一种机械臂的动力装置的制作方法

本实用新型涉及智能机械臂领域，尤其涉及一种机械臂的动力装置。

背景技术：

现有的机械臂关节的结构大多都是将驱动机构直接放在关节里面，导致关节质量很大，而机械臂的自由度需求越高，所需关节数量就越多，整臂质量也成比例增大。机械臂在执行任务过程中，为克服自身重力所消耗的机械能极大，负载能力很难提升，已成为传统机械臂的设计瓶颈。

同时，传统驱动系统大多需采用齿轮减速器或者谐波减速器进行力矩放大，进一步增大了机械臂的质量，且造价昂贵。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

为解决现有的机械臂的驱动机构难以脱离关节、机械臂笨重等技术问题，本实用新型提出一种机械臂的动力装置，实现了大减速及增力目标，取代了传统机械臂的附加减速机构，大大减轻了机械臂的质量，实现了机械臂质量轻、负载大的目标。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开了一种机械臂的动力装置，包括支撑座、至少一个丝杆推力机构和至少一个绳子轮系机构，至少一个所述丝杆推力机构和至少一个所述绳子轮系机构分别固定连接在所述支撑座上，其中：所述丝杆推力机构包括驱动组件、丝杆组件和螺母组件，所述螺母组件套合连接在所述丝杆组件上，所述丝杆组件的两端分别固定连接在所述支撑座上，所述驱动组件连接所述丝杆组件的一端以驱动所述丝杆组件旋转；所述绳子轮系机构包括第一绳子轮系组件和第二绳子轮系组件，所述第一绳子轮系组件包括第一绳子和第一绳轮，所述第二绳子轮系组件包括第二绳子和第二绳轮，所述第一绳轮和所述第二绳轮分别设置在所述螺母组件上，所述第一绳子和所述第二绳子的端部分别绕过所述第一绳轮和所述第二绳轮后分别固定在所述支撑座上，其中所述第一绳子和所述第二绳子分别沿着所述丝杆组件的方向传动，且所述第一绳子和所述第二绳子的传动方向相反。

优选地，所述第一绳子轮系组件还包括第一绳套单元，所述第一绳套单元包括第一绳套和第一绳套预紧螺栓，所述第一绳子的端部在绕过所述第一绳轮之前先依次穿过所述第一绳套和所述第一绳套预紧螺栓，所述第一绳套的一端端头连接在所述第一绳套预紧螺栓的内孔内，所述第一绳套预紧螺栓连接在所述支撑座的螺栓孔内。

优选地，所述第一绳子轮系组件还包括第一紧绳单元，所述第一紧绳单元包括第一紧绳器和第一绳子预紧螺栓，所述第一绳子的端部在绕过所述第一绳轮之后穿过所述第一绳子预紧螺栓后固定连接在所述第一紧绳器上，所述第一绳子预紧螺栓连接在所述支撑座的螺栓孔内，所述第一绳子预紧螺栓的一端端面顶在所述第一紧绳器的一侧。

优选地，所述第二绳子轮系组件还包括第二绳套单元，所述第二绳套单元包括第二绳套和第二绳套预紧螺栓，所述第二绳子的端部在绕过所述第二绳轮之前先依次穿过所述第二绳套和所述第二绳套预紧螺栓，所述第二绳套的一端端头连接在所述第二绳套预紧螺栓的内孔内，所述第二绳套预紧螺栓连接在所述支撑座的螺栓孔内。

优选地，所述第二绳子轮系组件还包括第二紧绳单元，所述第二紧绳单元包括第二紧绳器和第二绳子预紧螺栓，所述第二绳子的端部在绕过所述第二绳轮之后穿过所述第二绳子预紧螺栓后固定连接在所述第二紧绳器上，所述第二绳子预紧螺栓连接在所述支撑座的螺栓孔内，所述第二绳子预紧螺栓的一端端面顶在所述第二紧绳器的一侧。

