一种回转式机械臂的钢丝绳传动机构制造技术

本发明专利技术公开了一种回转式机械臂的钢丝绳传动机构，特征是由钢丝绳驱动器带动左旋钢丝绳和右旋钢丝绳分别在由弹性金属丝/片绕管长度方向螺旋绕制而成的左、右护套内腔内沿其轴线运动，采用左、右卡箍限制护套的径向和轴向运动，实现钢丝绳沿护套轴线的导向运动，本级机械臂的钢丝绳护套轴向弯曲以适应其余各前级机械臂间的转角变化，实现钢丝绳非直线状态下的动力传递。各级机械臂的钢丝绳驱动器位于支撑基座上，有效降低了机械臂的自重和内部消耗，提高了多级机械臂串接扩展后的末端携载能力，尤其适用于狭小纵深空间内的多级机械臂避障和末端执行操作的应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械臂
，具体涉及回转式机械臂的钢丝绳传动机构。
技术介绍
机械臂用于狭小纵深运动空间内的远端操控、目标检测等应用场合，通常由单节机械臂通过回转关节串接而成并作为末端操作器的支撑部件，对机械臂的避障能力及末端携带负载能力要求较高，多级串接机械臂的关节驱动方式是决定机械臂空间运动能力以及末端携载能力的关键要素。为减轻多级串接机械臂的自重以提高其纵深空间运动及末端携载能力，到目前为止将钢丝绳用于关节驱动已有较多应用，现有机械臂的钢丝绳驱动机构多位于关节附件或机械臂内部，其突出缺点是在多级串接机械臂中，本级钢丝绳驱动机构成为上一级关节的 负载，造成机械臂总体重量和内部消耗增加，对外做功能力降低，多级机械臂串接扩展能力差。荷兰爱思唯尔(Elsevier)科学出版公司出版的《聚变工程与设计》(FusionEngineering and Design, 83 (2008), pp: 1833 - 1836.)中提到一种每个关节具有两个自由度的多级串接机械臂机构，每个关节的自由度由单根钢丝绳驱动，采用平行四边形连杆机构的重力补偿装置。但该关节结构复杂且体积大，加工成本较高；由于关节钢丝绳驱动电机及传动机构安装在靠近关节的机械臂内部，在多关节机械臂中，下一级关节驱动电机及传动机构成为上一级关节臂的负载，机械臂自重大，机械臂内部消耗增加，末端携载能力差。中国专利公告号CN 100443770C介绍了一种用于机械臂的钢丝绳传动机构，大臂和小臂都为中空筒状；小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承安装在大臂根部，大臂驱动轴固定在大臂根部，与小臂驱动轴保持同轴；小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，与小臂根部固定连接，两端通过轴承安装在大臂顶部，钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳的端部固定在小臂上；钢丝绳张紧装置整体安装在大臂内部、小臂驱动轴和小臂从动轴之间，通过调整螺栓与张紧调整棒之间的拉力与钢丝绳传动过程的有效张力相平衡实现钢丝绳有效张力的调整。该钢丝绳传动机构的小臂驱动轴、从动轴和大臂驱动轴均位于其关节处，导致机械臂整体重量和械臂内部消耗增加，且小臂驱动轴安装在大臂根部，小臂的下一级机械臂和大臂的上一级机械臂无法与该机构串接，不适合多级机械臂串接扩展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种回转式机械臂的钢丝绳传动机构，不仅可在直线状态下传递驱动力，还可以在非直线状态下传递驱动力，适于多级机械臂串接扩展后的关节驱动，降低多级机械臂的自重和机械臂内部消耗，以提高多级机械臂串接扩展后的末端携载能力。