专利名称：一种关节驱动机构驱动方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种由计算机控制驱动器驱动钢丝绳牵动的，三关节驱动器组组成的三关节驱动机构，以及驱动方法和用途。
关节驱动机构，一般都是由多个关节、驱动器和传动机构组成的，目前公开的关节器的传动机构，其关节的活动都是由单独的齿轮等机械直接带动或者传动，或者由钢丝绳把单独的驱动器或机械的传动传到关节上，使之转动。钢丝绳牵动的关节驱动机构的用途极广，结构的形式多种多样，驱动的方法各有不同，其不同处体现在关节的个数，钢丝绳牵动的形式，驱动的形式。目前公开的牵动机构，多是钢丝绳和齿轮机构联合驱动，且都是特定单独的驱动器由钢丝绳对特定的关节进行驱动。由于是特定单独的驱动器由钢丝绳对特定的关节进行驱动，几个关节在总体上配合时，容易产生相互的失调，产生抖动，妨害关节动作的精度；机械直接带动关节的运动，由于机件和机件之间总会有一定的间隙，影响关节线性地协调地运动，影响关节运动的正确性、稳定性、灵巧性和可操作性。比如，涡流蜗杆的传动机构，能量传输效率太低，功率损耗太大，驱动器的能力不能充分的利用，再加上如前所说的问题，给比较精确的关节驱动机构，带来更多的麻烦。为解决以上的不足，在技术上可以采取一些补偿办法，但是它会使关节驱动器变的更加复杂。总之目前公开的关节驱动机构的弱点在于①.关节驱动器各关节的运动是独立进行的，它们之间没有相互的配合，相互之间不能联合或者配合动作，造成在总体动作时，关节和关节间失调，发生抖动。②.机械直接传动，带来一些新的困难。
本发明的目的在于在大量试验的基础上，提出一种新的设计方案，这个方案是由计算机控制驱动器，由驱动器驱动钢丝绳，由钢丝绳牵动的关节驱动机构，它包括关节驱动机构的设计、一种新的驱动方法和该驱动器的用途，即由三个驱动器驱动的由钢丝绳牵动的，三关节驱动器组组成的三关节驱动机构，以及驱动方法和用途。
本发明的技术方案是(见
图1) 关节器(51)装在基板(54)的支架(55)上，由计算机(59)控制驱动机构(53)，驱动机构(53)通过钢丝绳组(52)牵动各个关节器(51)的关节而实现的。本发明所用的钢丝绳是特制的，没有伸缩性的，所使用的钢丝绳套采用受压缩力而不缩短不变形的套管，因此它可以防止由于牵动使钢丝绳伸长所带来的误差。
本发明涉及到的技术方案是一种计算机控制的三个驱动器驱动的由钢丝绳牵动的三关节驱动器组组成的三关节驱动机构，以及驱动方法和用途。根据不同的要求，可以改变三关节驱动器的个数，组成新的关节驱动器。我们首先来叙述本发明的技术结构。它是一种由三个驱动器驱动的三关节驱动机构，该机构是由计算机控制的，由多个三关节驱动器组组成的。三关节驱动器组是由多个三关节驱动器组成的。其三关节驱动器的一种结构是由三个关节器(51)、三个驱动箱(53)、用九根钢丝绳及钢丝绳套组(52)、基板(54)和支架(55)联接而组成的，当本技术用来作机械手时，也会有许多不同的技术方案，我们拿其中的一种三指机械手为例，其技术在机构上的特征是1).其三关节驱动器的关节器的一种结构是，(见图2)由第一关节(27)、第二关节(26)、第三关节(24)和基关节(21)组成的三自由度关节器，它们之间经钢丝绳的牵动，由关节导轮(28)、(29)和(22)动连接，第三关节(24)可随关节导轮轴(65)作相对于基关节(21)±90度的转动(见图5)。基关节(21)固定在支架(55)上，支架(55)固定在基板(54)上；其第二关节(26)可随关节导轮(67)作相对于第三关节(24)±90度的转动(见图6)，其运动的平面和三关节(24)运动的平面相垂直；第一关节(27)可随关节导轮轴(66)作相对于第二关节(26)±90度的转动(见图7)，其运动的平面和第二关节(26)运动的平面相平行。
2).其三关节驱动器的驱动器的一种结构是(见图3)，驱动器的壳体内由箱板(64)、边滑道板(43)(45)、中滑道板(44)组成，在箱板(64)内部装有三个驱动器(1)、(18)、(34)，三个固定在驱动器轴上的绳轮(9)、(17)、(35)，两个装在滑块(5)、(13)上的滑轮滑动导轮(2)、(3)、(4)和(14)、(15)、(16)，两个定滑轮驱动箱导轮(6)、(12)固定在驱动箱板(64)上通过三根钢丝绳(48)、(49)、(60)的传动将驱动信号传到各关节，带动其转动。
