[發明專利]輕型機械臂

無效

• 申請號: 200910051185.8
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101549497A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 袁建軍;魏周蕊;張偉軍;呂萬明;張葦
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J18/04
• 分類號: B25J18/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械技術領域的裝置，具體是一種輕型機械臂。

背景技術

機械臂關節普遍采用電機、齒輪減速器、關節軸三者直接串聯的傳動機構，這種傳動機構要求電機與齒輪減速器安裝在機械臂關節附近，機構簡單但是結構不緊湊，外觀不整潔。尤其突出的缺點是，在多關節機械臂中，下一級關節的電機與齒輪減速器等傳動裝置成為上一級關節的負載，提高了對機械臂動力和傳動元件的要求，由此造成整體重量和內部消耗的增加，降低了機械臂對外做功能力和效率。

經對現有技術的文獻檢索發現，楊汝清等人的中國發明專利ZL02112485.X《多功能雙臂教育機器人》提出了一種多關節機器臂結構。其中雙臂機器人的左臂和右臂的大臂均用螺釘固定在機器人的肩部。大臂電機減速器組、小臂電機減速器組均安裝在肩上，小臂電機減速器組的輸出軸通過鍵與平行四邊形的擺桿連接，帶動小臂運動。該機構的不足之處在于：大臂和小臂均采用電機減速器串聯傳動的形式，機械臂的精度受減速器的精度制約；由于減速器的存在，導致機械臂總質量增加，在使用高端減速器以保證機械臂的精度的情況下，導致整體成本偏高；另一方面，帶動小臂從動軸運動的平行四邊形擺桿位于大臂的外側，加工成本高，結構不整潔。

發明內容

本發明的目的在與針對現有技術的不足，提供一種輕型機械臂，具有結構簡單重量輕，不使用高端減速器而是直接通過鋼絲繩傳動獲得減速，傳動鏈短精度高剛度大，鋼絲繩張緊裝置簡單等特征，且成本低、動態性能好。

本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括：肩部、小臂驅動軸、大臂驅動軸、小臂空心軸、大臂空心軸、中心軸、大臂、小臂、平行四邊形連桿機構、小臂從動軸，大臂驅動軸和小臂驅動軸設置在肩部的U形槽中，兩軸的軸線平行，中心軸設置在肩部和大臂根部的U形槽中，大臂空心軸套在中心軸的上部，小臂空心軸套在中心軸的下部，大臂空心軸與大臂固連，小臂從動軸設置在大臂末端的U形槽中，同時位于小臂的中空部分，小臂空心軸和小臂從動軸借助平行四邊形連桿機構連接，大臂鋼絲繩穿過大臂空心軸一側的通孔，逆時針繞大臂空心軸半圈，順時針繞大臂驅動軸六圈，再逆時針繞大臂空心軸半圈，穿過大臂空心軸另一側的螺紋孔，穿過鋼絲繩張緊螺栓的中心通孔固定，小臂鋼絲繩穿過小臂空心軸一側的通孔，逆時針繞小臂空心軸半圈，再順時針繞小臂驅動軸六圈，逆時針繞小臂空心軸半圈，穿過小臂空心軸另一側的螺紋孔，再穿過鋼絲繩張緊螺栓的中心通孔固定。

所述的大臂驅動軸和大臂空心軸，小臂驅動軸和小臂空心軸螺旋旋向相反，導程相同，軸徑比均為1∶6，能實現6∶1的減速比傳動。

所述的大臂驅動軸和小臂驅動軸到中心軸軸線的距離相等，大小臂驅動軸和大小臂空心軸之間的距離為90.5-92.5mm。

所述的平行四邊形連桿機構由第一連桿銷，小臂支架，連桿，第二連桿銷組成，小臂支架固定在小臂上，第一連桿銷固定在小臂支架上，第二連桿銷固定在小臂空心軸上，連桿連接在第一連桿銷和第二連桿銷之間。第一連桿銷的軸線、第二連桿銷的軸線、小臂從動軸的軸線、小臂空心軸的軸線均平行，第一連桿銷的軸線到小臂從動軸的軸線的距離和第二連桿銷的軸線到小臂空心軸的軸線距離相等。第一連桿銷的軸線到第二連桿銷的軸線的距離和小臂從動軸的軸線到小臂空心軸的軸線的距離相等。連接小臂空心軸和小臂的平行四邊形連桿機構主體位于大臂的空心內部，從而結構更加簡潔美觀。

大臂驅動軸正反轉動時，通過鋼絲繩的正反牽引帶動大臂空心軸以及大臂正反轉動。小臂驅動軸正反轉動時，通過鋼絲繩的正反牽引帶動小臂空心軸正反轉動，并通過小臂空心軸和小臂之間的平行四邊形連桿機構帶動小臂正反轉動。在需要調整鋼絲繩張緊力以增加傳動剛度時，只需旋轉鋼絲繩張緊螺栓，使其朝螺紋孔的外側方向運動。

鋼絲繩的張緊是通過在大小臂空心軸鋼絲繩穿出一側的通孔末端加工螺紋孔，在與螺紋孔配合的張緊螺栓中鉆通孔，鋼絲繩從螺栓通孔中穿出后固定，旋出螺栓即實現鋼絲繩的張緊。

與現有技術相比，本發明具有以下的有益效果：不使用傳統減速器，而采用鋼絲繩減速傳動的形式，具有零間隙的特征，保證了準確的減速比，提高了大小臂的運動精度，同時使機械臂的總體結構更加簡單，質量減輕，成本降低；內置平行四邊形連桿機構使空間結構更加簡潔。

附圖說明

圖1為本發明輕型機械臂的結構示意圖。

圖2為本發明輕型機械臂的俯視圖。

圖3為平行四邊形連桿機構原理示意圖。

圖4為鋼絲繩纏繞方式及鋼絲繩張緊螺栓工作原理圖。