优选地，所述第二绳子轮系组件还包括第三绳轮，所述第二绳子在依次穿过所述第二绳套和所述第二绳套预紧螺栓之后，先绕过所述第三绳轮后再绕过所述第二绳轮。

优选地，所述丝杆推力机构还包括导轨组件，所述导轨组件包括直线导轨和滑块，所述直线导轨固定连接在所述支撑座的侧壁上，所述滑块固定连接在所述螺母组件上以让所述螺母组件可沿所述直线导轨移动。

优选地，所述螺母组件包括螺母和连接块，所述连接块固定连接在所述螺母上，所述第一绳轮和所述第二绳轮分别设置在所述连接块上。

优选地，所述支撑座包括上圆盘、下圆盘和支撑柱，所述上圆盘和所述下圆盘分别连接在所述支撑柱两端，所述支撑柱为多面柱体，所述支撑柱的每个面对应连接一个所述丝杆推力机构和一个所述绳子轮系机构。

优选地，所述机械臂动力装置还包括底座，所述支撑座固定连接在所述底座上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的机械臂的动力装置灵活地将丝杆推力机构与绳子轮系机构结合在一起，一方面实现了大减速以及增力目标，取代了传统机械臂的附加减速机构，大大减轻了机械臂的质量，实现了机械臂质量轻、负载大的目标，并通过绳子驱动机械臂的关节，实现了多组组合可同时集成排布连接在支撑座上，结构紧凑，节省了系统的空间，且负载能力强，能够满足多自由度机械臂的精度及动力需求；另一方面，通过绳子驱动机械臂的关节，实现了机械臂远程集成驱动，每一组丝杆推力机构和绳子轮系机构的组合采用直线式结构，且通过将绳子轮系机构的第一绳轮和第二绳轮分别设置在丝杆推力机构的螺母组件上，使得第一绳子和第二绳子传动方向相反，即螺母组件不论往那边移动均为动力输出形成，实现了关节的正反方向旋转，使得每一组丝杆推力机构和绳子轮系机构的组合均可以独立驱动整个关节进行运动，解决了现有技术中不能独立驱动整个关节进行运动的难题；综合上述特点，本实用新型的结构使得绳驱机构可以应用于刚性机械臂领域。

在进一步的方案中，还可以具有以下有益效果：

第一绳子的端部固定在第一紧绳器上之前穿过第一绳子预紧螺栓，第一绳子预紧螺栓为第一绳子的端部提供预紧力，能保持第一绳子在正反转过程均保持张紧状态，解决了绳驱机构的回程间隙大、精度低等问题。第一绳子在绕过第一绳轮之前先穿过第一绳套和第一绳套预紧装置，为第一绳子初步提供预紧力，能够更好地固定，进一步解决了绳驱机构的回程间隙大、精度低等问题。

第二绳子的端部固定在第二紧绳器上之前穿过第二绳子预紧螺栓，第二绳子预紧螺栓为第二绳子的端部提供预紧力，能保持第二绳子在正反转过程均保持张紧状态，同样解决了绳驱机构的回程间隙大、精度低等问题。第二绳子在绕过第二绳轮之前先穿过第二绳套和第二绳套预紧装置，为第二绳子初步提供预紧力，能够更好地固定，进一步解决了绳驱机构的回程间隙大、精度低等问题。

其中，第二绳子轮系组件还包括第三绳轮，使得在第二绳子在绕过第二绳轮之前先绕过第三绳轮进行变更方向，以让第一绳套和第二绳套可以设置在支撑座的同一方向上，便于将关节的绳子引至动力装置上，方便安装。

支撑座上通过设置多面柱体的支撑柱，可以对应安装多组由一个丝杆推力机构和一个绳子轮系机构组成的组合，每个组合可以对应独立控制一个关节，从而可以根据机械臂的关节数量来设计支撑座的支撑柱，以实现一个机械臂的动力装置同时对机械臂的多个关节进行控制，让结构更加紧凑，从而节省机械臂整体的空间。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的机械臂动力装置的剖面示意图；