3).钢丝绳的绕制、牵动关系是本发明技术上的又一个关键，在这里，我们是这样安排的(见图2、图3)其驱动器(18)的转动，带动钢丝绳(48a)和钢丝绳(48b)一根伸长的同时另一根缩短，其动作通过滑轮组传递到第二关节(26)，则第二关节转动；其驱动器(34)的转动，带动钢丝绳(49a)和钢丝绳(49b)一根伸长的同时另一根缩短，其动作通过滑轮组传递到第一关节(27)，则第一关节转动；其驱动器(1)的转动，带动钢丝绳(60a)和钢丝绳(60b)一根伸长的同时另一根缩短，通过驱动箱导轮(6)和(12)，则钢丝绳的伸长和缩短的动作传递到滑动块(5)和(13)(见图3、图4和图5)，使其一个向前平移的同时，其另一块则向后平移，滑块的移动会同时拉动钢丝绳(48a)和(48b)或者(49a)和(49b)中的一组，而松动其中的另一组，导致第三关节(24)延转动轴(65)的转动。本发明所说的驱动器是广义的，它可以是各种电机，如交流伺服电机、直流司服电机及其他普通电机；也可以是液压马达，气动马达；也可以是动力连杆，齿轮传动，汽缸动力以及其他产生拉、伸动作的机械，只要有产生拉、伸动作，足可以由钢丝绳将计算机传递过来的控制信号传到关节器的指定关节上。至于驱动箱，其三关节驱动机构可以共用一个驱动箱，也可以每一个三关节驱动器用一个驱动箱。
第二我们来叙述本发明在方法上的方案，本发明完全使用钢丝绳来牵动，因此可以排除由于单纯机械传动所产生的误差，但是本发明必须从方法上有所突破，解决关节器之间的联合运动，以解决相互运动之间的不协调。我们提出了三关节串接联动的设计方法。这个方法包括两个内容，一个是钢丝绳的绕制方法，第二个是与其配套的驱动器的驱动方法。该方法的核心是
1).该三关节驱动机构是由多个三关节驱动器组组成的，三关节驱动器组是由多个三关节驱动器组成；2).其三关节驱动器的驱动方法是，该由计算机控制的三关节驱动器是通过钢丝绳把三自由度的三个关节串接联动起来的，该三关节的轴线，可以是互为平行的，也可以互为垂直的，也可以选用其他相对位置。其中两个关节分别各自用一个驱动器，通过滑轮各自驱动一根钢丝绳，采用闭式传动方式，形成关节的弯曲和伸直(或者形成关节轴的转动)；另一个关节用一个驱动器采用闭式传动方式，通过滑轮驱动一根钢丝绳，该钢丝绳又通过滑轮驱动前两根钢丝绳，形成第三关节的弯曲和伸直(或者形成该关节轴的转动)，并形成三个关节串接的联动，这个实现串接联动的关节，我们叫它作串接联动关节；3).在同一个关节器的三个关节中，自顶端向根端，其串接联动关节可以是第一关节，可以是第二关节，也可以是第三关节。
4).把第三关节设定为串接联动关节时，其三关节驱动器三个关节钢丝绳的一个联接方法的技术方案是(一)第一根钢丝绳(48)的一种连接方法是A.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)的固定点(63)上，该绳顺时针(相对于绳轮(17)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48b)，并顺时针绕过滑动导轮(14)后(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(31)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(71)内；b.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)上，该绳逆时针(相对于绳轮(17)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48a)，并逆时针绕过滑动导轮(14)后(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(56)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(70)内；(二)第二根钢丝绳(49)的一种连接方法是A.其钢丝绳(49)的中点固定在绳轮(35)上，该绳一端顺时针(相对于绳轮(35)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49b)，并顺时针绕过滑动导轮(2)后(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(30)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)(见图7)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(73)内；B.其钢丝绳(49)的中点固定在定滑轮绳轮(35)上，该绳逆时针(相对于绳轮(35)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49a)，并逆时针绕过滑动导轮(2)后(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(23)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)(见图7)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；(三)第三根钢丝绳(60)的一种连接方法是A.