CN216859730U - 一种跨关节绳驱机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种跨关节绳驱机械臂，该机械臂包括电机外壳，所述电机外壳内安装有第一电机、第二电机和第三电机，所述电机外壳的下侧壁通过上臂与肩关节转接座固定，所述肩关节转接座的内壁通过第一轴承连接肩关节转接件，所述肩关节转接件的内壁通过第三轴承连接转轴，所述肩关节转接件的外壁通过第二轴承连接驱动绳轮。通过将控制中臂关节电机和下臂关机电机都置于一个位置，节省了装置的占地空间。并可单独实现某一处关节的转动，例如在中臂运动时可保持下臂的相对位置不变，大大简化了关节质量和控制方式，从而降低了生产和维护成本。

Description

一种跨关节绳驱机械臂

技术领域

本实用新型涉及绳驱机械臂技术领域，具体为一种绳驱式的跨关节绳驱机械臂。

背景技术

绳索作为当代一种可靠的柔性传动介质，有着传动稳定、振动小以及能达到刚性传动精度的独特优势，使得绳驱动具有精度高、噪声低、传动平稳、无需润滑、易于安装和维护等特点，在国外已被用到机器人和精密传动装置等领域。在机器人技术中，绳驱动主要应用于串并联机构和工业机器人的传动，绳驱动可以实现远距离传动，而且可以将原先驱动关节的电机置于机械臂底座，有效降低关节的重量，实现机械臂自重比低、轻量化的目的，因此绳驱动机械臂技术的研究越来越受到国内外人士的重视和关注。

随着机器人领域的发展，传统工业机器人质量体积大、关节转动惯量高，缺乏柔顺性，环境适应性、人机交互安全性较差，并且绳驱式机械臂的安装和控制驱动均比较复杂。例如，由电机所控制的大臂与控制的小臂，其中大臂和小臂电机均安装在大臂底部的同一轴线上，当大臂电机控制大臂转动时，小臂会发生同比例的耦合现象，要想保持大臂与小臂的夹角不变，两个电机必须同时工作，这就给控制带来了较大的麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种跨关节绳驱机械臂，通过绳驱的方式减轻机械臂的重量，并提高机械臂的便携性和操控性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种跨关节绳驱机械臂，该机械臂包括电机外壳，所述电机外壳内安装有第一电机、第二电机和第三电机，所述电机外壳的下侧壁通过上臂与肩关节转接座固定，所述肩关节转接座的内壁通过第一轴承连接肩关节转接件，所述肩关节转接件的内壁通过第三轴承连接转轴，所述肩关节转接件的外壁通过第二轴承连接驱动绳轮；

所述肩关节转接件外安装有肩关节绳轮，且肩关节绳轮通过第一传动绳与第一电机的输出端相连；所述驱动绳轮通过内侧的第二传动绳与第二电机的输出端相连；所述转轴的一端设有绳索驱动绳轮，另一端设有第二驱动绳轮，所述绳索驱动绳轮通过第三传动绳与第三电机的输出端相连；

所述肩关节转接件通过中臂与肘关节转接座固定，所述肘关节转接座的内壁通过第四轴承连接肘关节转接件；所述肘关节转接座外安装有第三驱动绳轮，所述第三驱动绳轮通过外侧的第二传动绳与驱动绳轮相连接；所述肘关节转接件外安装有第四驱动绳轮，且第四驱动绳轮通过内侧的第四传动绳与第二驱动绳轮相连接；

所述肘关节转接件通过下臂与腕关节转接座固定，所述腕关节转接座的内壁通过第五轴承连接腕关节转接件；所述腕关节转接件的一端安装有腕关节绳轮，且腕关节绳轮通过外侧的第四传动绳与第四驱动绳轮相连接；腕关节转接件的另一端设有采样端；

所述内侧的第二传动绳和外侧的第二传动绳为一根绳；

所述内侧的第四传动绳和外侧的第四传动绳为一根绳。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过将控制中臂关节电机和下臂关机电机都置于一个位置，节省了装置的占地空间。并可单独实现某一处关节的转动，例如在中臂运动时可保持下臂的相对位置不变，大大简化了关节质量和控制方式，从而降低了生产和维护成本。

