一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂制造技术

本发明专利技术提供了一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，包括躯体和设置在躯体上的肩部关节、大臂部、肘部关节、小臂部、仿生手掌；肘部关节包括肘部固定平台、肘部活动平台、以及连接肘部固定平台与肘部活动平台的三条相同的位置约束支链，肘部固定平台设置在大臂部上，肘部固定平台的中心与肘部活动平台的中心之间的连线为L，三条位置约束支链相对于连线L呈中心对称分布；位置约束支链的一端通过第一转动关节连接至肘部活动平台，位置约束支链的另一端通过第二转动关节连接至肘部固定平台，第一转动关节与第二转动关节相对于连线L呈中心对称分布。本发明专利技术能够适用于自动化分拣、搬运等场合，并且具备体积小、质量轻、负载能力大的优点。

A Series-Parallel Hybrid Mechanism Heavy Load Manipulator Driven by Rope

The invention provides a series-parallel hybrid mechanical arm driven by a rope, which comprises a body and shoulder joints, big arms, elbow joints, small arms and bionic palms arranged on the body; the elbow joints include elbow fixed platform, elbow movable platform, and three identical position restraint branchs connecting elbow fixed platform and elbow movable platform, and elbow fixed. The platform is set on the upper arm, and the line between the center of the elbow fixed platform and the center of the elbow movable platform is L. The three position-constrained branches are centrally symmetrical relative to the line L. One end of the position-constrained branched chain is connected to the elbow movable platform through the first rotating joint, and the other end of the position-constrained branched chain is connected to the elbow fixed platform through the second rotating joint, and the first rotation The motion joint and the second rotation joint are centrosymmetrically distributed relative to the connecting line L. The invention can be applied to automatic sorting, handling and other occasions, and has the advantages of small size, light weight and large load capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，机器人在生活和生产中应用越来越广泛，但由于相关技术的有待完善和成熟，离现实大规模、低成本和多领域的应用还有很远的距离。在工业领域的货物分拣、运输，服务领域的搬运、抱人等很多的应用中，均要求机器人具有较大的负载能力。而现有市场中的机械臂负载能力大都较小，或具有较大负载能力的机械臂具有很大的体积外形。因此，现有技术中存在如何在保证机械臂具有较大负载前提下，降低机械臂体积的难题。绳索驱动机器人是通过绳索将动平台(或末端执行器)与静平台连接起来的机器人，它具有工作空间大、负载质量比高和易于模块化的优点，已成为人们研究的热点。