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳顺时针(相对于绳轮(9)的顶视方向)(见图3)绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60b)，并顺时针绕过定滑轮驱动箱导轮(6)后(相当于驱动箱导轮(6)的顶视方向)，逆时针绕过动滑轮滑动导轮(2)(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(7)(见图1)上；B.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳逆时针(相对于绳轮(9)的顶视方向)(见图3)绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60a)，并逆时针绕过定滑轮驱动箱导轮(12)后(相对于驱动箱导轮(12)的顶视方向)，顺时针绕过动滑轮滑动导轮(14)(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(11)(见图1)上。其三关节驱动器第三关节钢丝绳的联接，在第一关节(27)的绕制方法也可以按以下方法进行，即将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49b)再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；同时，将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49a)再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内。
第三我们来叙述本发明的用途，概括起来说，本发明有以下用途1).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来模仿人的任何关节“部件”，制成计算机控制的可运动的相关的机器人，如手关节、手腕关节、肘关节、臂关节、肩关节、脚关节、脚腕关节、腿关节、胯关节、腰关节和胫关节，比如制成机械手、多指多关节的灵巧手、机械手腕、步行机等；也可以制成计算机控制的可动作的整体机器人；2).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来模仿动物的关节制成计算机控制的机器动物，如蛇形关节机器人等；3).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来制成计算机控制的关节机械装置，如联动机、联轴器等联动机械。
经过充分的试验，本发明的技术方案有以下优点本发明完全选用钢丝绳牵动，克服了机械直接传动所造成的困难，提出了新的三关节驱动器方法和与之配合的驱动器和关节间的串接联动连接方法，克服了关节单独独立运动所造成的整体运动的失调，由于精度和灵巧度的提高，不需要为克服运动不协调，所作的复杂设计，使整个结构更加简便、合理、灵活、可靠，提高了正确性、稳定性和可操作性。
本发明有如下附图图1是本发明的总体设计示意图(包括图1-1和图1-2)；图中各图标说明如下关节器(51)、钢丝绳套组(52)、驱动机构(53)、基板(54)、支架(55)、计算机(59)。
图2是本发明三驱动器控制的三关节驱动机构第一实施例的总体结构示意图，它实际上是计算机控制的三指机械手的技术方案的示意图；图中各图标说明如下，滑动导轮(2)、(14)，驱动箱导轮(6)、(12)，螺杆(7)、(11)，螺母(8)、(10)，绳轮(9)、(17)、(35)，滑块(5)、(13)，驱动器(直流司服电机)(18)、(1)、(34)，钢丝绳套(19)、(20)、(32)、(33)，基关节(21)，三关节导轮(22)，第三关节(24)，二关节导轮(25)，第二关节(26)，一关节导轮(28)，第一关节(27)，固定孔(70)、(71)、(72)、(73)。
图3是本发明三驱动器控制的三关节驱动机构的驱动机构结构示意图；图中各图标说明如下，驱动器轴(36)、(39)、(42)，滑动导轮轴(37)(41)，驱动箱导轮轴(38)、(40)，绳轮(9)，边滑道板(43)、(45)、中滑道板(44)，驱动箱(46)，钢丝绳(48)、(49)(60)，驱动箱板(64)。
图4是本发明滑动块结构示意图；图中各图标说明如下，道槽(61a)、(61b)，钢丝绳(48a)、(48b)(60a)，滑轮(15)、(16)、(47)，凸块(50)、固定点(63)。
图5是导轮(22)的结构示意图；图中各图标说明如下，导轮轴(65)，关节滑轮(56)、(23)、(30)、(31)。
图6是导轮(25)的结构示意图；图中各图标说明如下，导轮轴(67)，关节滑轮(57)、(29)，固定孔(70)、(71)。
