二绕线槽3021，小臂左侧板302在第二绕线槽3021的两个端部位置还分别设有第三固定孔3022和第四固定孔3023。

进一步的，如图12所示，腰部右侧板104上设有第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903、第四定滑轮904、第五定滑轮905、第六定滑轮906和第七定滑轮907，其中：第七定滑轮907固定在腰部右侧板104靠上的位置，第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903、第四定滑轮904、第五定滑轮905与第六定滑轮906固定在腰部右侧板104靠下的位置，且第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903与第四定滑轮904、第五定滑轮905、第六定滑轮906分别对称设置在第七定滑轮907两侧，第一定滑轮901、第三定滑轮903、第四定滑轮904、第六定滑轮906、第七定滑轮907的轮轴垂直于腰部右侧板104设置，第二定滑轮902、第五定滑轮905的轮轴平行于腰部右侧板104设置，第三定滑轮903的位置依次高于第一定滑轮901和第二定滑轮902。

进一步的，如图11所示，腰部左侧板102上设有第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910、第十一定滑轮911、第十二定滑轮912、第十三定滑轮913和第十四定滑轮914，其中：第十四定滑轮914固定在腰部左侧板102靠上的位置，第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910、第十一定滑轮911、第十二定滑轮912与第十三定滑轮913固定在腰部左侧板102靠下的位置，且第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910与第十一定滑轮911、第十二定滑轮912、第十三定滑轮913分别对称设置在第十四定滑轮914的两侧，第八定滑轮908、第十定滑轮910、第十一定滑轮911、第十三定滑轮913、第十四定滑轮914的轮轴垂直于腰部左侧板102设置，第九定滑轮909、第十二定滑轮912的轮轴平行于腰部左侧板102设置，第十定滑轮910的位置依次高于第八定滑轮908和第九定滑轮909。

进一步的，如图14所示，腰部前侧板101上设有第十五定滑轮915和第十六定滑轮916，第十五定滑轮915与第十六定滑轮916的轮轴平行于腰部前侧板101设置，第十五定滑轮915的位置高于第十六定滑轮916且低于第二定滑轮902。

进一步的，如图13所示，腰部后侧板103上设有第十七定滑轮917、第十八定滑轮918、第十九定滑轮919和第二十定滑轮920，第十七定滑轮917、第十八定滑轮918、第十九定滑轮919和第二十定滑轮920的轮轴平行于腰部后侧板103设置，第十七定滑轮917与第十八定滑轮918通过第一座体1031安装在腰部后侧板103上，第十九定滑轮919与第二十定滑轮920通过第二座体1032安装在腰部后侧板103上，第一座体1031的位置低于第二座体1032。

进一步的，如图15所示，大臂左侧板202上设有第二十一定滑轮921、第二十二定滑轮922和第二十三定滑轮923，其中：第二十三定滑轮923固定在大臂左侧板202靠上的位置，第二十一定滑轮921与第二十二定滑轮922固定在大臂左侧板202的中间位置，且第二十一定滑轮921与第二十二定滑轮922对称设置在第二十三定滑轮923两侧，第二十一定滑轮921、第二十二定滑轮922和第二十三定滑轮923的轮轴垂直于大臂左侧板202设置。

进一步的，如图16所示，大臂前侧板201上设有第二十四定滑轮924和第二十五定滑轮925，第二十四定滑轮924和第二十五定滑轮925的轮轴平行于大臂前侧板201设置，第二十五定滑轮925的位置高于第二十四定滑轮924。

进一步的，如图17所示，大臂后侧板203上设有第二十六定滑轮926、第二十七定滑轮927、第二十八定滑轮928及第二十九定滑轮929，第二十六定滑轮926与第二十七定滑轮927通过第三座体2031安装在大臂后侧板203上，第二十八定滑轮928与第二十九定滑轮929通过第四座体2032安装在大臂后侧板203上，第三座体2031的位置高于第四座体2032。

进一步的，如图18、图19、图20所示，小臂前侧板301上设有第三十定滑轮930及第三十一定滑轮931，第三十定滑轮930及第三十一定滑轮931的轮轴平行于小臂前侧板301设置，第三十定滑轮930的位置高于第三十一定滑轮931；

进一步的，小臂后侧板303上设有第三十二定滑轮932、第三十三定滑轮933、第三十四定滑轮934及第三十五定滑轮935，第三十二定滑轮932、第三十三定滑轮933、第三十四定滑轮934及第三十五定滑轮935的轮轴平行于小臂后侧板303设置，第三十二定滑轮932与第三十三定滑轮933通过第五座体3031固定在小臂后侧板303上，第三十四定滑轮934与第三十五定滑轮935通过第六座体3032固定在小臂后侧板303上，第五座体3031的位置低于第六座体3032。

本发明中各柔索的走向为：

第一柔索：如图21所示，第一柔索的一端与张紧器的下端固定，第一柔索的另一端依次绕经第一柔索绞盘23、第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903、第七定滑轮907，然后经第一绕线槽2041固定后再依次绕经第七定滑轮907、第六定滑轮906、第五定滑轮905、第四定滑轮904后与张紧器上端固定形成闭环传动，大臂驱动装置22中的驱动电机222通过第一柔索驱动大臂单元20相对于腰部单元10转动。