附图说明

图1是绳驱机械臂的立体结构示意图。

图2是绳驱机械臂的立体结构示意图。

图3是绳驱机械臂的立体结构示意图。

图4是绳驱机械臂肩关节剖视结构示意图。

图5是绳驱机械臂肘关节剖视结构示意图。

图6是绳驱机械臂腕关节剖视结构示意图。

1、第一电机；1-1、上臂；1-2、中臂；1-3、下臂；2、第二电机；3、第三电机；4、第一传动绳；5、第二传动绳；6、第三传动绳；7-1、肩关节转接座；7-2、转轴；7-3、肩关节转接件；7-4、第一轴承；7-5、第二轴承；7-6、第三轴承；8-1、第四轴承；8-2、肘关节转接件；8-3、肘关节转接座；9-1、腕关节转接件；9-2、第五轴承；9-3、腕关节转接座；10、绳索驱动绳轮；11、肩关节绳轮；12、驱动绳轮；13、第二驱动绳轮；14、第三驱动绳轮；15、第四传动绳；16、第四驱动绳轮；17、腕关节绳轮。

具体实施方式

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种跨关节绳驱机械臂，该机械臂包括电机外壳，电机外壳内安装有第一电机1、第二电机2和第三电机3，第一电机1用于驱动机械臂的肩关节运动，第二电机2用于驱动机械臂的肘关节运动，第三电机3用于驱动机械臂的采样端活动。电机外壳的下侧壁通过上臂1-1与肩关节转接座7-1固定，肩关节转接座7-1的内壁通过第一轴承7-4连接肩关节转接件7-3，肩关节转接件7-3的内壁通过第三轴承7-6连接转轴7-2，这样转轴7-2即可在肩关节转接件7-3的内壁自由转动。肩关节转接件7-3的外壁通过第二轴承7-5连接驱动绳轮12。由于驱动绳轮12是通过第二轴承7-5安装在肩关节转接件7-3上的，那么在肩关节转接件7-3发生转动，但第二电机2并不工作时，驱动绳轮12也将不发生转动，这样就保证了装置肩关节活动时，肘关节能够不随之活动。

肩关节转接件7-3外安装有肩关节绳轮11，且肩关节绳轮11通过第一传动绳4与第一电机1的输出端相连；驱动绳轮12通过内侧的第二传动绳5与第二电机2的输出端相连；转轴7-2的一端设有绳索驱动绳轮10，另一端设有第二驱动绳轮13，绳索驱动绳轮10通过第三传动绳6与第三电机3的输出端相连；通过第三电机3带动转轴7-2转动，转轴7-2即可带着第二驱动绳轮13进行转动。

肩关节转接件7-3通过中臂1-2与肘关节转接座8-3固定，肘关节转接座8-3的内壁通过第四轴承8-1连接肘关节转接件8-2；肘关节转接座8-3外安装有第三驱动绳轮14，第三驱动绳轮14通过外侧的第二传动绳5与驱动绳轮12相连接。这样，在需要单独驱动肘关节转动时，即可通过开启第二电机2带动驱动绳轮12转动，再由外侧的第二传动绳5带动第三驱动绳轮14转动。

肘关节转接件8-2外安装有第四驱动绳轮16，且第四驱动绳轮16通过内侧的第四传动绳15与第二驱动绳轮13相连接。由第二驱动绳轮13传递的转动量将通过内侧的第四传动绳15带动第四驱动绳轮16发生转动，转动中的第四驱动绳轮16的传动量还将通过外侧的第四传动绳15带动腕关节绳轮17转动。

肘关节转接件8-2通过下臂1-3与腕关节转接座9-3固定，腕关节转接座9-3的内壁通过第五轴承9-2连接腕关节转接件9-1；腕关节转接件9-1的一端安装有腕关节绳轮17，且腕关节绳轮17通过外侧的第四传动绳15与第四驱动绳轮16相连接；腕关节转接件9-1的另一端设有采样端。

内侧的第二传动绳5和外侧的第二传动绳5在驱动绳轮12上呈间隔设置。内侧的第二传动绳5形成一个传动轮工作在驱动绳轮12和第二电机2的输出端之间；外侧的第二传动绳5也形成一个传动轮工作在驱动绳轮12和第三驱动绳轮14之间；

内侧的第四传动绳15和外侧的第四传动绳15在第四驱动绳轮16上呈间隔设置。内侧的第四传动绳15形成一个传动轮工作在第二驱动绳轮13和第四驱动绳轮16之间；外侧的第四传动绳15形成一个传动轮工作在第四驱动绳轮16与腕关节绳轮17之间；

这样设置的第二传动绳5和第四传动绳15就能呈并排状在驱动绳轮12和第四驱动绳轮16上，有效避免了压绳、重叠的现象。

内侧的第四传动绳15和外侧的第四传动绳15构成了一整根传动绳；内侧的第二传动绳5和外侧的第二传动绳5同样构成了一整根传动绳。通过在驱动绳轮12和第四驱动绳轮16分别采用一根绳子进行驱动，达到了以下效果：

