一种绳驱机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种绳驱机械臂，包括机械臂运动机构

【技术实现步骤摘要】
一种绳驱机械臂


[0001]本专利技术涉及机械臂的
，特别是涉及一种绳驱机械臂
。

技术介绍

[0002]随着对机械臂技术研究的不断深入，机械臂的性能和应用场景不断被拓展，机械臂的种类也更加细化
。
为了满足不同场景中对机械臂性能提出的不同需求，机械臂在结构和驱动方式等方面经历了很多创新
。
其中，在驱动方式上将传统串联型工业机械臂的电机直驱关节更改为采用绳索这种柔性介质对关节进行驱动的绳驱刚性臂是机械臂往更安全
、
人机交互性更高的方向改进的关键之一
。
[0003]绳驱刚性臂采用绳索进行远程驱动，相比传统工业机械臂可以将驱动电机
、
减速器等电气元件集中于机械臂基座处或肩关节处，相对于传统关节刚性臂来说，其动臂部分具有重量轻，刚度低等优点
。
除此之外，采用绳索远程驱动关节转动的机械臂柔顺性好，结构简单，使其非常适合用于对机器人灵活性需求较高或者对安全性较高的人机交互环境中工作
。
[0004]然而，由于绳索缠绕带来的耦合问题，当前绳驱刚性臂并未完全实现全自由度机电分离，肩部仍然采用传统模块化关节方案，电机
、
减速器
、
驱动器等电气元件大多布置在机械臂肩关节端
。
[0005]绳驱机械臂中的耦合问题即前端关节在运动过程中，驱动后端关节的绳索由于缠绕在该关节上，故会相应产生长度上的变化，从而影响对后端关节的控制，即前端关节和后端关节产生了运动耦合问题
。
[0006]针对绳驱关节的耦合问题，解耦技术即是消除前端关节运动时各后端关节驱动绳索产生的长度变化
。
[0007]现有技术1：
LIMS2
绳驱刚性臂
。
[0008]韩国
LIMS
实验室的
Kim
教授团队设计出的一款可以实现高速响应的七自由度绳驱刚性臂，该机械臂由腕关节，肘关节和肩关节组成
。
该技术在肘关节上设计了被动解耦模块，解决了驱动绳索经过肘关节的运动耦合问题，并将腕关节和肘关节的驱动电机集成到肩关节中，大大减轻了臂杆的质量和惯量
。
[0009]现有技术1的缺点如下：
[0010]1)
没有实现完全机电分离，电气元件集中至肩关节处，提高了肩关节的质量和惯量
。
[0011]2)
绳索驱动箱部分结构复杂，安装困难，同时绳索不便预紧
。
[0012]现有技术2：内置随动模块解耦机构
。
[0013]在关节上设计随动模块，使关节运动时能带动缠绕绳索的结构一起运动，从而改变绳索的耦合长度，实现被动解耦
。
[0014]现有技术2的缺点如下：
[0015]1)
该解耦机构结构复杂，不易拓展，当需要解耦的绳索数量多时实现较为困难
。
[0016]2)
该解耦机构的解耦能力受限于绳索的预紧效果，当绳索预紧力下降时解耦能力大幅下降
。
[0017]3)
该解耦机构中绳索缠绕方式复杂，摩擦影响因素大，不利于提高控制精度
。