具体的，本实施例中，第一柔索为两段式结构，包括第一节柔索2101及第二节柔索2102，第一节柔索2101的一端与所对应张紧器的下端相连，第一节柔索2101的另一端依次绕经第一柔索绞盘23、第一定滑轮901、第二定滑轮902、第三定滑轮903、第七定滑轮907的第一轮槽后进入第一绕线槽2041并与第一固定孔2042相固定；第二节柔索2102的一端与所对应张紧器的上端相连，第二节柔索2102的另一端依次绕经第四定滑轮904、第五定滑轮905、第六定滑轮906、第七定滑轮907的第二轮槽后进入第一绕线槽2041并与第二固定孔2043相固定，第一柔索绞盘23固定在相对应驱动电机的电机座上。

第二柔索：如图22所示，第二柔索的一端与张紧器的下端固定，第二柔索的另一端依次绕经第二柔索绞盘33、第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910、第十四定滑轮914、第一转轴3、第二十二定滑轮922、第二十三定滑轮923，然后经第二绕线槽3021固定后再依次绕经第二十三定滑轮923、第二十二定滑轮921、第一转轴3、第十四定滑轮914、第十三定滑轮913、第十二定滑轮912、第十一定滑轮911后与张紧器上端固定形成闭环传动，小臂驱动装置32中的驱动电机通过第二柔索驱动小臂单元30相对于大臂单元20转动。

具体的，本实施例中，第二柔索为两段式结构，包括第三节柔索3101和第四节柔索3102，第三节柔索3101的一端与所对应张紧器的下端相连，第三节柔索3101的另一端依次绕经第二柔索绞盘33、第八定滑轮908、第九定滑轮909、第十定滑轮910、第十四定滑轮914的第一轮槽、第一转轴3的第一轮槽、第二十二定滑轮922、第二十三定滑轮923的第一轮槽后进入第二绕线槽3021并与第三固定孔3022相固定；第四节柔索3102的一端与所对应张紧器的上端相连，第四节柔索3102的另一端依次绕经第十一定滑轮911、第十二定滑轮912、第十三定滑轮913、第十四定滑轮914的第二轮槽、第一转轴3的第二轮槽、第二十一定滑轮921、第二十三定滑轮923的第二轮槽后进入第二绕线槽3021并与第四固定孔3023相固定，第二柔索绞盘33固定在相对应驱动电机的电机座上。

第三柔索：如图24、图32所示，第三柔索的一端与张紧器的下端固定，第三柔索的另一端依次绕经第三柔索绞盘47、第十七定滑轮917、第一转轴3、第二十六定滑轮926、第二转轴4、第三十二定滑轮932，然后经第三转轴5固定后再依次绕经第三十三定滑轮933、第二转轴4、第二十七定滑轮927、第一转轴3、第十八定滑轮918后与张紧器上端固定形成闭环传动。

具体的，本实施例中,第三柔索为两段式结构，包括第五节柔索4101和第六节柔索4102，第五节柔索4101的一端与所对应张紧器的下端相连，第五节柔索4101的另一端依次绕经第三柔索绞盘47、第十七定滑轮917、第一转轴3的第五轮槽、第二十六定滑轮926、第二转轴4的第三轮槽、第三十二定滑轮932后与第三转轴5上的第三柔索孔51相固定；第六节柔索4102的一端与所对应张紧器的上端相连，第六节柔索4102的另一端依次绕经第十八定滑轮918、第一转轴3的第六轮槽、第二十七定滑轮927、第二转轴4的第四轮槽、第三十三定滑轮933后与第三转轴5上的第四柔索孔相固定，第三柔索绞盘47固定在相对应驱动电机的电机座上，第三柔索孔与第四柔索孔对称设置。

第四柔索：如图25所示，第四柔索的一端与张紧器的下端固定，第四柔索的另一端依次绕经第四柔索绞盘48、第十九定滑轮919、第一转轴3、第二十八定滑轮928、第二转轴4、第三十四定滑轮934，然后经第四转轴6固定后再依次绕经第三十五定滑轮935、第二转轴4、第二十九定滑轮929、第一转轴3、第二十定滑轮920后与张紧器上端固定形成闭环传动。

具体的，本实施例中，第四柔索为两段式结构，包括第七节柔索4201与第八节柔索4202，第七节柔索4201的一端与所对应张紧器的下端相连，第七节柔索4201的另一端依次绕经第四柔索绞盘48、第十九定滑轮919、第一转轴3的第七轮槽、第二十八定滑轮928、第二转轴4的第五轮槽、第三十四定滑轮934后与第四转轴6上的第五柔索孔相固定；第八节柔索4202的一端与所对应张紧器的上端相连，第八节柔索4202的另一端依次绕经第二十定滑轮920、第一转轴3的第八轮槽、第二十九定滑轮929、第二转轴4的第六轮槽、第三十五定滑轮935后与第四转轴6上的第六柔索孔相固定，第四柔索绞盘48固定在相对应驱动电机的电机座上，第五柔索孔与第六柔索孔对称设置。