图7是导轮(28)的结构示意图；图中各图标说明如下，导轮轴(66)，关节滑轮(58)，固定孔(72)、(73)。
现在对照附图，对本发明的实施例作明确的叙述，图2是本发明的实施例，图3是图3中有关驱动箱部分的细图，是有三个自由度手指的机械手，每个手指有三个指关节。该机械手主要用于抓握操作。在本实施例中，第一第二关节的两个轴线是平行的，分别用一个驱动器(直流伺服电机)，从钢丝绳的中间向两个方向，各驱动同一根钢丝绳的两端，借助于滑轮和滑轮组，采用闭式传动方式，控制第一、第二关节，形成第一、第二指关节的弯曲和伸直；第三关节的轴线垂直于第一、第二关节的轴线，采用闭式传动方式，由一个驱动器(直流伺服电机)驱动另一根钢丝绳的两端，借助于滑轮和滑轮组，在牵动前两个关节的同时，牵动第三个关节，形成第三个关节的弯曲和伸直。本实施例所提的三指机械手，主要是由计算机(59)、手指(关节器)、手掌、驱动箱(46)、传动钢丝绳(48)、(49)、(60)及钢丝绳套(19)、(20)、(32) (33)，驱动器(直流伺服电机)(34)、(18)、(1)等组成。从结构上讲，本实施例把指端关节设定为第一关节(27)、中指界设定为第二关节(26)、把根指节设定为第三关节(24)，且把第三关节(24)设计成串接联动关节，第三关节装在不动的基指节(21)上。钢丝绳(48)(49)(60)借助滑轮和滑轮组将驱动器(直流伺服电机)(34)(18)(1)和指关节轴动态联接起来，在驱动器和关节器的之间的钢丝绳外面，包有钢丝绳套(19)(20)(32)(33)。在指关节轴上装有角度传感器，在第一关节的端头装有三维力传感器，传感器将所感受到的位移变化和指端所承受力的大小，传给计算机，计算机发出驱动信号，控制驱动器实现机械手的动作。基指节(21)固定在手掌上，手掌装在固定支架(55)上；驱动箱(46)由驱动箱板(64)、滑块(13)(5)、导轮(2)(3)(4)(6)(12)(14)(15)(16)、绳轮(9)(17)(35)及驱动器(直流伺服电机)(34)(18)(1)等组成。在计算机的控制下，将电机的旋转运动转变成拉、伸运动，实现对手指的驱动。本发明所使用的钢丝绳，需选用柔软性好，无伸缩性的钢丝绳，所使用的钢丝绳套，需选用受压力不产生缩变的钢丝绳套。
钢丝绳不同的绕制方法，将决定关节的运动方向，因此正确的绕制方法是本发明的一个技术关键，本实施例的绕制方法是1.对牵动第一关节钢丝绳的绕制方法是A.其钢丝绳(49)的中点固定在绳轮(35)上，(见图4)该绳一端顺时针(相对于绳轮(35)的顶视方向)绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49b)，并顺时针绕过滑动导轮(2)后(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(30)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)(见图7)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(73)内；B.其钢丝绳(49)的中点固定在定滑轮绳轮(35)上，该绳逆时针(相对于绳轮(35)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49a)，并逆时针绕过滑动导轮(2)后(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(23)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)(见图7)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；2.对牵动第二关节钢丝绳的绕制方法是A.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)的固定点(63)上，该绳顺时针(相对于绳轮(17)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48b)，并顺时针绕过滑动导轮(14)后(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(31)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(71)内；b.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)上，该绳逆时针(相对于绳轮(17)的顶视方向)(见图4)绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48a)，并逆时针绕过滑动导轮(14)后(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(56)，(相对于第三关节导轮(22)的顶视方向)(见图5)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)(相对于第二关节导轮(25)的顶视方向)(见图6)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(70)内；3.