图2是图1中的支撑座的结构示意图；

图3是图1中的丝杆推力机构的结构示意图；

图4是图1中的绳子轮系机构的结构示意图；

图5是图4中的第一紧绳器的机构示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型优选实施例公开了一种机械臂动力机构，包括支撑座1、多个丝杆推力机构2、多个绳子轮系机构3和底座4，多个丝杆推力机构2和多个绳子轮系机构3分别固定连接在支撑座1上，支撑座1固定连接在底座4上，底座4的两端均为法兰盘，上端与支撑座1连接，下端用于对整个机械臂动力机构的固定。

如图2所示，支撑座2包括上圆盘11、下圆盘12和支撑柱13，上圆盘11和下圆盘12分别连接在支撑柱13的两端；上圆盘11的顶面111是法兰结构，用于固定机械臂，上圆盘11为丝杆推力机构2的上支撑面，其圆环上开有轴承孔及过绳孔；下圆盘12为丝杆推力机构2的下支撑面，其圆环上开有过绳孔、电机固定罩连接孔和底座4连接法兰孔；支撑柱13为多面柱体结构，支撑柱13的每个面对应连接一个丝杆推力机构2和一个绳子轮系机构3，其中在本实施例中，支撑柱13为七面柱体结构，在支撑座1上一共连接七个丝杆推力机构2和相应的七个绳子轮系机构3，具体实施例中，需要设置丝杆推力机构和绳子轮系机构的数量根据实际情况来定。

如图3所示，是丝杆推力机构2的结构示意图，丝杆推力机构包括驱动组件、丝杆组件、螺母组件和导轨组件，螺母组件套合连接在丝杆组件上，螺母组件可沿导轨组件移动，丝杆组件的两端分别固定连接在支撑座1上，驱动组件连接丝杆组件的一端以驱动丝杆组件旋转。进一步地，驱动组件包括电机211和电机固定罩212，丝杆组件包括丝杆221、上端轴承222、下端轴承223、联轴器224和端盖225，螺母组件包括螺母231和连接块232，导轨组件包括直线导轨241、螺钉242和滑块243。电机211与电机固定罩212用螺钉连接，电机固定罩212一端与电机211连接，另一端用螺钉固定在支撑座1上；丝杆221两端各有一个轴阶，分别通过上端轴承222和下端轴承223的内圈进行支撑，并分别与上端轴承222和下端轴承223的内孔进行过盈配合，丝杆221的下端与联轴器224进行连接，丝杆221的中间段为螺纹段，与螺母231进行螺纹连接，电机211带动丝杆221正反旋转时，螺母231作往返移动；上端轴承222一端内圈顶在丝杆221的上端的轴阶上，另一端外圈定在支撑座1的上圆盘11的圆环台阶上；下端轴承223的一端内圈顶在丝杆221的下端的轴阶上，另一端外圈顶在支撑座1的下圆盘12的圆环台阶上；联轴器224一端连接电机211、一端连接丝杆221，进行扭力传递；端盖225两侧各有一个圆环台阶，其中上侧的圆环台阶顶在下端轴承223的外圈上，下侧的圆环台阶与电机固定罩212内孔进行配合；螺母231内孔与丝杆221进行螺纹连接，外圈与连接块232内孔进行配合并用螺栓固定连接，以使得连接块232与螺母一起作实现运动；直线导轨241通过螺钉242固定连接在支撑座1的支撑柱13上，滑块243一侧通过燕尾槽卡在之直线导轨241上，可沿直线导轨241移动，另一侧与连接块232通过螺钉固定连接。