第五柔索：如图23所示，第五柔索的一端与张紧器的下端固定，第五柔索的另一端依次绕经第五柔索绞盘49、第十五定滑轮915、第一转轴3、第二十四定滑轮924、第二转轴4、第三十定滑轮930，然后经第五转轴7固定后再依次绕经第三十一定滑轮931、第二转轴4、第二十五定滑轮925、第一转轴3、第十六定滑轮916后与张紧器的上端固定形成闭环传动。

具体的，本实施例中，第五柔索为两段式结构，包括第九节柔索4301与第十节柔索4302，第九节柔索4301的一端与所对应张紧器的下端相连，第九节柔索4301的另一端依次绕经第五柔索绞盘49、第十五定滑轮915、第一转轴3的第三轮槽、第二十四定滑轮924、第二转轴4的第一轮槽、第三十定滑轮930后与第五转轴7上的第七柔索孔相固定；第十节柔索4302的一端与所对应张紧器的上端相连，第十节柔索4302的另一端依次绕经第十六定滑轮916、第一转轴3的第四轮槽、第二十五定滑轮925、第二转轴4的第二轮槽、第三十一定滑轮931后与第五转轴7上的第八柔索孔相固定，第五柔索绞盘49固定在相对应驱动电机的电机座上，第七柔索孔与第八柔索孔对称设置。

第六柔索：第六柔索11的一端与第一柔索绞盘126固定，第六柔索11的另一端绕经腰部回转件1固定后与第二柔索绞盘127相连形成闭环传动。

具体的，本实施例中，第六柔索11为两段式结构，包括第十一节柔索111和第十二节柔索112，第十一节柔索111的一端与第一柔索绞盘126相固定，第十一节柔索111的另一端与腰部回转件1上的第一柔索孔13相固定，第十二节柔索112的一端与第二柔索绞盘127相固定，第十二节柔索112的另一端与腰部回转件1上的第二柔索孔14相固定，第一柔索孔13与第二柔索孔14对称设置。

进一步的，如图26、图27所示，末端执行单元40包括凸台组、基齿轮组、圆柱齿轮组、曲臂组及末端执行件401。具体的，凸台组包括自下向上设置且结构相同的第一中间凸台402、第二中间凸台403及第三中间凸台404，第一中间凸台402、第二中间凸台403及第三中间凸台404通过三根螺杆418与小臂顶板305及转轴固定板405相固定，转轴固定板405固连在小臂顶板305的下板面，第三转轴5、第四转轴6、第五转轴7分别通过轴承与转轴固定板405连接。

更为具体的，如图28、图29所示，第一中间凸台402、第二中间凸台403及第三中间凸台404均分别包括同心设置的底板4021、圆形凸台4022及分隔凸台4023，圆形凸台4022用于连接对应的基齿轮，分隔凸台4023上设有用于避让第一圆柱齿轮412、第二圆柱齿轮413及第三圆柱齿轮414的缺口，底板4021与圆形凸台4022上设有贯穿两者的且与螺杆418相配合的螺杆孔4024，底板4021、圆形凸台4022及分隔凸台4023上设有贯穿三者且与传动杆相配合的传动杆孔4025。

具体的，如图30、图31所示，基齿轮组包括分别通过轴承套设在第一中间凸台402、第二中间凸台403及第三中间凸台404外侧的第一基齿轮406、第二基齿轮407及第三基齿轮408，第一基齿轮406、第二基齿轮407及第三基齿轮408的外侧面上分别设有竖直方向布置的第一侧臂409、第二侧臂410及第三侧臂411，第一侧臂409、第二侧臂410及第三侧臂411的高度依次递减且三个侧臂的顶端位置相同。

具体的，圆柱齿轮组包括分别通过传动杆与第五转轴7、第四转轴6、第三转轴5相连的第一圆柱齿轮412、第二圆柱齿轮413及第三圆柱齿轮414，第一圆柱齿轮412与第一基齿轮406内啮合，第二圆柱齿轮413与第二基齿轮407内啮合，第三圆柱齿轮414与第三基齿轮408内啮合。

具体的，曲臂组包括连接第一侧臂409与末端执行件401的第一曲臂415、连接第二侧臂410与末端执行件401的第二曲臂416、连接第三侧臂411与末端执行件401的第三曲臂417，上述曲臂均分别与末端执行件401及相对应的侧臂铰接。

本发明的工作原理为：

1、腰部单元的转动原理：

腰部驱动电机工作，带动第一带轮同步转动，第一带轮通过同步带使得第二带轮同步转动，第二带轮将动力传递给锥齿轮转向器的输入轴，使得连接在锥齿轮转向器两端的第六柔索绞盘和第七柔索绞盘转动，从而通过与第六柔索绞盘和第七柔索绞盘形成闭环传动的第六柔索带动腰部回转件转动，进而实现整个腰部单元在基座上的转动。

2、大臂单元的转动原理：

大臂驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第一柔索绞盘顺时针转动，第一节柔索一端的运动会引起第一定滑轮逆时针转动、第二定滑轮右视方向的顺时针转动、第三定滑轮的顺时针转动、第七定滑轮的逆时针转动；第二节柔索会引起第四定滑轮的逆时针转动、第五定滑轮左视方向的顺时针转动、第六定滑轮的顺时针转动、第七定滑轮的逆时针转动。大臂驱动装置中的驱动电机正转时，在第一柔索的运动作用下，大臂单元绕腰部单元顺时针转动。