技术实现思路

[0018]本专利技术的目的在于解决绳驱机械臂中驱动结构和运动结构未完全分离的技术问题，提出一种绳驱机械臂
。
[0019]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0020]一种绳驱机械臂，包括机械臂运动机构
、
解耦机构
、
驱动机构和基座，所述机械臂运动机构和所述驱动机构分别设置在所述基座的两侧，所述解耦机构设置于所述机械臂运动机构和所述基座之间，并分别与所述机械臂运动机构和所述基座连接；
[0021]所述机械臂运动机构包括驱动绳索，所述解耦机构将所述驱动绳索从所述机械臂运动机构过渡至所述基座后，所述驱动绳索连接在所述驱动机构上，所述驱动机构控制所述驱动绳索的收放长度，所述驱动绳索的张力通过所述解耦机构作用至所述机械臂运动机构，以驱动所述机械臂运动机构运动
。
[0022]在一些实施例中，所述机械臂运动机构包括末端平台
、
腕部关节
、
连接板
、
肘部关节和肩部关节；所述末端平台安装于所述腕部关节的末端，所述腕部关节通过所述连接板固定于所述肘部关节上，所述肘部关节通过所述连接板固定于所述肩部关节上，所述肩部关节通过轴孔配合可旋转地安装在所述基座上
。
[0023]在一些实施例中，所述驱动绳索布置于所述腕部关节
、
所述肘部关节和所述肩部关节转动的轴线上，其中所述腕部关节
、
所述肘部关节和所述肩部关节的每个自由度均由一对所述驱动绳索控制
。
[0024]在一些实施例中，所述解耦机构包括塔轮组
、
塔轮连接支架
、
中间连杆和滑轮解耦组，所述塔轮组通过轴承连接在所述塔轮连接支架上，所述塔轮连接支架连接所述塔轮组和所述肩部关节，所述中间连杆固定于所述肩部关节上，以使所述驱动绳索从所述塔轮组过渡至所述滑轮解耦组上
。
[0025]在一些实施例中，所述滑轮解耦组包括活动支架
、
固定支架和滑轮，其中所述活动支架固定于所述肩部关节上，所述固定支架固定于所述基座上，所述滑轮通过轴孔配合安装在所述活动支架和所述固定支架中
。
[0026]在一些实施例中，所述滑轮上设置有
U
型凹槽，所述驱动绳索通过所述
U
型凹槽缠绕在所述滑轮上
。
[0027]在一些实施例中，所述驱动机构包括电机和电机安装座，所述电机通过螺纹连接在所述电机安装座上，所述电机安装座固定于所述基座上
。
[0028]在一些实施例中，所述驱动机构还包括丝杆运动结构
、
锁线器和滑轮导向机构，所述丝杆运动结构安装在所述电机安装座上，所述锁线器布置在所述丝杆运动结构上，所述滑轮导向机构将所述驱动绳索牵引至所述锁线器内并固定；所述电机提供动力使所述丝杆运动结构产生直线运动，并带动所述锁线器运动，从而控制所述驱动绳索的收放长度
。
[0029]在一些实施例中，所述驱动绳索的材料为钢丝绳
。
[0030]在一些实施例中，所述机械臂运动机构
、
解耦机构和驱动机构的材料为铝合金
。
[0031]本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：
[0032]本专利技术提出的绳驱机械臂通过将机械臂运动机构和驱动机构分别设置在基座的两侧，解耦机构设置于机械臂运动机构和基座之间，并分别与机械臂运动机构和基座连接，能够实现绳驱机械臂的完全机电分离，从而全部集成于基座端，大幅减小运动部件的质量和惯量
。
[0033]此外，在一些实施例中，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种绳驱机械臂，其特征在于，包括机械臂运动机构
(1)、
解耦机构
(2)、
驱动机构
(3)
和基座
(4)
，所述机械臂运动机构
(1)
和所述驱动机构
(3)
分别设置在所述基座
(4)
的两侧，所述解耦机构
(2)
设置于所述机械臂运动机构
(1)
和所述基座
(4)
之间，并分别与所述机械臂运动机构
(1)
和所述基座
(4)
连接；所述机械臂运动机构
(1)
包括驱动绳索
(16)
，所述解耦机构
(2)
将所述驱动绳索
(16)
从所述机械臂运动机构
(1)
过渡至所述基座
(4)
后，所述驱动绳索
(16)
连接在所述驱动机构
(3)
上，所述驱动机构
(3)
控制所述驱动绳索
(16)
的收放长度，所述驱动绳索
(16)
的张力通过所述解耦机构
(2)
作用至所述机械臂运动机构
(1)
，以驱动所述机械臂运动机构
(1)
运动
。2.
如权利要求1所述的绳驱机械臂，其特征在于，所述机械臂运动机构
(1)
包括末端平台
(11)、
腕部关节
(12)、
连接板
(13)、
肘部关节
(14)
和肩部关节
(15)
；所述末端平台
(11)
安装于所述腕部关节
(12)
的末端，所述腕部关节
(12)
通过所述连接板
(13)
固定于所述肘部关节
(14)
上，所述肘部关节
(14)
通过所述连接板
(13)
固定于所述肩部关节
(15)
上，所述肩部关节
(15)
通过轴孔配合可旋转地安装在所述基座
(4)
上
。3.
如权利要求2所述的绳驱机械臂，其特征在于，所述驱动绳索
(16)
布置于所述腕部关节
(12)、
所述肘部关节
(14)
和所述肩部关节
(15)
转动的轴线上，其中所述腕部关节
(12)、
所述肘部关节
(14)
和所述肩部关节
(15)
的每个自由度均由一对所述驱动绳索
(16)
控制
。4.
如权利要求2所述的绳驱机械臂，其特征在于，所述解耦机构
(2)
包括塔轮组
(21)、
塔轮连接支架
(22)、
中间连杆
(23)
和滑轮解耦组
(24)
，所述塔轮组
(21)

【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，王学谦，罗弘，夏崇坤，刘厚德，谭俊波，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：