[發明專利]一種多節折疊式遙操作機械臂的關節

無效

• 申請號: 201410334108.4
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104070532A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 吳寶元;閆清泉;張強;郭偉斌;周玲;劉宜;汪增福
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J9/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于機械臂的關節技術領域，具體涉及多節折疊式遙操作機械臂的關節結構。

背景技術

多節遙操作機械臂通常被稱為“蛇形機械臂”，適合在非結構化縱深狹小空間內進行部件的遠距離觀測或操控。現有的機械臂通常由多個節臂通過關節首尾串接而成，并在末端節臂安裝不同的執行器觀測裝置，作為末端執行器的運動支撐部件，遙操作機械臂的臂體要求具有總體輕量化、關節剛度大、關節位置易于檢測和控制的特性，以實現末端執行器多方位到達目標位置。

中國專利申請CN102990676A公開的一種蛇形機械臂，由數個桿件(節臂)之間通過球關節串接成中心支柱，中心支柱的底部連接起支撐作用的底座，驅動裝置固定在底座側板上，每根桿件的末端通過繞圓周對稱分布的三根柔索與驅動裝置連接。中國專利申請CN102744732A公開的一種蛇形機械臂，其臂體由多數個骨節依次活動連接，臂體中兩相鄰骨節之間采用十字軸連接，通過兩組牽引線的牽動驅動與之對應的骨節實現上下、左右方向擺動。上述兩種關節都是由固定在底座的驅動裝置通過柔索驅動，縱然驅動裝置固定在底座上，減小了節臂的自重，關節運動靈活性增強，但是關節驅動柔索長度加長，每個關節驅動柔索長度隨關節與底座間的距離而不同，距離底座越遠的關節，驅動柔索長度越長，并且柔索本身具有一定的彈性形變性質，柔索承受拉力越大，其形變量(即柔索軸向伸展量)就越大，將造成關節的剛度變小，關節動作響應時間長，臂體總體響應速度將變慢。

中國專利申請CN102814821A公開的一種雙鋼絲繩驅動的機械臂大角度可控回轉式關節裝置，其前級機械臂和后級機械臂通過轉軸和軸承連接并保持相對轉動，鋼絲輪盤固定在前級機械臂上、下凸臺之間，鋼絲輪盤轉軸一端的凸緣中部型腔內的角度傳感器輸出軸與轉軸同軸并同步轉動，兩根驅動鋼絲繩分別通過球頭卡在凹槽通孔并纏繞在鋼絲輪盤輪緣U形凹槽內。該裝置的角度傳感器位于鋼絲輪盤轉軸一端的凸緣中部型腔內，其后期安裝和更換需要拆離鋼絲輪盤和前級機械臂，每次更換后需要調整角度傳感器輸出軸與轉軸同軸度，操作繁瑣，且關節裝置的各零件配合面由于反復拆離和再裝配，會造成一定程度的磨損，其配合精度也很難保證。

發明內容

本發明的目的是提供一種多節折疊式遙操作機械臂的關節結構，以克服現有機械臂關節剛度低、關節位置傳感器安裝和更換繁瑣且易造成關節模塊由于再裝配而造成精度降低的問題，實現關節結構緊湊，剛度大，關節位置檢測簡單、可靠，又可在不拆解關節模塊的前提下方便實現關節位置傳感器的安裝或更換。

本發明多節折疊式遙操作機械臂的關節，包括：與關節輪14同軸心固定連接的關節軸13，節臂的前、后端均成型有與關節軸13樞接的成對的前耳板10和后耳板11，成對的耳板上均加工有同軸心的、與關節軸13配合的回轉孔12；每個節臂的前耳板10與其前端相鄰節臂的后耳板11通過關節軸13樞接，前耳板10與關節軸13保持相對轉動，后耳板11與關節軸13兩端部的凸臺固定連接，關節輪14和定滑輪18的輪緣均成型有供鋼絲柔索19纏繞的凹槽；其特征在于：

每個關節均由一個馬達驅動，馬達15通過法蘭16固定在節臂內部，馬達15的輸出軸一側靠近關節輪14，馬達15的輸出軸的軸線與該節臂中軸線平行，馬達15的輸出軸端固聯有驅動輪17；

兩個定滑輪18位于沿節臂中軸線關節輪14和驅動輪17之間，分別安裝在位于驅動輪17左右兩側與法蘭16固定連接的兩個支架20上，兩個定滑輪18的凹槽的形心與關節輪14輪緣的凹槽的形心平齊，且均位于與驅動輪17輪緣相切且垂直于關節軸13軸線的平面內；

鋼絲柔索19纏繞在驅動輪17上，鋼絲柔索19的兩端分別經過兩個定滑輪18的凹槽相向纏繞在關節輪14的凹槽內，并與關節輪14相對固定；

馬達15通過驅動輪17、定滑輪18、鋼絲柔索19和關節輪14將驅動力傳遞到關節軸13，實現相鄰節臂間的相對轉動；

拉線傳感器21固定在節臂內部并靠近關節軸13，拉線傳感器21的拉線22纏繞在關節軸13的外緣面，拉線22的伸出端與關節軸13相對固定。

與現有機械臂的關節相比較，本發明多節折疊式遙操作機械臂的關節的優點是：

1.由于本發明將驅動馬達安裝在每節臂的內部，馬達的輸出軸與對應的關節軸組成正交軸系，通過鋼絲繩和定滑輪實現正交轉軸驅動力的傳遞，既減小節臂橫向尺寸實現了結構的緊湊性，又提高了機械臂的剛度。