本发明专利技术涉及一种助残/助老用绳驱动机械臂，机械臂结构包括回旋关节、上下转动关节、水平转动关节、第一关节连接板、滑块、导轨、底座驱动箱、驱动电机和绳驱动系统。每个转动关节的驱动电机都安转在底座驱动箱内，利用绳驱动系统将驱动电机的动力传到各个转动关节，实现对转动关节的驱动。本发明专利技术解决了绳驱动过程中只能拉伸不能压缩的问题，利用绳驱动系统将动力传递到各个关节，简化了关节处的机械结构，大大减轻了机械臂的自重，提高了机械臂的负载自重比和动态性能。该机械臂结构简单，安全性能高，行程范围大，特别适于安装在轮椅，护理床等助残助老设备上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种助残/助老用绳驱动机械臂的结构。
技术介绍
机械臂在日常生产生活中已得到广泛应用。传统机械臂将驱动机构直接安装在关节处，为了克服驱动机构较大的重量，必须增加驱动电机的功率和机械结构的强度。这样大大增加了机械臂的重量和转动惯量，降低了负载能力和运动性能。为了降低机械臂的重量，满足某些场合下高负载自重比和快速响应的要求，有人提出了单马达驱动和绳驱动技术。单马达驱动技术通过改变机械臂的运动传递机构来减少动力源的数量，使整个机械臂只有一个动力源。但单马达驱动技术只是将电机从机械臂中移出，调速机构等装置仍安装在机械臂中，没有大幅减轻机械臂的重量，同时机械结构也比较复杂。绳驱动技术在近几年逐渐受到重视，它主要通过将电机和调速装置全部安装在底座驱动箱上，通过绳来驱动关节的运动，从而大幅地降低了机械臂的重量。绳驱动技术可以分为绳驱动并联机构和绳驱动串联机构。由于绳只能承受单向拉力的性质，使并联机构只能通过增加电机和绳的数量来实现机械臂的力闭合，增加了能耗和结构复杂程度；同时并联机构有其先天的缺点，即工作空间较小，不能满足某些场合大工作空间的要求。现有的绳驱动串联机构无法解决关节运动耦合和驱动范围较小的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种助残/助老用绳驱动机械臂，本专利技术的目的通过如下技术方案实现 一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于包括回旋关节、上下转动关节、水平转动关节、第一关节连接板、滑块、导轨、底座驱动箱、驱动电机和绳驱动系统，回旋关节完成绕轴向的转动，上下转动关节完成在垂直面内的绕轴转动，水平转动关节完成水平面内的绕轴转动；回旋关节、上下转动关节和水平转动关节串联连接，水平转动关节与滑块间通过关节连接板连接，滑块安装在导轨上且能沿着导轨上下滑动，导轨固定在底座驱动箱上；每个关节均各自由一个驱动电机驱动，完成正反转运动，各关节的驱动电机安装在底座驱动箱内，每个驱动电机各自利用一个绳驱动系统将动力传到各个关节，各个绳驱动系统的拉线在机械臂内的走线为弯折形。进一步优化的，所述水平转动关节个数为三个以上，三个以上的水平转动关节通过关节连接板串联安装，靠近滑块的水平转动关节也通过关节连接板与滑块连接。进一步优化的，所述绳驱动系统包括主动同步带、主动带轮、第一带夹、底座套筒固定装置和两根拉线；所述两根拉线由两根第一拉线套筒和两根第一拉线钢丝绳组成；主动带轮与驱动电机通过平键连接，主动同步带套在主动带轮上，两根第一拉线钢丝绳的一 端各自通过一个第一带夹与主动同步带的两端连接，第一拉线套筒通过底座套筒固定装置固定在底座驱动箱上，两根第一拉线钢丝绳的另一端与相应关节连接，通过调节底座套筒固定装置的安装位置来预紧第一拉线钢丝绳及主动同步带；当驱动电机转动时，主动同步带带动一根第一拉线钢丝绳在第一拉线套筒内移动，第一拉线钢丝绳带动关节转动，同时关节拉动另一根第一拉线钢丝绳在拉线套筒内移动，完成将驱动电机的动力传到转动关节。