[發明專利]一種繩驅動機械臂轉動關節的結構

有效

• 申請號: 201610286881.7
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105710895B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 張勤;鄭昕亮;范長湘
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種繩驅動機械臂轉動關節的結構。

背景技術

繩驅動技術在近幾年逐漸受到重視，它主要通過將電機和調速裝置全部安裝在底座驅動箱上，通過繩來驅動關節的運動，從而大幅地降低了機械臂的重量。現有的串聯繩驅動轉動關節機構設計的難度比較大，需要巧妙設計繩索的繞組形式和布局方式，通過多組輪組的反復纏繞，充分利用繩索傳動完成減速功能。現有方式為實現調速和遠距離傳輸動力，輪組較多，機構復雜，重量大，且無法解決關節運動耦合和驅動范圍較小的缺點。本發明提出的繩驅動系統轉動關節，能夠大幅減輕機械臂自重和機構的復雜程度，提高機械臂動態性能，解決了以往繩驅動技術中關節結構復雜，運動范圍小和關節運動耦合的問題；采用可拆裝結構，方便維修和搬運；采用主要零件一體化設計，簡化了結構，提高了關節的運行效率。該機械臂結構適用于安裝在輪椅、護理床等助殘助老設備上，可有效地幫助老年人、殘疾人實現生活自理。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一機構簡單、運動范圍大、無耦合的繩驅動機械臂轉動關節，本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種繩驅動機械臂轉動關節的結構，包括同步帶輪軸、同步帶、角度傳感器、臂關節軸承端蓋、深溝球軸承、角接觸球軸承、設有連接孔及鋼絲繩通孔的機械臂連接夾塊，所述的同步帶輪軸由上至下包括帶輪端和軸端，沿同步帶輪軸的軸線依次設置有傳感器容納孔、傳感器輸出軸連接孔、十字沉頭螺釘內螺紋孔，所述深溝球軸承和角接觸球軸承內圈通過過渡配合分別固定在所述帶輪端上、下部，所述的帶輪端與同步帶相配合，所述的軸端與機械臂連接夾塊的連接孔固定連接；所述的同步帶的兩端分別通過鋼絲繩連接具正反轉功能的繩驅動裝置；所述的臂關節軸承端蓋固定在機械臂上，同時與深溝球軸承的外圈相配合；所述的角度傳感器設置在同步帶輪軸內，其殼體與傳感器容納孔間隙配合，同時殼體頂部與臂關節軸承端蓋固定連接，所述角度傳感器的輸出軸與傳感器輸出軸連接孔固定連接。

本方案所述繩驅動機械臂轉動關節的結構利用連接鋼絲繩的同步帶帶動同步帶輪軸旋轉，同步帶輪軸的軸端固定在機械臂連接夾塊上，將動力傳至下一機械臂，帶動下一機械臂旋轉。同步帶輪軸分別由兩個滾珠軸承支撐在臂關節軸承端蓋和機械臂底板上，實現豎直轉動關節軸的軸向和徑向的固定，保證了帶輪軸在做旋轉運動時的平穩性。當驅動電機正、反轉時，帶動與其相連的同步帶運動，進而拉動同步帶輪軸旋轉，關節完成相應方向的動作。

進一步地，還包括內壁與角度傳感器的殼體緊密配合、外壁與傳感器容納孔間隙配合的柱狀傳感器保護套，所述傳感器保護套的頂部與臂關節軸承端蓋固定連接，底部居中設置有與所述角度傳感器的輸出軸間隙配合的階梯孔。

進一步地，所述的傳感器保護套采用可拆裝分體式結構，其中部設置有用于安置線路的矩形槽，方便角度傳感器的拆裝。

進一步地，所述的傳感器保護套底部偏置地設置有通過沉頭螺釘連接同步帶輪軸的沉頭螺釘孔，使角度傳感器固定更加牢靠。

進一步地，所述的同步帶輪軸上沿轉動軸線垂直方向設置有第一內螺紋通孔，所述第一內螺紋通孔內配合設置有用于固定所述角度傳感器的輸出軸的平頭緊定螺釘，進一步保證角度傳感器的輸出軸與同步帶輪軸的固定連接。

進一步地，所述的同步帶的長度至少為帶輪端圓周長的1.5倍。保證水平轉動關節的360°范圍內轉動。

進一步地，所述的軸端上設置有平槽，所述機械臂連接夾塊側面沿水平方向開有第二內螺紋通孔，所述第二內螺紋通孔內配合設置有用于固定連接所述軸端的平頭緊定螺釘。該孔與其軸線方向通孔相交，緊定螺釘從內螺紋通孔中擰入，以固定同步帶輪軸，實現軸端和所述機械臂連接夾塊之間的動力傳遞，繼而帶動與之連接的機械臂轉動。

進一步地，所述機械臂連接夾塊包括機械臂上夾塊和機械臂下夾塊，所述的機械臂上夾塊中部沿豎直方向設置有與軸端配合的帶輪軸連接通孔，兩側面設置有用于連接機械臂底板的連接螺孔，所述機械臂下夾塊的上部延豎直方向開有與軸端配合的帶輪軸連接沉孔，底部開有與第二十字沉頭螺釘配合的第二沉頭通孔，兩側面設置有用于連接機械臂底板的連接螺孔，所述機械臂上夾塊和機械臂下夾塊配合平面上分別設置兩段相互平行的階梯半圓槽，鋼絲繩套管從外部穿入直徑較大的半圓槽并由其固定，鋼絲繩從套管中穿出，通過直徑較小的半圓槽驅動下一個關節運動。

進一步地，所述的階梯半圓槽的間距與帶輪端的直徑相匹配。

進一步地，所述鋼絲繩套管由外至內包括外壁塑膠層及編織鋼絲繩層。