如图4所示，是绳子轮系机构3的结构示意图，绳子轮系机构包括第一绳子轮系组件和第二绳子轮系组件，第一绳子轮系组件包括第一绳子311、第一绳轮312、第一绳套313、第一绳套预紧螺栓314、第一绳子预紧螺栓315、第一紧绳器316和第一过绳柱317，第二绳子轮系组件包括第二绳子321、第二绳轮322、第二绳套323、第二绳套预紧螺栓324、第二绳子预紧螺栓325、第二紧绳器326、第二过绳柱327和第三绳轮328；第一绳轮312和第二绳轮322分别设置在连接块232上，第一绳子311和第二绳子321的端部分别绕过第一绳轮312和第二绳轮322后分别固定在支撑座1上，第一绳子311和第二绳子321分别沿着丝杆221的方向传动，且第一绳子311和第二绳子321的传动方向相反。

控制机械臂的某一关节的两根绳子分别为第一绳子311和第二绳子321，第一绳子311和第二绳子321从机械臂的某一关节处引过来之后：第一绳子311穿过第一绳套313和第一绳套预紧螺栓314之后，绕过固定在连接块232上的第一绳轮312转180°，再依次穿过第一绳子预紧螺栓315和第一过绳柱317之后固定连接在第一紧绳器316上；第二绳子321穿过第二绳套313和第二绳套预紧螺栓324之后，绕过固定在端盖225上的第三绳轮328转180°，再绕过固定在连接块232上的第二绳轮322转180°，再依次穿过第二绳子预紧螺栓325和第二过绳柱327之后固定连接在第二紧绳器326上。当连接块232作直线运动时，第一绳子311与第二绳子321中一根受拉力，另一根为松弛状态，其中第一绳子311与第二绳子321分别固定连接机械臂的某一关节上，可远程实现关节的旋转运动，当连接块232作往复直线运动时，可实现关节的正反旋转。

如图5所示，第一紧绳器316包括紧绳螺母3161、支架3162和紧绳螺钉3163，紧绳螺钉3163穿过支架3162的通孔，第一绳子311绕过紧绳螺钉3163一圈以上，再将紧绳螺母3161旋紧，进行第一绳子311的紧固，支架3162通过内孔与第一过绳柱317进行配合，并有润滑层进行摩擦力控制；第一过绳柱317则一端与支架3162进行轴孔过渡配合，另一端顶在第一绳子预紧螺栓315上。其中第二紧绳器326的结构及连接方式与第一紧绳器316一样，不再赘述。

第一绳套预紧螺栓314通过螺纹与支撑座1的上圆盘11的螺纹孔进行连接，内孔与第一绳套313的接头进行配合，通过正反旋转实现第一绳套313的上下移动，调节第一绳套313的预紧力；第一绳子预紧螺栓315通过螺纹与支撑座1的上圆盘11的螺纹孔进行连接，内孔与第一绳子311进行间隙配合，末端顶在过绳柱317上，通过正反旋转实现第一紧绳器316的上下移动，调节第一绳子311的预紧力。通过第一绳套预紧螺栓314和第一绳子预紧螺栓315，分别为第一绳子311提供预紧力，能够保持第一绳子311在正反转过程中均保持张紧状态，更好地固定，解决了绳驱机构的回程间隙大、间隙低等问题。第一绳轮312通过内孔与绳轮销轴进行间隙配合，绳轮销轴通过过盈配合固定连接在连接块232。

第二绳套预紧螺栓324通过螺纹与支撑座1的上圆盘11的螺纹孔进行连接，内孔与第二绳套323的接头进行配合，通过正反旋转实现第二绳套323的上下移动，调节第二绳套323的预紧力；第二绳子预紧螺栓325通过螺纹与支撑座1的下圆盘12的螺纹孔进行连接，内孔与第二绳子321进行间隙配合，末端顶在过绳柱327上，通过正反旋转实现第二紧绳器326的上下移动，调节第二绳子321的预紧力。通过第二绳套预紧螺栓324和第二绳子预紧螺栓325，分别为第二绳子321提供预紧力，能够保持第二绳子321在正反转过程中均保持张紧状态，更好地固定，解决了绳驱机构的回程间隙大、间隙低等问题。第二绳轮322和第三绳轮328分别通过内孔与绳轮销轴进行间隙配合，绳轮销轴分别通过过盈配合固定连接在连接块232或端盖225上。