3、小臂单元的转动原理：

小臂驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第二柔索绞盘顺时针转动，第三节柔索一端的运动会引起第八定滑轮逆时针转动、第九定滑轮右视方向的顺时针转动、第十定滑轮的顺时针转动、第十四定滑轮的逆时针转动、第一转轴的顺时针转动、第二十二定滑轮的逆时针转动、第二十三定滑轮的逆时针转动；第四节柔索会引起第十一定滑轮的逆时针转动、第十二定滑轮左视方向的顺时针转动、第十三定滑轮的顺时针转动、第十四定滑轮的逆时针转动、第一转轴的顺时针转动、第二十一定滑轮的顺时针转动、第二十三定滑轮的逆时针转动。小臂驱动装置中的驱动电机正转时，在第二柔索的运动作用下，小臂单元绕大臂单元顺时针转动。

4、末端执行单元的俯仰运动原理：

如图33所示，第一末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第三柔索绞盘顺时针转动，第五节柔索一端的运动会引起第十七定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十六定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十二定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第三转轴上视方向的顺时针转动；第六节柔索会引起第十八定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十七定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十三定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第三转轴上视方向的顺时针转动，从而带动第三圆柱齿轮顺时针转动，从而带动第三基齿轮逆时针转动；第三末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第五柔索绞盘顺时针转动，第九节柔索一端的运动会引起第十五定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十四定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第五转轴上视方向的逆时针转动；第十节柔索会引起第十六定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十五定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十一定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第五转轴上视方向逆时针转动，从而带动第一圆柱齿轮逆时针转动，从而带动第一基齿轮顺时针转动。由于第三基齿轮的逆时针转动和第一基齿轮的顺时针转动从而使得末端执行单元在第一侧臂和第三侧臂的作用下发生俯仰运动。这里的俯仰运动是指绕Y轴的旋转。

5、末端执行单元的偏航运动原理：

如图34所示，第一末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第三柔索绞盘顺时针转动，第五节柔索一端的运动会引起第十七定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十六定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十二定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第三转轴上视方向的顺时针转动；第六节柔索会引起第十八定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十七定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十三定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第三转轴上视方向的顺时针转动，从而带动第三圆柱齿轮顺时针转动，从而带动第三基齿轮逆时针转动；第二末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第四柔索绞盘顺时针转动，第七节柔索一端的运动会引起第十九定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十八定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十四定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第四转轴上视方向的顺时针转动；第八节柔索会引起第二十定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十九定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十五定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第四转轴上视方向的顺时针转动，从而带动第二圆柱齿轮顺时针转动，从而带动第二基齿轮逆时针转动；第三末端驱动装置中的驱动电机反转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向上移动，进而带动第五柔索铰盘逆时针转动，第九节柔索一端的运动会引起第十五定滑轮左视方向的顺时针转动、第一转轴的顺时针转动、第二十四定滑轮左视方向的逆顺时针转动、第二转轴的顺时针转动、第三十定滑轮左视方向的顺时针转动，从而带动第五转轴上视方向的顺时针转动；第十节柔索会引起第十六定滑轮右视方向的顺时针转动、第一转轴的顺时针转动、第二十五定滑轮右视方向的顺时针转动、第二转轴的顺时针转动、第三十一定滑轮右视方向的顺时针转动，从而带动第五转轴上视方向的顺时针转动，从而带动第一圆柱齿轮顺时针转动，从而带动第一基齿轮逆时针转动；由于第三基齿轮的逆时针转动和第二基齿轮的逆时针转动以及第一基齿轮的逆时针转动，从而使得末端执行单元在第一侧臂和第二侧臂和以及三侧臂的作用下发生偏航运动。这里的偏航运动是指绕Z轴的旋转。

6、末端执行单元的滚动运动原理：

如图35所示，第二末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第四柔索绞盘顺时针转动，第七节柔索一端的运动会引起第十九定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十八定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十四定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第四转轴上视方向顺时针转动；第八节柔索会引起第二十定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十九定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十五定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第四转轴上视方向顺时针转动，从而带动第二圆柱齿轮顺时针转动，从而带动第二基齿轮逆时针转动；第三末端驱动装置中的驱动电机正转，带动对应的丝杠转动从而使丝杠上的张紧器在滑轨上向下移动，进而带动第五柔索铰盘顺时针转动，第九节柔索一端的运动会引起第十五定滑轮左视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十四定滑轮左视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十定滑轮左视方向的逆时针转动，从而带动第五转轴上视方向的逆时针转动；第十节柔索会引起第十六定滑轮右视方向的逆时针转动、第一转轴的逆时针转动、第二十五定滑轮右视方向的逆时针转动、第二转轴的逆时针转动、第三十一定滑轮右视方向的逆时针转动，从而带动第五转轴上视方向逆时针转动，从而带动第一圆柱齿轮逆时针转动，从而带动第一基齿轮顺时针转动。由于第二基齿轮的逆时针转动和第一基齿轮的顺时针转动从而使得末端执行单元在第二侧臂和第三侧臂的作用下发生滚动运动。这里的滚动运动是指绕X轴的旋转。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的末端执行单元为齿轮球面并联机构，具有俯仰、偏航、滚动三个自由度，并且采用柔索驱动方式实现一个关节拥有三个自由度。