本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构，包括一级机械臂和二级机械臂均为中空筒状，在一级机械臂的前端和二级机械臂以及各多级机械臂的两端按平行于机械臂长度方向设有相互平行的上、下两个凸台，二级机械臂后端的上、下凸台的外侧面置于一级机械臂前端的上、下凸台的内侧面之间，分别通过转轴和轴承相互连接并保持相对自由转动；一级关节驱动轮的转轴凸缘与二级机械臂后端的上、下凸台的内侧面固定连接；一级左旋钢丝绳和一级右旋钢丝绳的一端与一级关节驱动轮固定后分别按逆时针方向和顺时针方向缠绕在一级关节驱动轮的两道轮缘凹槽内，钢丝绳的另一端经一级机械臂的内部分别连接至固定在支撑基座上端面的一级钢丝绳驱动器；所述一级机械臂的后端通过法兰固定在支撑基座上；其特征在于所述一级左旋钢丝绳和一级右旋钢丝绳分别经由固定在一级机械臂内壁的一级左、右近关节端卡植和固定在基座上端面的一级左、右近驱动器端卡植之间的一级左、右护套，连接固定至一级钢丝绳驱动器上相应的两道轮缘凹槽内；该一级钢丝绳驱动器包括一级驱动器电机、一级驱动器法兰盘和一级驱动器电机 驱动轮一级驱动器电机通过一级驱动器法兰盘固定在支撑基座的上端面，一级驱动器电机驱动轮固定安装在一级驱动器电机输出轴一端高于支撑基座的上端面之上的位置，一级驱动器电机的输出轴轴线与支撑基座的上端面垂直；一级驱动器电机驱动轮的轮缘内开有与一级关节驱动轮的轮缘凹槽结构相同的两道凹槽，用来缠绕并固定一级左旋钢丝绳和一级右旋钢丝绳；所述一级左、右近关节端卡箍和一级左、右近驱动器端卡箍的结构相同，各卡箍端部一侧开有同轴心关系的卡箍盲孔和卡箍通孔，垂直于其根部凸缘下端面开有凸缘螺纹孔，各卡箍根部凸缘分别通过螺钉固定在一级机械臂的内壁和支撑基座的上端面，并使卡箍通孔和卡箍盲孔处于钢丝绳穿过的位置上，用于钢丝绳穿过的卡箍通孔的孔径大于钢丝绳的直径且小于护套的外径，用于限制固定护套的卡箍盲孔的孔径大小与护套的外径相同；所述的一级左护套和一级右护套为结构、截面尺寸、材质均相同的柔性中空细长金属管，由弹性金属丝/片在绕管的长度方向上螺旋绕制而成，护套的内腔直径为钢丝绳绳径的I. Γ1. 5倍，护套的外径为钢丝绳绳径的2 2. 5倍；所述一级左旋钢丝绳和一级右旋钢丝绳分别穿过一级左护套和一级右护套的内腔，一级左护套和一级右护套的两端分别嵌入相应侧的一级左、右近关节端卡箍和一级左、右近驱动器端卡箍的卡箍盲孔内以限制护套沿径向运动，两端的端面止于卡箍盲孔与卡箍通孔的阶梯面，以限制护套沿轴向运动；当将本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构用于三级机械臂时，可采用与上述二级机械臂结构完全相同的三级机械臂，采取与上述二级机械臂和一级机械臂之间完全相同的连结方式，将三级机械臂与二级机械臂相互连结；二级钢丝绳驱动器可排列固定在支撑基座上端面、位于一级钢丝绳驱动器与一级机械臂的相向的另一侧且靠近一级钢丝绳驱动器处；将本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构用于更多级机械臂时的连结方式可以此类推。还可以将钢丝绳表面均匀涂上一层高分子材料，以增加钢丝绳的耐腐蚀性，提高其在护套管内的润滑性和使用寿命，降低钢丝绳与护套内腔间的摩擦系数，提高钢丝绳的传递效率。由于本专利技术采取了由钢丝绳驱动器带动左旋钢丝绳和右旋钢丝绳分别在由弹性金属丝/片绕管长度方向螺旋绕制而成的左、右护套内腔内沿其轴线运动，采用左、右卡箍限制护套的径向和轴向运动，实现钢丝绳沿护套轴线的导向运动，本级机械臂的钢丝绳护套轴向弯曲以适应其余各级机械臂间的转角变化，实现钢丝绳非直线状态下的动力传递。由于本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构中采取了将钢丝绳驱动器置于支撑基座上，仅通过钢丝绳和护套与机械臂连接，有效降低了机械臂的自重和机械臂内部消耗，提闻了多级机械臂串接扩展后的末端携载能力；由于本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构中采用卡箍限制护套的径向和轴向运动，实现钢丝绳沿护套内腔的导向运动，这种传动机构不仅局限于钢丝绳在直线状态下传递驱动力，还可以实现钢丝绳非直线状态下传递驱动力； 本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构中，各级机械臂均采用相同的护套导向的钢丝绳驱动方式，本级机械臂的钢丝绳护套轴向弯曲可以适应前级机械臂间的关节转角变化，尤其适用于狭小纵深空间内的多级机械臂避障和末端执行操作的应用场合。