其中在第二绳子轮系机构中设置第三绳轮328，是使得在保持分别绕过连接块232上的第一绳轮312和第二绳轮322的第一绳子311和第二绳子321的传动方向相反的基础上，让第一绳套313和第二绳套323均连接在支撑座1的上圆盘11上，方便连接在支撑座1上方的机械臂的关节的绳子引至动力装置处进行连接。

本实用新型优选实施例的机械臂动力装置的装配步骤为：先将支撑座1竖直放置，将连接块232与滑块243用螺钉连接，将直线导轨241插入滑块243的燕尾槽中，将直线导轨241用螺钉242固定在支撑座1的支撑柱13的其中一面上；然后将上端轴承222安装在支撑座1的上圆盘11的轴承孔中，将组装好的丝杆221与螺母231插入连接块232中，并用螺钉将螺母231与连接块232固定连接，再将丝杆221的上端装入到上端轴承222的内孔中，将下端轴承223安装在丝杆221的另一轴阶处，并用端盖225顶在下端轴承223的外圈处，用螺钉将端盖225与支撑座1的下圆盘12固定连接，进行轴承的轴向预紧。然后将联轴器224嵌套在丝杆221轴上，用螺钉固定连接，再将电机211与电机固定罩212用螺钉固定连接后将电机211的轴插入到联轴器224中，通过轴孔配合进行扭力传输，然后将电机固定罩212用螺钉固定在支撑座1上。再将第一绳轮312和第二绳轮322通过绳轮轴销安装在连接块232上，第三绳轮328通过绳轮轴销安装在端盖225上。最后将第一绳子311穿过第一绳套313和第一绳套预紧螺栓314之后，绕过固定在连接块232上第一绳轮312转180°，再依次穿过第一绳子预紧螺栓315和第一过绳柱317后用第一紧绳器316进行紧固，分别调节第一绳套预紧螺栓314和第一绳子预紧螺栓315，将第一绳子311进行预紧；将第二绳子321穿过第二绳套323和第二绳套预紧螺栓324之后，绕过固定在端盖225上的第三绳轮328转180°，再绕过固定在连接块232上的第二绳轮322转180°，然后依次穿过第二绳子预紧螺栓325和第二过绳柱327后用第二紧绳柱326进行紧固，分别调节第二绳套预紧螺栓324和第二绳子预紧螺栓325，将第二绳子321进行预紧，完成装配。

本实用新型的机械臂的动力机构中的丝杆推力机构，通过丝杆螺母副将电机的旋转力矩放大成连接块的推力，并转化成绳子的拉力，替代了传统机械臂齿轮减速器或者谐波减速器的力矩放大作用，同时通过将各关节驱动机构移至机械臂末端，大大降低了机械臂自身的质量，使关节的输出力矩大部分用于末端负载上，提高了机械臂的负载能力。

本实用新型的机械臂的动力机构，巧妙地将丝杆推力机构与绳子轮系机构进行结合，一方面实现了大减速及增力目标，取代了传统机械臂的附加减速机构，大大减轻了机械臂的质量，实现了机械臂质量轻、负载大的目标；并通过绳子驱动机械臂的关节，实现了机械臂远程集成驱动，且每个单一驱动机构采用直线式结构，多机构驱动系统可以紧凑排布，节省了大量空间，且负载能力强，能够满足多自由度机械臂的精度及动力需求；另一方面在丝杆推力机构中设有导轨组件，滑块不论往那边移动均为动力输出形成，实现了关节的正反方向旋转，解决了现有技术中不能独立驱动整个关节进行运动的难题；同时，本实用新型中的丝杆推力机构中采用滚珠丝杆结构，提高了传动效率，通过增加轴端向心推力轴承，提高了丝杆的轴向推力；本实用新型的结构也使得绳驱机构可以应用于刚性机械臂领域。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。