例如中国专利文献201711488564.4中公开了一种双自由度联动的绳索驱动柔性机械臂关节组，包括：刚性支柱；单向弯曲柔性体，单向弯曲柔性体的侧壁上均匀设置有两列沿轴向分布的互不连通的镂空结构，这两列周向相对的镂空结构相互对称；刚性支柱与单向弯曲柔性体沿轴向交替连接，相邻两个单向弯曲柔性体的弯曲方向垂直，相间两个单向弯曲柔性体的弯曲方向相同；过线结构，刚性支柱的周向外壁上设置有第一过线体，单向弯曲柔性体的周向外壁上设置有第二过线体；联动绳索，联动绳索的一端设置结点，另一端自下而上沿轴线依次穿过第一单向弯曲柔性体、第一刚性支柱、第二单向弯曲柔性体上的过线结构，在第二刚性支柱上转180度向上继续沿轴线穿过第三单向弯曲柔性体上的第二过线体后，固定在最邻近刚性支柱上；连接相邻三节单向弯曲柔性体的联动绳索包括的外侧联动绳索与内侧联动绳索从第二刚性支柱往上，相对柔性机械臂外壁形成对称的八字绕线结构；驱动绳索，驱动绳索的一端从底部自下而上沿轴线依次穿过第一过线体后，被固定在顶部，另一端连接驱动装置。再例如申请人之前的中国专利申请201810632708.7公开了一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构，包括：固定平台、活动平台、以及连接固定平台与活动平台的四条主动支链和一条随动支链，其中，随动支链包括支撑连杆、转动关节，支撑连杆的一端固定设置于活动平台上，支撑连杆的另一端通过转动关节连接至固定平台；主动支链包括动滑轮支架、动滑轮、定滑轮支架、定滑轮、绳索和驱动电机，动滑轮、定滑轮一一对应，动滑轮转动设置于动滑轮支架上，定滑轮转动设置于定滑轮支架上，驱动电机设置于固定平台上，绳索的一端相对定滑轮支架或固定平台固定，另一端依次绕过动滑轮、定滑轮，与驱动电机连接。上述技术方案采用特殊的张力放大机制来提高了专利中关节的输出力矩。综合上述可知，现有技术中依旧存在如何在保证机械臂具有较大负载前提下，降低机械臂体积的难题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，其能够适用于自动化分拣、搬运等场合，并且具备体积小、质量轻、负载能力大的优点为了实现上述目的，本专利技术提供了一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，包括躯体和设置在躯体上的肩部关节、肘部关节、仿生手掌，其中，肩部关节设置有大臂部，肘部关节设置在大臂部上，肘部关节设置有小臂部，仿生手掌设置在小臂部上，其中：肩部关节包括肩部固定平台、肩部活动平台、以及连接肩部固定平台与肩部活动平台的四条绳索驱动支链和一条支撑支链，四条绳索驱动支链并联设置；支撑支链包括铰接支撑座、支撑纵杆、支撑横杆，铰接支撑座设置在肩部固定平台上，支撑纵杆设置在铰接支撑座上并围绕第一方向转动，支撑横杆的一端通过轴承设置在肩部活动平台上并围绕第二方向进行转动，支撑横杆的另一端铰接至支撑纵杆而围绕第三方向进行转动，其中，第一方向、第二方向、第三方向之间均相互垂直；四条绳索驱动支链环绕于支撑支链的外围，四条绳索驱动支链两两一组，两组绳索驱动支链相对于支撑支链呈中心对称分布，且每组绳索驱动支链中的两条绳索驱动支链之间始终具有夹角，以使肩部活动平台围绕第一方向、第一方向、第三方向同步或异步进行转动；肘部关节包括肘部固定平台、肘部活动平台、以及连接肘部固定平台与肘部活动平台的三条相同的位置约束支链，肘部固定平台设置在大臂部上，肘部固定平台的中心与肘部活动平台的中心之间的连线为L，三条位置约束支链相对于连线L呈中心对称分布；其中，位置约束支链的一端通过第一转动关节连接至肘部活动平台，位置约束支链的另一端通过第二转动关节连接至肘部固定平台，第一转动关节与第二转动关节相对于连线L呈中心对称分布。在本专利技术的上述技术方案中，肩部过节的运动控制通过四条绳索驱动支链进行完成，其中，四条绳索驱动支链的驱动形式优选采用申请人的在先申请(2018106327087)中的绳索驱动形式。为了提高位置控制的准确性，本方案中采用支撑支链分别围绕第一方向、第二方向、第三方向的转动方式，实现仿人肩部关节的运动，其中，可以通过先后调整四条绳索驱动支链中的一条绳索驱动支链，以驱动肩部活动平台围绕特定方向进行转动，例如围绕第一方向进行转动一定的角度，此时，由于第一方向、第二方向与第三方向之间是垂直的，第一方向的转动不会造成活动平台围绕第二方向与第三方向的随动现象，其机构特点也不会造成活动平台围绕第二方向与第三方向的进行随动现象的趋势，活动平台的位置不会发生偏移，其输出位置的准确度、精度均有明显的提高。相应的，肩部活动平台相较于肩部固定平台围绕第一方向、第一方向、第三方向的转动可以是同步的，也可以是异步的。进一步的，本方案中肘部关节中的位置约束支链采用反平行四边形结构，采用三条位置约束支链实现肘部活动平台相较于肘部固定平台两自由度的运动，其中，肘部活动平台相对于肘部固定平台的运动是大角度的、幅度较大的运动，三条位置约束支链之间的运动是相互配合的、不会发生干涉的、占据空间较小的运动过程。根据本专利技术的另一种具体实施方式，位置约束支链包括设置在肘部活动平台的前铰接座、与前铰接座连接的前十字轴、折弯约束杆、设置在肘部固定平台的后铰接座和与后铰接座连接的后十字轴，前铰接座与前十字轴形成第一转动关节，折弯约束杆的前端通过前铰接座连接至肘部活动平台，后铰接座与后十字轴形成第二转动关节，折弯约束杆的后端通过后铰接座连接至肘部固定平台。进一步的，折弯约束杆在肘部固定平台所在平面的投影为U形，折弯约束杆在垂直于肘部固定平台所在平面的投影为U形，这里的U形指代类似U形的结构，这样设置的好处在于，一方面简化位置约束支链的结构，另一方面避免运动过程中的干涉问题。