[發(fā)明專利]一種回轉(zhuǎn)式機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210407310.6
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102941579A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳寶元;閆清泉;張強;汪增福
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;F16H7/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械臂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及回轉(zhuǎn)式機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)。

背景技術(shù)

機械臂用于狹小縱深運動空間內(nèi)的遠(yuǎn)端操控、目標(biāo)檢測等應(yīng)用場合，通常由單節(jié)機械臂通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串接而成并作為末端操作器的支撐部件，對機械臂的避障能力及末端攜帶負(fù)載能力要求較高，多級串接機械臂的關(guān)節(jié)驅(qū)動方式是決定機械臂空間運動能力以及末端攜載能力的關(guān)鍵要素。

為減輕多級串接機械臂的自重以提高其縱深空間運動及末端攜載能力，到目前為止將鋼絲繩用于關(guān)節(jié)驅(qū)動已有較多應(yīng)用，現(xiàn)有機械臂的鋼絲繩驅(qū)動機構(gòu)多位于關(guān)節(jié)附件或機械臂內(nèi)部，其突出缺點是在多級串接機械臂中，本級鋼絲繩驅(qū)動機構(gòu)成為上一級關(guān)節(jié)的負(fù)載，造成機械臂總體重量和內(nèi)部消耗增加，對外做功能力降低，多級機械臂串接擴(kuò)展能力差。

荷蘭愛思唯爾（Elsevier）科學(xué)出版公司出版的《聚變工程與設(shè)計》（Fusion?Engineering?and?Design，83(2008)，pp:1833–1836.）中提到一種每個關(guān)節(jié)具有兩個自由度的多級串接機械臂機構(gòu)，每個關(guān)節(jié)的自由度由單根鋼絲繩驅(qū)動，采用平行四邊形連桿機構(gòu)的重力補償裝置。但該關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積大，加工成本較高；由于關(guān)節(jié)鋼絲繩驅(qū)動電機及傳動機構(gòu)安裝在靠近關(guān)節(jié)的機械臂內(nèi)部，在多關(guān)節(jié)機械臂中，下一級關(guān)節(jié)驅(qū)動電機及傳動機構(gòu)成為上一級關(guān)節(jié)臂的負(fù)載，機械臂自重大，機械臂內(nèi)部消耗增加，末端攜載能力差。

中國專利公告號CN?100443770C介紹了一種用于機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)，大臂和小臂都為中空筒狀；小臂驅(qū)動軸設(shè)有V形槽結(jié)構(gòu)用來纏繞鋼絲繩，小臂驅(qū)動軸兩端通過軸承安裝在大臂根部，大臂驅(qū)動軸固定在大臂根部，與小臂驅(qū)動軸保持同軸；小臂從動軸也設(shè)有V形槽結(jié)構(gòu)用來纏繞鋼絲繩，與小臂根部固定連接，兩端通過軸承安裝在大臂頂部，鋼絲繩纏繞在小臂驅(qū)動軸和小臂從動軸的V形槽之間并且保持張緊狀態(tài)，鋼絲繩的端部固定在小臂上；鋼絲繩張緊裝置整體安裝在大臂內(nèi)部、小臂驅(qū)動軸和小臂從動軸之間，通過調(diào)整螺栓與張緊調(diào)整棒之間的拉力與鋼絲繩傳動過程的有效張力相平衡實現(xiàn)鋼絲繩有效張力的調(diào)整。該鋼絲繩傳動機構(gòu)的小臂驅(qū)動軸、從動軸和大臂驅(qū)動軸均位于其關(guān)節(jié)處，導(dǎo)致機械臂整體重量和械臂內(nèi)部消耗增加，且小臂驅(qū)動軸安裝在大臂根部，小臂的下一級機械臂和大臂的上一級機械臂無法與該機構(gòu)串接，不適合多級機械臂串接擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種回轉(zhuǎn)式機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)，不僅可在直線狀態(tài)下傳遞驅(qū)動力，還可以在非直線狀態(tài)下傳遞驅(qū)動力，適于多級機械臂串接擴(kuò)展后的關(guān)節(jié)驅(qū)動，降低多級機械臂的自重和機械臂內(nèi)部消耗，以提高多級機械臂串接擴(kuò)展后的末端攜載能力。

本發(fā)明回轉(zhuǎn)式機械臂的鋼絲繩傳動機構(gòu)，包括：一級機械臂和二級機械臂均為中空筒狀，在一級機械臂的前端和二級機械臂以及各多級機械臂的兩端按平行于機械臂長度方向設(shè)有相互平行的上、下兩個凸臺，二級機械臂后端的上、下凸臺的外側(cè)面置于一級機械臂前端的上、下凸臺的內(nèi)側(cè)面之間，分別通過轉(zhuǎn)軸和軸承相互連接并保持相對自由轉(zhuǎn)動；一級關(guān)節(jié)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)軸凸緣與二級機械臂后端的上、下凸臺的內(nèi)側(cè)面固定連接；一級左旋鋼絲繩和一級右旋鋼絲繩的一端與一級關(guān)節(jié)驅(qū)動輪固定后分別按逆時針方向和順時針方向纏繞在一級關(guān)節(jié)驅(qū)動輪的兩道輪緣凹槽內(nèi)，鋼絲繩的另一端經(jīng)一級機械臂的內(nèi)部分別連接至固定在支撐基座上端面的一級鋼絲繩驅(qū)動器；所述一級機械臂的后端通過法蘭固定在支撐基座上；

其特征在于：

所述一級左旋鋼絲繩和一級右旋鋼絲繩分別經(jīng)由固定在一級機械臂內(nèi)壁的一級左、右近關(guān)節(jié)端卡箍和固定在基座上端面的一級左、右近驅(qū)動器端卡箍之間的一級左、右護(hù)套，連接固定至一級鋼絲繩驅(qū)動器上相應(yīng)的兩道輪緣凹槽內(nèi)；

該一級鋼絲繩驅(qū)動器包括一級驅(qū)動器電機、一級驅(qū)動器法蘭盤和一級驅(qū)動器電機驅(qū)動輪：一級驅(qū)動器電機通過一級驅(qū)動器法蘭盤固定在支撐基座的上端面，一級驅(qū)動器電機驅(qū)動輪固定安裝在一級驅(qū)動器電機輸出軸一端高于支撐基座的上端面之上的位置，一級驅(qū)動器電機的輸出軸軸線與支撐基座的上端面垂直；一級驅(qū)動器電機驅(qū)動輪的輪緣內(nèi)開有與一級關(guān)節(jié)驅(qū)動輪的輪緣凹槽結(jié)構(gòu)相同的兩道凹槽，用來纏繞并固定一級左旋鋼絲繩和一級右旋鋼絲繩；