2、本发明中各驱动装置中的张紧器通过连接块与丝杠上的滑块相连，能够通过旋转调节丝杠从而调整驱动柔索的张紧力，提高负载能力、稳定性和准确性。

3、本发明大臂驱动装置、小臂驱动装置、第一末端驱动装置、第二末端驱动装置、第三末端驱动装置中的驱动电机的输出轴与丝杠相连，通过驱动电机带动丝杠转动，从而使丝杠上的滑块上下移动来驱动相对应的柔索，将驱动电机的转动输出变为移动控制驱动柔索的方式，使得控制变得更为精细，准确。

4、本发明的大臂驱动装置、小臂驱动装置、第一末端驱动装置、第二末端驱动装置、第三末端驱动装置集成于腰部平台，腰部平台通过腰部回转件与腰部单元相连，各驱动装置能够随着腰部单元相对于基座的转动而转动，确保了腰部单元转动时各驱动电机相对于腰部单元静止，确保了各驱动装置在驱动柔索时不会因为腰部单元的转动而改变驱动柔索的预期方向。

5、本发明的腰部驱动装置固定在基座上，并且通过同步带传动配合第六柔索驱动腰部单元相对于基座转动，进一步减少了驱动装置的体积，也使得第六柔索的排布更为简洁。

6、本发明在关节结构上采用的1-1-1-3关节自由度布置方式，在腰部关节、大臂关节和小臂关节使用了串联关节，末端执行单元使用球面并联关节，通过串并联结合机械臂的结构，既有串联机械臂灵巧、占地小的优点，又有并联机械臂刚度高、速度快、柔性强的优点。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：包括依次设置的腰部单元（10）、大臂单元（20）、小臂单元（30）及末端执行单元（40），所述的腰部单元（10）通过腰部回转件（1）与基座（2）转动连接，所述的大臂单元（20）与腰部单元（10）通过第一转轴（3）铰接相连，所述的小臂单元（30）与大臂单元（20）通过第二转轴（4）铰接相连，所述的末端执行单元（40）通过第三转轴（5）、第四转轴（6）、第五转轴（7）与小臂单元（30）相连，所述的第一转轴（3）与第二转轴（4）相互平行且处于水平位置，所述的第三转轴（5）、第四转轴（6）、第五转轴（7）相互平行且处于竖直位置；

还包括通过第一柔索驱动大臂单元（20）绕第一转轴（3）转动的大臂驱动装置（22）、通过第二柔索驱动小臂单元（30）绕第二转轴（4）转动的小臂驱动装置（32）、通过第三柔索驱动第三转轴（5）转动的第一末端驱动装置（44）、通过第四柔索驱动第四转轴（6）转动的第二末端驱动装置（45）、通过第五柔索驱动第五转轴（7）转动的第三末端驱动装置（46）、通过第六柔索（11）驱动腰部回转件（1）转动的腰部驱动装置（12），第三转轴（5）、第四转轴（6）、第五转轴（7）的转动可使末端执行单元（40）相对于小臂单元（30）实现俯仰、偏航和滚动；

所述的大臂驱动装置（22）、小臂驱动装置（32）、第一末端驱动装置（44）、第二末端驱动装置（45）、第三末端驱动装置（46）均分别包括丝杠（221）及与丝杠（221）相连的驱动电机（222），所述的丝杠（221）上设有与其形成丝杠螺母配合的连接块（223），所述连接块（223）相对应的两个端面上分别设有张紧器（224）及滑块（225），所述的滑块（225）与丝杠（221）旁侧设置的滑轨（226）形成滑动配合，所述的张紧器（224）用于连接相对应柔索的两个端部；

所述的末端执行单元（40）包括凸台组、基齿轮组、圆柱齿轮组、曲臂组及末端执行件（401）；

所述的凸台组包括自下向上设置且结构相同的第一中间凸台（402）、第二中间凸台（403）及第三中间凸台（404），所述的第一中间凸台（402）、第二中间凸台（403）及第三中间凸台（404）通过三根螺杆（418）与小臂顶板（305）及转轴固定板（405）相固定，所述的转轴固定板（405）固连在小臂顶板（305）的下板面，第三转轴（5）、第四转轴（6）、第五转轴（7）分别通过轴承与转轴固定板（405）连接；

所述的基齿轮组包括分别通过轴承套设在第一中间凸台（402）、第二中间凸台（403）及第三中间凸台（404）外侧的第一基齿轮（406）、第二基齿轮（407）及第三基齿轮（408），所述第一基齿轮（406）、第二基齿轮（407）及第三基齿轮（408）的外侧面上分别设有竖直方向布置的第一侧臂（409）、第二侧臂（410）及第三侧臂（411），第一侧臂（409）、第二侧臂（410）及第三侧臂（411）的高度依次递减且三个侧臂的顶端位置相同；