对牵动第三关节钢丝绳的绕制方法是A.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳顺时针(相对于绳轮(9)的顶视方向)(见图3)绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60b)，并顺时针绕过定滑轮驱动箱导轮(6)后(相当于驱动箱导轮(6)的顶视方向)，逆时针绕过动滑轮滑动导轮(2)(相对于滑动导轮(2)的顶视方向)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(7)(见图1)上；B.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳逆时针(相对于绳轮(9)的顶视方向)(见图3)绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60a)，并逆时针绕过定滑轮驱动箱导轮(12)后(相对于驱动箱导轮(12)的顶视方向)，顺时针绕过动滑轮滑动导轮(14)(相对于滑动导轮(14)的顶视方向)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(11)(见图1)上。其三关节驱动器第三关节钢丝绳的联接，在第一关节(27)的绕制方法也可以按以下方法进行，即将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49b)再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；同时，将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49a)再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)(相对于第一关节导轮(28)的顶视方向)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内。
权利要求
1.一种由计算机控制的驱动器驱动的由钢丝绳牵动的三关节驱动机构的驱动方法，其驱动方法上的特征是1).该三关节驱动机构是由多个三关节驱动器组组成的，三关节驱动器组是由多个三关节驱动器组成；2).其三关节驱动器的驱动方法是，该由计算机真空的三关节驱动器是通过钢丝绳把三自由度的三个关节串接联动起来的，该三关节的轴线，可以是互为平行的，也可以互为垂直的，也可以选用其他相对位置。其中两个关节分别各自用一个驱动器，通过滑轮各自驱动一根钢丝绳，采用闭式传动方式，形成对该两关节的直接控制，使该两关节弯曲和伸直，或者形成关节轴的转动；另一个关节用一个驱动器采用闭式传动方式，通过滑轮驱动一根钢丝绳，该钢丝绳又通过滑轮驱动前两根钢丝绳，形成该关节的弯曲和伸直，或者形成该关节轴的转动，并形成三个关节串接的联动；3).在同一个关节器的三个关节中，自顶端向根端，其串接联动关节可以是第一关节，可以是第二关节，也可以是第三关节。4).把第三关节设定为串接联动关节时，其三关节驱动器三个关节钢丝绳的一个联接方法是(一)第一根钢丝绳(48)的一种连接方法是A.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)上的固定点(63)，该绳顺时针绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48b)，并顺时针绕过滑动导轮(14)后，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(31)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(71)内；b.其钢丝绳(48)的中点固定在绳轮(17)上，该绳逆时针绕过绳轮(17)这段叫钢丝绳(48a)，并逆时针绕过滑动导轮(14)后，逆时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(56)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(57)，其绳头固定在位于第二关节(26)上的固定孔(70)内；(二)第二根钢丝绳(49)的一种连接方法是A.