一种绳驱动串并混联机械臂

本技术涉及一种机械臂。具体涉及一种绳驱动串并混联机械臂。

背景技术：

1、随着人类对智能化、自动化生产要求的提高，机械臂的应用将不仅限于工业领域，同时将在农业、物流、医疗辅助等领域发挥重要的作用。故而对机械臂提出了一系列新的要求，要求新型的机械臂具备高效率、高精度、高负载、柔顺性好、响应能力快。

2、传统机械臂由于置于关节处的电机与结构使得其在运动过程中惯量大、柔顺性差，限制了其高速运动与快速响应能力。同时由于各个关节惯量大的原因，导致要承担高负载的物体时对驱动电机提出了很高的要求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决传统机械臂在运动过程存在的惯量大、柔顺性差、驱动电机要求高。本实用新型设计了一种绳驱动串并混联机械臂，负载能力大、响应速度快、柔顺性好。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现的：一种绳驱动串并混联机械臂，它包括肩关节、肘关节、腕关节、张紧机构、绳驱动机构；肩关节部分包括底座、直线电机、阻尼弹簧、上底座、圆锥滚子轴承、肩关节座、旋转电机、支撑杆、中间杆、球面轴承、直线导轨、滑块、滑块连接件、大臂；肘关节部分包括大臂、小臂、防打滑不完全齿轮、球面轴承、球头杆、防侧偏行星杆、螺母、阻尼弹簧2；腕关节部分包括小臂、连接座、轴承座、轴承、连接件二、连接杆、万向节、法兰轴承、中间杆二、末端平台；张紧机构部分包括固定框架、滑动螺栓、凸滑块、凹滑块、滑轮、弹簧、盖、板矩；绳驱动机构部分包括驱动电机、定滑轮组、动滑轮组、张紧机构、绳索；

3、其特征在于：肩关节部分在肩关节座上方放置底座，旋转电机安置在肩关节座里，用以带动上方底座转动。在底座上安装两个直线电机、一个中间杆和三个支撑杆，并由三个支撑杆连接固定上底座，并在上底座上安装阻尼弹簧。阻尼弹簧连接上底座与大臂，并在大臂下端上安装两个直线导轨并连接滑块，在大臂下端中心处安装球面轴承连接中间杆。滑块固定在安装球面轴承的连接件杆，球面轴承与直线电机相连，由此形成并联结构。

4、肘关节部分在大臂的上端两侧各安装固定一个防打滑不完全齿轮，并在大臂上端接头的中心部分两侧各安装一个球面轴承，用以连接球头杆。在小臂下端的两侧安装各安装一个防打滑不完全齿轮，并在小臂下端接头的中心部分两侧各安装一个球面轴承，用以连接球头杆。在大臂与小臂球头杆的阶梯轴两端安装防侧偏行星杆并用螺母固定。

5、腕关节部分在小臂的上端安装一个连接座，连接座上均匀安装三个轴承座，并在其中间安装一个法兰轴承，法兰轴承通过短杆与一个万向节相互连接。末端平台上均匀安装三个轴承座，并在其中间安装一个法兰轴承，法兰轴承通过短杆与一个万向节相互连接。连接座上的三个轴承座与末端平台的三个轴承座通过连接件与三个连接杆相连，其相连的两个万向节通过中间杆二相连接。

6、张紧机构部分在其固定框架内放入调力弹簧，之后将两个滑动螺栓放入固定框架中在两个滑动螺栓上分别安装凸滑块与凹滑块使其相互配合，再在凸滑块与凹滑块上安装好滑轮。在固定框架的开口端安装盖与板矩。

7、绳驱动机构部分绳的一端固定在驱动定滑轮组上通过驱动定滑轮组-张紧机构-动滑轮组-张紧机构-驱动定滑轮。

8、本实用新型的有益效果体现在：本发明所述的一种绳驱动串并混联机械臂，更改关节电机直接驱动的机械臂的传统方式，通过绳驱动的方式将电机集成在机械臂底座，减少各个电机的驱动惯量；将初始关节改成并联结构，降低对驱动电机的要求，能承受更高的负载；将行星齿轮机构用于设计关节连接，使得关节运行更加稳定。