所述的圆柱齿轮组包括分别通过传动杆与第五转轴（7）、第四转轴（6）、第三转轴（5）相连的第一圆柱齿轮（412）、第二圆柱齿轮（413）及第三圆柱齿轮（414），所述的第一圆柱齿轮（412）与第一基齿轮（406）内啮合，第二圆柱齿轮（413）与第二基齿轮（407）内啮合，第三圆柱齿轮（414）与第三基齿轮（408）内啮合；

所述的曲臂组包括连接第一侧臂（409）与末端执行件（401）的第一曲臂（415）、连接第二侧臂（410）与末端执行件（401）的第二曲臂（416）、连接第三侧臂（411）与末端执行件（401）的第三曲臂（417），上述曲臂均分别与末端执行件（401）及相对应的侧臂铰接。

2.根据权利要求1所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的腰部驱动装置（12）包括腰部驱动电机（121）、锥齿轮转向器（122）以及连接腰部驱动电机（121）与锥齿轮转向器（122）的同步带传动装置；所述的同步带传动装置包括与腰部驱动电机（121）的输出轴相连的第一带轮（123）、与锥齿轮转向器（122）的输入轴相连的第二带轮（124）以及连接第一带轮（123）与第二带轮（124）的同步带（125）；所述的腰部驱动装置（12）还包括对称设置且分别与锥齿轮转向器（122）的两个输出轴相连的第六柔索绞盘（126）及第七柔索绞盘（127），所述第六柔索绞盘（126）及第七柔索绞盘（127）的转向相反；所述的第六柔索（11）为两段式结构，包括第十一节柔索（111）和第十二节柔索（112），所述第十一节柔索（111）的一端与第六柔索绞盘（126）相固定，第十一节柔索（111）的另一端与腰部回转件（1）上的第一柔索孔（13）相固定，所述第十二节柔索（112）的一端与第七柔索绞盘（127）相固定，第十二节柔索（112）的另一端与腰部回转件（1）上的第二柔索孔（14）相固定，所述的第一柔索孔（13）与第二柔索孔（14）对称设置。

3.根据权利要求1所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的腰部回转件（1）通过交叉滚子轴承（15）与基座（2）转动连接，所述腰部回转件（1）的上端与腰部单元（10）固连，所述腰部回转件（1）的下方连接有腰部平台（8），所述的腰部平台（8）与基座（2）相平行且呈水平方向布置，所述大臂驱动装置（22）、小臂驱动装置（32）、第一末端驱动装置（44）、第二末端驱动装置（45）、第三末端驱动装置（46）中各丝杠的上端均分别通过轴承片固定在腰部平台（8）的下表面，各丝杠的下端均分别通过梅花联轴器与各驱动电机的输出轴同轴连接。

4.根据权利要求1所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的腰部单元（10）包括相围合的腰部前侧板（101）、腰部左侧板（102）、腰部后侧板（103）及腰部右侧板（104），所述的腰部前侧板（101）与腰部后侧板（103）镜像对称设置，所述的腰部左侧板（102）与腰部右侧板（104）镜像对称设置，所述腰部左侧板（102）与腰部右侧板（104）的上部为弧形；

所述的大臂单元（20）包括相围合的大臂前侧板（201）、大臂左侧板（202）、大臂后侧板（203）、大臂右侧板（204），所述的大臂前侧板（201）与大臂后侧板（203）镜像对称设置，所述的大臂左侧板（202）与大臂右侧板（204）镜像对称设置，所述的大臂左侧板（202）与大臂右侧板（204）的上下部均为弧形，大臂左侧板（202）及大臂右侧板（204）的下部位置通过第一转轴（3）与腰部左侧板（102）及腰部右侧板（104）的上部位置铰接，所述大臂右侧板（204）底部的圆弧处向内设有U型的第一绕线槽（2041），所述的大臂右侧板（204）在第一绕线槽（2041）的两个端部位置还分别设有第一固定孔（2042）和第二固定孔（2043）；

所述的小臂单元（30）包括相围合的小臂前侧板（301）、小臂左侧板（302）、小臂后侧板（303）、小臂右侧板（304）及小臂顶板（305），所述的小臂前侧板（301）与小臂后侧板（303）镜像对称设置，所述的小臂左侧板（302）与小臂右侧板（304）镜像对称设置，所述小臂左侧板（302）与小臂右侧板（304）的下部为弧形，小臂左侧板（302）及小臂右侧板（304）的下部位置通过第二转轴（4）与大臂左侧板（202）及大臂右侧板（204）的上部位置铰接，所述小臂左侧板（302）底部的圆弧处向内设有U型的第二绕线槽（3021），所述的小臂左侧板（302）在第二绕线槽（3021）的两个端部位置还分别设有第三固定孔（3022）和第四固定孔（3023）。

5.根据权利要求4所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的腰部右侧板（104）上设有第一定滑轮（901）、第二定滑轮（902）、第三定滑轮（903）、第四定滑轮（904）、第五定滑轮（905）、第六定滑轮（906）和第七定滑轮（907），其中：第七定滑轮（907）固定在腰部右侧板（104）靠上的位置，第一定滑轮（901）、第二定滑轮（902）、第三定滑轮（903）、第四定滑轮（904）、第五定滑轮（905）与第六定滑轮（906）固定在腰部右侧板（104）靠下的位置，且第一定滑轮（901）、第二定滑轮（902）、第三定滑轮（903）与第四定滑轮（904）、第五定滑轮（905）、第六定滑轮（906）分别对称设置在第七定滑轮（907）两侧，第一定滑轮（901）、第三定滑轮（903）、第四定滑轮（904）、第六定滑轮（906）、第七定滑轮（907）的轮轴垂直于腰部右侧板（104）设置，第二定滑轮（902）、第五定滑轮（905）的轮轴平行于腰部右侧板（104）设置，所述第三定滑轮（903）的位置依次高于第一定滑轮（901）和第二定滑轮（902）；