1)因为一根绳子通常由一个电机带动，采用两根绳子在驱动绳轮12和第四驱动绳轮16上则需要四个电机，从经济性考虑会增加功耗和质量，而一根绳子能形成一个闭合回路和电机相连，只需一个电机就能实现电机正反转来带动绳子驱动绳轮工作。

2)若分别采用两根绳子驱动绳轮12和第四驱动绳轮16，将增加绳子和驱动绳轮之间的摩擦，对中臂1-2和下臂1-3的传动精度也会产生影响。

本实用新型还提供一种跨关节绳驱机械臂的绕线方式，该绕线方式包括第二传动绳5和第四传动绳15的绕线方式；

1)首先将第二传动绳5在第二电机2的输出端上缠绕若干周；再将第二传动绳5在驱动绳轮12上缠绕若干周，间隔一端距离后再在驱动绳轮12上缠绕若干周；然后将第二传动绳5在第三驱动绳轮14上缠绕若干周；最后将第二传动绳5的端尾绕过驱动绳轮12后与第二电机2的输出端处的第二传动绳5的端头固定；

2)首先将第四传动绳15在第二驱动绳轮13上缠绕若干周；再将第四传动绳15在第四驱动绳轮16上缠绕若干周，间隔一端距离后再在第四驱动绳轮16上缠绕若干周；然后将第四传动绳15在腕关节绳轮17上缠绕若干周；最后将第四传动绳15的端尾绕过第四驱动绳轮16后与第二驱动绳轮13处的第四传动绳15的端头固定。

Claims (3)

1.一种跨关节绳驱机械臂，其特征在于：该机械臂包括电机外壳，所述电机外壳内安装有第一电机(1)、第二电机(2)和第三电机(3)，所述电机外壳的下侧壁通过上臂(1-1)与肩关节转接座(7-1)固定，所述肩关节转接座(7-1)的内壁通过第一轴承(7-4)连接肩关节转接件(7-3)，所述肩关节转接件(7-3)的内壁通过第三轴承(7-6)连接转轴(7-2)，所述肩关节转接件(7-3)的外壁通过第二轴承(7-5)连接驱动绳轮(12)；

所述肩关节转接件(7-3)外安装有肩关节绳轮(11)，且肩关节绳轮(11)通过第一传动绳(4)与第一电机(1)的输出端相连；所述驱动绳轮(12)通过内侧的第二传动绳(5)与第二电机(2)的输出端相连；所述转轴(7-2)的一端设有绳索驱动绳轮(10)，另一端设有第二驱动绳轮(13)，所述绳索驱动绳轮(10)通过第三传动绳(6)与第三电机(3)的输出端相连；

所述肩关节转接件(7-3)通过中臂(1-2)与肘关节转接座(8-3)固定，所述肘关节转接座(8-3)的内壁通过第四轴承(8-1)连接肘关节转接件(8-2)；所述肘关节转接座(8-3)外安装有第三驱动绳轮(14)，所述第三驱动绳轮(14)通过外侧的第二传动绳(5)与驱动绳轮(12)相连接；所述肘关节转接件(8-2)外安装有第四驱动绳轮(16)，且第四驱动绳轮(16)通过内侧的第四传动绳(15)与第二驱动绳轮(13)相连接；

所述肘关节转接件(8-2)通过下臂(1-3)与腕关节转接座(9-3)固定，所述腕关节转接座(9-3)的内壁通过第五轴承(9-2)连接腕关节转接件(9-1)；所述腕关节转接件(9-1)的一端安装有腕关节绳轮(17)，且腕关节绳轮(17)通过外侧的第四传动绳(15)与第四驱动绳轮(16)相连接；腕关节转接件(9-1)的另一端设有采样端。

2.根据权利要求1所述的跨关节绳驱机械臂，其特征在于：所述内侧的第二传动绳(5)和外侧的第二传动绳(5)为一根绳；

所述内侧的第四传动绳(15)和外侧的第四传动绳(15)为一根绳。

3.根据权利要求2所述的跨关节绳驱机械臂，其特征在于：所述内侧的第二传动绳(5)和外侧的第二传动绳(5)在驱动绳轮(12)上呈间隔设置；

所述内侧的第四传动绳(15)和外侧的第四传动绳(15)在第四驱动绳轮(16)上呈间隔设置。

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