附图说明图I是本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构用于二级机械臂时的实施方式的钢丝绳传动机构纵向剖视示意图。图2是本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构中的近关节端卡箍侧向的结构剖视不意图。图3是将本专利技术回转式机械臂的钢丝绳传动机构用于三级机械臂时的钢丝绳传动机构纵向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回转式机械臂的钢丝绳传动机构，包括：一级机械臂（4）和二级机械臂（1）均为中空筒状，在一级机械臂（4）前端和二级机械臂（1）的两端平行于机械臂长度方向设有相互平行的上、下两个凸台，二级机械臂（1）后端的上、下凸台的外侧面置于一级机械臂（4）前端的上、下凸台的内侧面之间，分别通过转轴和轴承相互连接并保持相对自由转动；一级关节驱动轮（2）的转轴凸缘与二级机械臂（1）后端的上、下凸台的内侧面固定连接；一级左旋钢丝绳（3a）和一级右旋钢丝绳（3b）的一端与一级关节驱动轮（2）固定后分别按逆时针和顺时针方向缠绕在一级关节驱动轮（2）的两道轮缘凹槽内，钢丝绳的另一端经一级机械臂（4）的内部分别连接至固定在支撑基座（8）的上端面的一级钢丝绳驱动器（10）；所述一级机械臂（4）的后端通过法兰（7）固定在支撑基座（8）上；其特征在于：所述一级左旋钢丝绳（3a）和一级右旋钢丝绳（3b）分别经由固定在一级机械臂（4）内壁的一级左、右近关节端卡箍（5a、5b）和固定在基座（8）上端面的一级左、右近驱动器端卡箍（9a、9b）之间的一级左、右护套（6a、6b）后，连接固定至一级钢丝绳驱动器（10）上相应的两道轮缘凹槽内；该一级钢丝绳驱动器（10）包括一级驱动器电机（12）、一级驱动器法兰盘（13）和一级驱动器电机驱动轮（11）：一级驱动器电机（12）通过一级驱动器法兰盘（13）固定在支撑基座（8）的上端面上，一级驱动器电机驱动轮（11）固定安装在一级驱动器电机（12）输出轴一端高于支撑基座（8）的上端面之上的位置，一级驱动器电机（12）输出轴的轴线与支撑基座（8）的上端面垂直；一级驱动器电机驱动轮（11）的轮缘内开有与一级关节驱动轮（2）的轮缘凹槽结构相同的两道凹槽，用来缠绕并固定一级左旋钢丝绳（3a）和一级右旋钢丝绳（3b）；所述一级左、右近关节端卡箍（5a、5b）和一级左、右近驱动器端卡箍（9a、9b）的结构相同，各卡箍端部一侧开有同轴心关系的卡箍盲孔（51）和卡箍通孔（52），垂直于其根部凸缘（53）下端面开有凸缘螺纹孔（54），各卡箍根部凸缘（53）通过螺钉分别固定在一级机械臂（4）的内壁和支撑基座（8）的上端面，并使卡箍通孔（52）和卡箍盲孔（51）处于钢丝绳穿过的位置上；用于钢丝绳穿过的卡箍通孔（52）的孔径大于钢丝绳的直径且小于护套的外径，用于限制固定护套的卡箍盲孔（51）的孔径大小与护套的外径相同；所述一级左护套（6a）和一级右护套（6b）为结构、截面尺寸、材质均相同的柔 性中空细长金属管，由弹性金属丝/片在绕管的长度方向上螺旋绕制而成，护套的内腔直径为钢丝绳绳径的1.1~1.5倍，护套的外径为钢丝绳绳径的2~2.5倍；所述一级左旋钢丝绳（3a）和一级右旋钢丝绳（3b）分别穿过一级左护套（6a）和一级右护套（6b）的内腔，一级左护套（6a）和一级右护套（6b）的两端分别嵌入相应侧的一级左、右近关节端卡箍（5a、5b）的卡箍盲孔（51）内和一级左、右近驱动器端卡箍（9a、9b）的卡箍盲孔（51）内以限制护套径向运动；护套两端的端面止于卡箍盲孔（51）与卡箍通孔（52）之间的阶梯面，以限制护套轴向运动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝元，闫清泉，张强，汪增福，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：