所述的腰部左侧板（102）上设有第八定滑轮（908）、第九定滑轮（909）、第十定滑轮（910）、第十一定滑轮（911）、第十二定滑轮（912）、第十三定滑轮（913）和第十四定滑轮（914），其中：第十四定滑轮（914）固定在腰部左侧板（102）靠上的位置，第八定滑轮（908）、第九定滑轮（909）、第十定滑轮（910）、第十一定滑轮（911）、第十二定滑轮（912）与第十三定滑轮（913）固定在腰部左侧板（102）靠下的位置，且第八定滑轮（908）、第九定滑轮（909）、第十定滑轮（910）与第十一定滑轮（911）、第十二定滑轮（912）、第十三定滑轮（913）分别对称设置在第十四定滑轮（914）的两侧，第八定滑轮（908）、第十定滑轮（910）、第十一定滑轮（911）、第十三定滑轮（913）、第十四定滑轮（914）的轮轴垂直于腰部左侧板（102）设置，所述的第九定滑轮（909）、第十二定滑轮（912）的轮轴平行于腰部左侧板（102）设置，所述第十定滑轮（910）的位置依次高于第八定滑轮（908）和第九定滑轮（909）；

所述的腰部前侧板（101）上设有第十五定滑轮（915）和第十六定滑轮（916），所述第十五定滑轮（915）与第十六定滑轮（916）的轮轴平行于腰部前侧板（101）设置，所述第十五定滑轮（915）的位置高于第十六定滑轮（916）且低于第二定滑轮（902）；

所述的腰部后侧板（103）上设有第十七定滑轮（917）、第十八定滑轮（918）、第十九定滑轮（919）和第二十定滑轮（920），所述第十七定滑轮（917）、第十八定滑轮（918）、第十九定滑轮（919）和第二十定滑轮（920）的轮轴平行于腰部后侧板（103）设置，所述的第十七定滑轮（917）与第十八定滑轮（918）通过第一座体（1031）安装在腰部后侧板（103）上，所述的第十九定滑轮（919）与第二十定滑轮（920）通过第二座体（1032）安装在腰部后侧板（103）上，所述第一座体（1031）的位置低于第二座体（1032）。

6.根据权利要求5所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的大臂左侧板（202）上设有第二十一定滑轮（921）、第二十二定滑轮（922）和第二十三定滑轮（923），其中：第二十三定滑轮（923）固定在大臂左侧板（202）靠上的位置，第二十一定滑轮（921）与第二十二定滑轮（922）固定在大臂左侧板（202）的中间位置，且第二十一定滑轮（921）与第二十二定滑轮（922）对称设置在第二十三定滑轮（923）两侧，所述的第二十一定滑轮（921）、第二十二定滑轮（922）和第二十三定滑轮（923）的轮轴垂直于大臂左侧板（202）设置；

所述的大臂前侧板（201）上设有第二十四定滑轮（924）和第二十五定滑轮（925），所述第二十四定滑轮（924）和第二十五定滑轮（925）的轮轴平行于大臂前侧板（201）设置，所述第二十五定滑轮（925）的位置高于第二十四定滑轮（924）；

所述的大臂后侧板（203）上设有第二十六定滑轮（926）、第二十七定滑轮（927）、第二十八定滑轮（928）及第二十九定滑轮（929），所述第二十六定滑轮（926）与第二十七定滑轮（927）通过第三座体（2031）安装在大臂后侧板（203）上，第二十八定滑轮（928）与第二十九定滑轮（929）通过第四座体（2032）安装在大臂后侧板（203）上，所述第三座体（2031）的位置高于第四座体（2032）。

7.根据权利要求6所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的小臂前侧板（301）上设有第三十定滑轮（930）及第三十一定滑轮（931），所述第三十定滑轮（930）及第三十一定滑轮（931）的轮轴平行于小臂前侧板（301）设置，所述第三十定滑轮（930）的位置高于第三十一定滑轮（931）；

所述的小臂后侧板（303）上设有第三十二定滑轮（932）、第三十三定滑轮（933）、第三十四定滑轮（934）及第三十五定滑轮（935），所述第三十二定滑轮（932）、第三十三定滑轮（933）、第三十四定滑轮（934）及第三十五定滑轮（935）的轮轴平行于小臂后侧板（303）设置，所述第三十二定滑轮（932）与第三十三定滑轮（933）通过第五座体（3031）固定在小臂后侧板（303）上，所述第三十四定滑轮（934）与第三十五定滑轮（935）通过第六座体（3032）固定在小臂后侧板（303）上，所述第五座体（3031）的位置低于第六座体（3032）。