根据本专利技术的另一种具体实施方式，三条位置约束支链中的每条位置约束支链中第一转动关节与第二转动关节之间的连线分别为L1、L2和L3，L1、L2和L3均与连线L相交于的同一临近区域内，其中同一临近区域是指包括了L1与连线L的交点、L2与连线L的交点、以及L3与连线L的交点的位置区域，其中该临近区域所占用空间较小，甚至是L1与连线L的交点、L2与连线L的交点、以及L3与连线L的交点之间相互重合。例如，三条位置约束支链分别为第一位置约束支链、第二位置约束支链、第三位置约束支链，其中第一位置约束支链中第一转动关节与第二转动关节之间的连线为L1，L1与连线L之间的交点为O1；第二位置约束支链中第一转动关节与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，包括：躯体和设置在躯体上的肩部关节、肘部关节、仿生手掌，其中，所述肩部关节设置有大臂部，所述肘部关节设置在所述大臂部上，所述肘部关节设置有小臂部，所述仿生手掌设置在所述小臂部上，其特征在于：所述肩部关节包括肩部固定平台、肩部活动平台、以及连接所述肩部固定平台与所述肩部活动平台的四条绳索驱动支链和一条支撑支链，四条所述绳索驱动支链并联设置；所述支撑支链包括铰接支撑座、支撑纵杆、支撑横杆，所述铰接支撑座设置在所述肩部固定平台上，所述支撑纵杆设置在所述铰接支撑座上并围绕第一方向转动，所述支撑横杆的一端通过轴承设置在所述肩部活动平台上并围绕第二方向进行转动，所述支撑横杆的另一端铰接至所述支撑纵杆而围绕第三方向进行转动，其中，第一方向、第二方向、第三方向之间均相互垂直；四条所述绳索驱动支链环绕于所述支撑支链的外围，四条所述绳索驱动支链两两一组，两组所述绳索驱动支链相对于所述支撑支链呈中心对称分布，且每组所述绳索驱动支链中的两条所述绳索驱动支链之间始终具有夹角，以使所述肩部活动平台围绕第一方向、第一方向、第三方向同步或异步进行转动；所述肘部关节包括肘部固定平台、肘部活动平台、以及连接所述肘部固定平台与所述肘部活动平台的三条相同的位置约束支链，所述肘部固定平台设置在所述大臂部上，所述肘部固定平台的中心与所述肘部活动平台的中心之间的连线为L，三条所述位置约束支链相对于连线L呈中心对称分布；其中，所述位置约束支链的一端通过第一转动关节连接至所述肘部活动平台，所述位置约束支链的另一端通过第二转动关节连接至所述肘部固定平台，所述第一转动关节与所述第二转动关节相对于连线L呈中心对称分布。...

【技术特征摘要】
1.一种绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，包括：躯体和设置在躯体上的肩部关节、肘部关节、仿生手掌，其中，所述肩部关节设置有大臂部，所述肘部关节设置在所述大臂部上，所述肘部关节设置有小臂部，所述仿生手掌设置在所述小臂部上，其特征在于：所述肩部关节包括肩部固定平台、肩部活动平台、以及连接所述肩部固定平台与所述肩部活动平台的四条绳索驱动支链和一条支撑支链，四条所述绳索驱动支链并联设置；所述支撑支链包括铰接支撑座、支撑纵杆、支撑横杆，所述铰接支撑座设置在所述肩部固定平台上，所述支撑纵杆设置在所述铰接支撑座上并围绕第一方向转动，所述支撑横杆的一端通过轴承设置在所述肩部活动平台上并围绕第二方向进行转动，所述支撑横杆的另一端铰接至所述支撑纵杆而围绕第三方向进行转动，其中，第一方向、第二方向、第三方向之间均相互垂直；四条所述绳索驱动支链环绕于所述支撑支链的外围，四条所述绳索驱动支链两两一组，两组所述绳索驱动支链相对于所述支撑支链呈中心对称分布，且每组所述绳索驱动支链中的两条所述绳索驱动支链之间始终具有夹角，以使所述肩部活动平台围绕第一方向、第一方向、第三方向同步或异步进行转动；所述肘部关节包括肘部固定平台、肘部活动平台、以及连接所述肘部固定平台与所述肘部活动平台的三条相同的位置约束支链，所述肘部固定平台设置在所述大臂部上，所述肘部固定平台的中心与所述肘部活动平台的中心之间的连线为L，三条所述位置约束支链相对于连线L呈中心对称分布；其中，所述位置约束支链的一端通过第一转动关节连接至所述肘部活动平台，所述位置约束支链的另一端通过第二转动关节连接至所述肘部固定平台，所述第一转动关节与所述第二转动关节相对于连线L呈中心对称分布。2.如权利要求1所述的绳索驱动的串并联混合机构大负载机械臂，其特征在于，所述位置约束支链包括设置在所述肘部活动平台的前铰接座、与所述前铰接座连接的前十字轴、折弯约束杆、设置在所述肘部固定平台的后铰接座和与所述后铰接座连接的后十字轴，所述前铰接座与所述前十字轴形成所述第一转动关节，所述折弯约束杆的前端通过所述前铰接座连接至所述肘部活动平台，所述后铰接座与所述后十字轴形成所述第二转动关节，所述折弯约束杆的后端通过所述后铰接座连接至所述肘部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，刘飞，徐文福，宁英豪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44