技术特征：

1.一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：包括肩关节（1）、关节电机（2）、转筒（3）、张紧机构（4）、转向定滑轮（5）、肘关节（6）、定滑轮（7）、腕关节（8）、固定件（9）、旋转电机（10）、肩关节座（11）、圆锥滚子轴承（12）、支撑杆（13）、上底座（14）、直线电机（15）、球面轴承（16）、滑块连接件（17）、滑块（18）、直线导轨（19）、中间杆（20）、大臂下端（21）、阻尼弹簧（22）、大臂上端接头（23）、球头杆（24）、球面轴承二（25）、防打滑不完全齿轮（26）、防侧偏行星杆（27）、阻尼弹簧二（28）、小臂下端接头（29）、小臂上端（30）、旋转电机二（31）、连接座（32）、轴承座（33）、连接件（34）、连接杆（35）、中间杆二（36）、万向节（37）、法兰轴承（38）、末端平台（39）、板矩（40）、盖（41）、凸滑块（42）、滑动螺栓（43）、凹滑块（44）、滑轮（45）、调力弹簧（46）、固定框架（47）、螺母（48）、固定件二（49）、绳索（50）；

2.根据权利要求1所述的一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：所述旋转电机（10）固定于肩关节座（11）的下端，带动由圆锥滚子轴承（12）连接的肩关节座（11）的上盖转动，给肩关节（1）提供一个旋转自由度；三个支撑杆（13）、中间杆（20）、两个直线电机（15）安装固定在肩关节座（11）的上盖上，支撑杆（13）支撑固定上底座（14），中间杆（20）通过球面轴承与大臂下端（21）相连接，两个直线电机（15）通过与球面轴承（16）、滑块连接件（17）、滑块（18）、直线导轨（19）相连接，通过两个直线电机（15）的相互配合直线往复运动使得肩关节的俯仰角、滚转角相应变化，给肩关节提供了两个自由度。

3.根据权利要求1所述的一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：两个球面轴承二（25）安装于大臂上端接头（23）中心处，球头杆（24）与两个球面轴承二（25）连接；两个球面轴承二（25）安装于小臂下端接头（29）中心处，球头杆（24）与两个球面轴承二（25）连接；阻尼弹簧二（28）连接大臂上端接头（23）与小臂下端接头（29）；四个防打滑不完全齿轮（26）分别安装在大臂上端接头（23）两侧与小臂下端接头（29）两侧，并将得到的上下端臂用防侧偏行星杆（27）将其连接起来，两个防侧偏行星杆（27）连接在上下两球头杆上，并用螺母（48）固定，实现小臂相对于大臂的旋转运动。

4.根据权利要求1所述的一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：连接座（32）安装固定在小臂上端（30）上，其上安装固定有三个轴承座（33）、一个法兰轴承（38）；末端平台（39）上安装固定有三个轴承座（33）、一个法兰轴承（38）；旋转电机二（31）通过法兰轴承（38）与万向节（37）连接，形成旋转电机二（31）-法兰轴承（38）-万向节（37）-中间杆二（36）-万向节（37）-法兰轴承（38）-末端平台（39），从而能带动末端执行器转动；末端平台（39）上的三个轴承座（33）与连接座（32）上的三个轴承座（33）通过六个连接件（34）、三个连接杆（35）连接起来，形成具有两个自由度的并联机构。

5.根据权利要求1所述的一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：在固定框架（47）内放入调力弹簧（46），接着放入两个滑动螺栓（43），并将凹滑块（44）、凸滑块（42）相互配合分别安装在两个滑动螺栓（43）上；在凹滑块（44）、凸滑块（42）上分别安装滑轮（45），并固定；接着在固定框架上安装上盖（41）与板矩（40），从而形成通过扭动板矩（40）来调节凹滑块（44）、凸滑块（42）与固定框架（47）之间的夹角的效果。

6.根据权利要求1所述的一种绳驱动串并混联机械臂，其特征在于：绳索（50）固定于固定件二（49）上，绳索（50）分别绕过固定件二（49）-转向定滑轮（5）-张紧机构（4）-转筒（3）-关节电机（2）；绳索（50）固定于腕关节（8）相向两个固定件（9）上，绳索（50）通过固定件（9）-定滑轮（7）-转向定滑轮（5）-张紧机构（4）-转筒（3）-关节电机（2）；从而达到将安装于大臂上的关节电机（2）驱动肘关节（6）、腕关节（8）运动。

技术总结本技术公开了一种绳驱动串并混联机械臂。用于解决传统工业机器人惯量大、柔顺性差、响应速度受限等问题。更改关节电机直接驱动的机械臂的传统方式，通过绳驱动的方式将电机集成在机械臂底座，减少各个电机的驱动惯量；将初始关节改成并联结构，降低对驱动电机的要求，能承受更高的负载；将行星齿轮机构用于设计关节连接，使得关节运行更加稳定。技术研发人员：杨健,熊串,杨啸志,刘力,张烊岚,张焕峰,陈凯,蒋帅受保护的技术使用者：成都理工大学技术研发日：20230315技术公布日：2024/7/9