8.根据权利要求7所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的第一柔索为两段式结构，包括第一节柔索（2101）及第二节柔索（2102），所述第一节柔索（2101）的一端与所对应张紧器的下端相连，第一节柔索（2101）的另一端依次绕经第一柔索绞盘（23）、第一定滑轮（901）、第二定滑轮（902）、第三定滑轮（903）、第七定滑轮（907）后进入第一绕线槽（2041）并与第一固定孔（2042）相固定；所述第二节柔索（2102）的一端与所对应张紧器的上端相连，第二节柔索（2102）的另一端依次绕经第四定滑轮（904）、第五定滑轮（905）、第六定滑轮（906）、第七定滑轮（907）后进入第一绕线槽（2041）并与第二固定孔（2043）相固定，所述的第一柔索绞盘（23）固定在相对应驱动电机的电机座上；

所述的第二柔索为两段式结构，包括第三节柔索（3101）和第四节柔索（3102），所述第三节柔索（3101）的一端与所对应张紧器的下端相连，第三节柔索（3101）的另一端依次绕经第二柔索绞盘（33）、第八定滑轮（908）、第九定滑轮（909）、第十定滑轮（910）、第十四定滑轮（914）、第一转轴（3）、第二十二定滑轮（922）、第二十三定滑轮（923）后进入第二绕线槽（3021）并与第三固定孔（3022）相固定；所述第四节柔索（3102）的一端与所对应张紧器的上端相连，第四节柔索（3102）的另一端依次绕经第十一定滑轮（911）、第十二定滑轮（912）、第十三定滑轮（913）、第十四定滑轮（914）、第一转轴（3）、第二十一定滑轮（921）、第二十三定滑轮（923）后进入第二绕线槽（3021）并与第四固定孔（3023）相固定，所述的第二柔索绞盘（33）固定在相对应驱动电机的电机座上；

所述的第三柔索为两段式结构，包括第五节柔索（4101）和第六节柔索（4102），所述第五节柔索（4101）的一端与所对应张紧器的下端相连，第五节柔索（4101）的另一端依次绕经第三柔索绞盘（47）、第十七定滑轮（917）、第一转轴（3）、第二十六定滑轮（926）、第二转轴（4）、第三十二定滑轮（932）后与第三转轴（5）上的第三柔索孔相固定；所述第六节柔索（4102）的一端与所对应张紧器的上端相连，第六节柔索（4102）的另一端依次绕经第十八定滑轮（918）、第一转轴（3）、第二十七定滑轮（927）、第二转轴（4）、第三十三定滑轮（933）后与第三转轴（5）上的第四柔索孔相固定，所述的第三柔索绞盘（47）固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第三柔索孔与第四柔索孔对称设置；

所述的第四柔索为两段式结构，包括第七节柔索（4201）与第八节柔索（4202），所述第七节柔索（4201）的一端与所对应张紧器的下端相连，第七节柔索（4201）的另一端依次绕经第四柔索绞盘（48）、第十九定滑轮（919）、第一转轴（3）、第二十八定滑轮（928）、第二转轴（4）、第三十四定滑轮（934）后与第四转轴（6）上的第五柔索孔相固定；所述第八节柔索（4202）的一端与所对应张紧器的上端相连，第八节柔索（4202）的另一端依次绕经第二十定滑轮（920）、第一转轴（3）、第二十九定滑轮（929）、第二转轴（4）、第三十五定滑轮（935）后与第四转轴（6）上的第六柔索孔相固定，所述的第四柔索绞盘（48）固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第五柔索孔与第六柔索孔对称设置；

所述的第五柔索为两段式结构，包括第九节柔索（4301）与第十节柔索（4302），所述第九节柔索（4301）的一端与所对应张紧器的下端相连，第九节柔索（4301）的另一端依次绕经第五柔索绞盘（49）、第十五定滑轮（915）、第一转轴（3）、第二十四定滑轮（924）、第二转轴（4）、第三十定滑轮（930）后与第五转轴（7）上的第七柔索孔相固定；所述第十节柔索（4302）的一端与所对应张紧器的上端相连，第十节柔索（4302）的另一端依次绕经第十六定滑轮（916）、第一转轴（3）、第二十五定滑轮（925）、第二转轴（4）、第三十一定滑轮（931）后与第五转轴（7）上的第八柔索孔相固定，所述的第五柔索绞盘（49）固定在相对应驱动电机的电机座上，所述的第七柔索孔与第八柔索孔对称设置。

9.根据权利要求1所述的末端为齿轮球面并联的绳驱动六自由度串并联机械臂，其特征在于：所述的第一中间凸台（402）、第二中间凸台（403）及第三中间凸台（404）均分别包括同心设置的底板（4021）、圆形凸台（4022）及分隔凸台（4023），所述的圆形凸台（4022）用于连接对应的基齿轮，所述的分隔凸台（4023）上设有用于避让第一圆柱齿轮（412）、第二圆柱齿轮（413）及第三圆柱齿轮（414）的缺口，所述的底板（4021）与圆形凸台（4022）上设有贯穿两者的且与螺杆（418）相配合的螺杆孔（4024），所述的底板（4021）、圆形凸台（4022）及分隔凸台（4023）上设有贯穿三者且与传动杆相配合的传动杆孔（4025）。