进一步优化的，所述拉线的走线方式为将所有拉线分为两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂，八个弹性圈均匀分布在该节机械臂的两侧，即一侧有四个弹性圈，各弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，其中一组穿过一侧的第一弹性圈后，绕到另一侧的第二弹性圈，再依次绕过第三弹性圈、第四弹性圈、第九弹性圈，将每根拉线绕到对应的关节处，另一组拉线穿过第五弹性圈后，再依次穿过第六弹性圈、第七弹性圈和第八弹性圈，将每根拉线绕到对应的关节处；此种将拉线走线的形状呈弯折形绕线方法，使拉线可在各节机械臂内蓄积一定多余长度的拉线；弹性圈的作用主要是整理拉线，弹性圈具有弹性可以拉伸和缩短，当关节运动时，弯折形的拉线可逐渐被拉直，来满足关节转动时的需要。 进一步优化的，所述底座套筒固定装置包括底座套筒固定上板和底座套筒固定下板，底座套筒固定下板放在底座驱动箱上，底座套筒固定上板放在底座套筒固定下板上，使用螺栓穿过螺栓孔将底座套筒固定上板和底座套筒固定下板固定在底座驱动箱上。进一步优化的，所述水平转动关节包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、第四固定板、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、水平转动关节轴、圆柱销、被动带轮、被动同步带；第一固定板、第二固定板安装在两块关节连接板上，第三固定板、第四固定板安装在另外两块关节连接板上；第一角接触球轴承和第二角接触球轴承以面对面安装方式分别安装在第一固定板和第二固定板中，对水平转动关节轴作轴向和径向的固定，第三固定板通过圆柱销与水平转动关节轴连接；被动带轮安装在两轴承之间，被动同步带套在被动带轮上，其两端分别通过第二带夹与驱动本关节的拉线钢丝绳连接；当该拉线钢丝绳拉动时，通过被动同步带带动被动带轮和水平转动关节轴转动，从而带动第三固定板、第四固定板转动。进一步优化的，所述上下转动关节包括两个深沟球轴承、两块第二关节连接板、两块上下转动关节臂、上下转动关节轴；两个深沟球轴承分别安装在两块第二关节连接板中，上下转动关节轴的两端安装在两个深沟球轴承中，上下转动关节臂通过平键与上下转动关节轴联接；第二拉线套筒通过第二套筒固定装置固定，从第二套筒固定装置伸出的第二拉线钢丝绳绕在第一绕线槽上，其端部用压紧第一螺钉固定，另一根拉线钢丝绳绕在上下转动关节轴的另一个第一绕线槽上，与上一根绕法相同，绕向相反。进一步优化的，所述回旋关节包括两个深沟球轴承、第五固定板、第六固定板、回旋关节轴；两个深沟球轴承分别安装在第五固定板和第六固定板中，两块固定板安装在上下转动关节臂上，回旋关节轴安装在两个深沟球轴承中；第三拉线套筒通过第三套筒固定装置固定，从第三套筒固定装置中伸出的第三拉线钢丝绳绕过绕线轮后，绕在第二绕线槽上，其端部用压紧螺钉固定，另一根拉线钢丝绳与上一根绕法相同，绕向相反。进一步优化的，所述驱动水平转动关节的主动同步带长度应至少为位于该关节上被动带轮节圆的周长与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为关节上被动带轮节圆的周长，便能保证水平转动关节的360°范围内转动；驱动上下转动关节的主动同步带长度应至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度，便能保证上下转动关节能至少做180°转动；驱动回旋关节的主动同步带长度应至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度，便能保证回旋关节至少能做180°转动。上述的助残/助老用绳驱动机械臂中，驱动电机的动力通过主动带轮、主动同步带和两根拉线传递到各个转动关节。水平转动关节通过被动带轮和被动同步带完成拉线钢丝绳的移动向关节转动的转化；上下转动关节和回旋关节通过将两根拉线钢丝绳以不同的绕向绕在轴的绕线槽上，完成拉线钢丝绳的移动向关节转动的转化。拉线分成两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂。弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，在关节连本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于包括回旋关节(I)、上下转动关节(2)、水平转动关节(3)、第一关节连接板(4)、滑块(5)、导轨(6)、底座驱动箱(7)、驱动电机(8)和绳驱动系统，回旋关节(I)完成绕轴向的转动，上下转动关节(2)完成在垂直面内的绕轴转动，水平转动关节(3 )完成水平面内的绕轴转动；回旋关节(I)、上下转动关节(2 )和水平转动关节(3)串联连接，水平转动关节(3)与滑块(5)间通过关节连接板连接，滑块(5)安装在导轨(6)上且能沿着导轨(6)上下滑动，导轨￠)固定在底座驱动箱(7)上；每个关节均各自由一个驱动电机驱动，完成正反转运动，各关节的驱动电机安装在底座驱动箱内，每个驱动电机各自利用一个绳驱动系统将动力传到各个关节，各个绳驱动系统的拉线在机械臂内的走线为弯折形。2.根据权利要求I所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于水平转动关节个数为三个以上，三个以上的水平转动关节通过关节连接板串联安装，靠近滑块(5)的水平转动关节也通过关节连接板与滑块(5)连接。3.根据权利要求I所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述绳驱动系统包括主动同步带(10)、主动带轮(9)、第一带夹(11)、底座套筒固定装置(13)和两根拉线；所述两根拉线由两根第一拉线套筒(14)和两根第一拉线钢丝绳(12)组成；主动带轮(9)与驱动电机(8)通过平键连接，主动同步带(10)套在主动带轮(9)上，两根第一拉线钢丝绳(12)的一端各自通过一个第一带夹(11)与主动同步带(10)的两端连接，第一拉线套筒(14)通过底座套筒固定装置(13)固定在底座驱动箱(7)上，两根第一拉线钢丝绳(12)的另一端与相应关节连接，通过调节底座套筒固定装置(13)的安装位置来预紧第一拉线钢丝绳(12)及主动同步带(10);当驱动电机转动时,主动同步带(10)带动一根第一拉线钢丝绳(12)在第一拉线套筒(14)内移动，第一拉线钢丝绳(12)带动关节转动，同时关节拉动另一根第一拉线钢丝绳(12)在拉线套筒内移动，完成将驱动电机的动力传到转动关节。4.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述拉线的走线方式为将所有拉线分为两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂，八个弹性圈均匀分布在该节机械臂的两侧，即一侧有四个弹性圈，各弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，其中一组穿过一侧的第一弹性圈(51)后，绕到另一侧的第二弹性圈(52)，再依次绕过第三弹性圈(53)、第四弹性圈(54)、第九弹性圈(55)，将每根拉线绕到对应的关节处，另一组拉线穿过第五弹性圈(61)后，再依次穿过第六弹性圈(62)、第七弹性圈(63)和第八弹性圈(64)，将每根拉线绕到对应的关节处。5.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述底座套筒固定装置13包括底座套筒固定上板(18)和底座套筒固定下板(19)，底座套筒固定下板(19)放在底座驱动箱(7)上，底座套筒固定上板(18)放在底座套筒固定下板(19)上，使用螺栓穿过螺栓孔(20)将底座套筒固定上板(18)和底座套筒固定下板(19)固定在底座驱动箱(7)上。6.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述水平转动关节(3)包括第一固定板(22)、第二固定板(23)、第三固定板(24)、第四固定板(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勤，王帅，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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