[發(fā)明專利]機械臂的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810040451.2
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101323110A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁建軍;張偉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種機械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體的說，是一種機械臂的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機構(gòu)。

背景技術(shù)

機械臂的回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)是決定機械臂空間運動能力大小的關(guān)鍵要素。機械臂的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，通常都是使用類似銷釘方式或者轉(zhuǎn)軸方式實現(xiàn)一定角度的往復(fù)回轉(zhuǎn)運動。常見的機械臂回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)，有懸臂軸結(jié)構(gòu)或者對稱軸結(jié)構(gòu)。懸臂軸結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)超過±90°的大角度回轉(zhuǎn)，但是外觀不緊湊，必須增強結(jié)構(gòu)設(shè)計以提高懸臂軸的剛度。對稱軸結(jié)構(gòu)具備更好的剛度和外觀，但由于結(jié)構(gòu)空間限制，不易做到超過±90°的大角度回轉(zhuǎn)。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，加滕惠輔等在國際期刊《AdvancedRobotics》(先進機器人學)(Vol.15，No.2，PP.191)上發(fā)表論文“Developmentof?Quardruped?Walking?Robot，TITAN-IX?Mechanical?Design?Concept?andApplication?for?the?Humanitarian?Deming?Robot”(四足步行機器人TITAN-IX的開發(fā)，機構(gòu)設(shè)計理念及面向人道排雷機器人的應(yīng)用)。該文提出了使用齒輪嚙合方式的關(guān)節(jié)機構(gòu)，在關(guān)節(jié)兩側(cè)分別設(shè)置一對相互外嚙合的齒輪，通過齒輪嚙合對轉(zhuǎn)的方法可以實現(xiàn)接近±180°的大回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角度。其不足之處在于，齒輪必須嚙合在一起才能實現(xiàn)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)，這需要消除齒隙以獲得較高的關(guān)節(jié)角度精度，但是加工成本較高；齒輪本身體積重量較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機械臂的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機構(gòu)，使其解決現(xiàn)有機械臂的回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)在結(jié)構(gòu)剛度和轉(zhuǎn)動角度大小之間存在矛盾的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明所述機械臂的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機構(gòu)，包括：第一臂、第二臂、第一鋼絲輪盤、第二鋼絲輪盤、第三鋼絲輪盤、第四鋼絲輪盤、第一鋼絲繩、第二鋼絲繩、第三鋼絲繩、第四鋼絲繩、第一關(guān)節(jié)軸、第二關(guān)節(jié)軸、關(guān)節(jié)軸連桿。第一鋼絲輪盤、第三鋼絲輪盤和第一關(guān)節(jié)軸分別固定安裝在第一臂的根部，其中第一鋼絲輪盤與第三鋼絲輪盤對稱的安裝在第一臂的根部左右兩側(cè)，第一關(guān)節(jié)軸安裝在第一臂的根部中間，第一鋼絲輪盤、第三鋼絲輪盤和第一關(guān)節(jié)軸保持同軸。第二鋼絲輪盤、第四鋼絲輪盤和第二關(guān)節(jié)軸分別固定安裝在第二臂的根部，其中第二鋼絲輪盤與第四鋼絲輪盤對稱的安裝在第二臂的根部左右兩側(cè)，第二關(guān)節(jié)軸安裝在第二臂的根部中間，第二鋼絲輪盤、第四鋼絲輪盤和第二關(guān)節(jié)軸保持同軸。關(guān)節(jié)軸連桿安裝在第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸上，可分別沿第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的軸線自由轉(zhuǎn)動。關(guān)節(jié)軸連桿的兩個轉(zhuǎn)動軸之間的距離不小于第一關(guān)節(jié)軸與第二關(guān)節(jié)軸之間的最小可安裝距離。第一鋼絲繩至第四鋼絲繩的橫截面半徑相同。

所述的第一鋼絲輪盤至第四鋼絲輪盤，結(jié)構(gòu)完全相同，其外圓周的圓柱形狀的部分不小于270°，有兩條截面為半圓狀的U型凹槽和兩個圓孔的結(jié)構(gòu)，U型凹槽的截面半徑和圓孔的半徑與第一鋼絲繩至第四鋼絲繩的截面半徑相同。第一鋼絲繩和第二鋼絲繩的一端分別穿過第一鋼絲輪盤的圓孔并且固定，沿第一鋼絲輪盤和第二鋼絲輪盤的U型凹槽分別進行纏繞，另一端分別穿過第二鋼絲輪盤的圓孔并且固定，纏繞后呈8字形狀并且保持張緊狀態(tài)。第三鋼絲繩和第四鋼絲繩的一端分別穿過第三鋼絲輪盤的圓孔并且固定，沿第三鋼絲輪盤和第四鋼絲輪盤的U型凹槽分別進行纏繞，另一端分別穿過第四鋼絲輪盤的圓孔并且固定，纏繞后呈8字形狀并保持張緊狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用左右對稱的設(shè)計結(jié)構(gòu)，有效的解決了機械臂的回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)剛度與轉(zhuǎn)動角度大小之間的矛盾，提供一種接近正負180°的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機構(gòu)，同時具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、外觀整潔、不需精密零件加工制造成本低等優(yōu)點，應(yīng)用空間大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明關(guān)節(jié)軸線所在平面的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明A-A剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明第一鋼絲輪盤至第四鋼絲輪盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動過程中小轉(zhuǎn)動角度的示意圖；

圖6為本發(fā)明關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動過程中大轉(zhuǎn)動角度的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。