其钢丝绳(49)的中点固定在绳轮(35)上，该绳一端顺时针绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49b)，并顺时针绕过滑动导轮(2)后，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(30)，再逆时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(73)内；B.其钢丝绳(49)的中点固定在定滑轮绳轮(35)上，该绳逆时针绕过绳轮(35)这段叫钢丝绳(49a)，并逆时针绕过滑动导轮(2)后，顺时针绕过在定滑轮第三关节导轮(22)上的关节滑轮(23)，再顺时针绕过在动滑轮第二关节导轮(25)上的关节滑轮(29)，再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；(三)第三根钢丝绳(60)的一种连接方法是A.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳顺时针绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60b)，并顺时针绕过定滑轮驱动箱导轮(6)后，逆时针绕过动滑轮滑动导轮(2)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(7)上；B.其钢丝绳(60)的中点固定在定滑轮绳轮(9)上，该绳逆时针绕过绳轮(9)这段叫钢丝绳(60a)，并逆时针绕过定滑轮驱动箱导轮(12)后，顺时针绕过动滑轮滑动导轮(14)，其绳头固定在驱动箱板(64)上的螺杆(11)上。
2.根据权利要求1所述的三关节驱动机构的驱动方法，其特征是其三关节驱动器第三关节钢丝绳的联接，在第一关节(27)的绕制方法也可以按以下方法进行，即将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49b) 再逆时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内；同时，将已经绕过第二关节导轮(25)的钢丝绳(49a)再顺时针绕过在动滑轮第一关节导轮(28)上的关节滑轮(58)，其绳头固定在位于第一关节(27)上的固定孔(72)内。
3.一种由三个驱动器驱动的三关节驱动机构，该机构是由计算机控制的，由多个三关节驱动器组组成的，三关节驱动器组是由多个三关节驱动器组成的，其三关节驱动器的一种结构是由三个关节器(51)、三个驱动箱(53)、用九根钢丝绳及钢丝绳套组(52)、基板(54)和支架(55)联接而组成的，当本技术用来作机械手时，也会用各种技术方案，拿其中的一种三指机械手为例，其在机构上的特征是1).其三关节驱动器的关节的一种结构是，由第一关节(27)、第二关节(26)、第三关节(24)和基关节(21)组成的三自由度关节，它们之间是由关节导轮(28)、关节导轮(29)和关节导轮(22)动连接，经钢丝绳的牵动，第三关节(24)可随关节导轮轴(65)作相对于基关节(21)±90度的转动，基关节(21)固定在支架(55)上，支架(55)固定在基板(54)上；其第二关节(26)可随关节导轮(67)作相对于第三关节(24)±90度的转动，其运动的平面和三关节(24)运动的平面相垂直；第一关节(27)可随关节导轮轴(66)作相对于第二关节(26)±90度的转动，其运动的平面和第二关节(26)运动的平面相平行。2).其三关节驱动器的驱动器的一种结构是，驱动器的壳体是由箱板(64)、边滑道板(43)(45)中滑道板(44)组成，在箱板(64)组成，内部装有三个驱动器(1)、(18)、(34)，三个固定在驱动器轴上的绳轮(9)、(17)、(35)，两个装在滑块(5)、(13)上的定滑轮滑动导轮(2)、(14)，两个定滑轮驱动箱导轮(6)、 (12)固定在驱动箱板(64)上，三根钢丝绳(48)、(49)、(60)的传动，将驱动信号传送到各关节，带动其转动。3).其驱动器(18)的转动，带动钢丝绳(48a)和钢丝绳(48b)一根伸长的同时另一根缩短，其动作通过滑轮组传递到第二关节(26)，则第二关节转动；其驱动器(34)的转动，带动钢丝绳(49a)和钢丝绳(49b)一根伸长的同时另一根缩短，其动作通过滑轮组传递到第一关节(27)，则第一关节转动；其驱动器(1)的转动，带动钢丝绳(60a)和钢丝绳(60b)一根伸长的同时另一根缩短，通过驱动箱导轮(6)和(12)，则钢丝绳的伸长和缩短的动作传递到滑动块(5)和(13)，使其一个向前平移的同时，其另一块则向后平移，滑块的移动会同对拉动钢丝绳(48a)和(48b)或者(49a)和(49b)中的一组，而松动其中的另一组，导致第三关节(24)延转动轴(65)的转动。
4.根据权利要求3所述的三关节驱动机构，其特征是其驱动器可以是各种电机，如交流伺服电机、直流司服电机及其他普通电机；也可以是液压马达，气动马达；也可以是动力连杆，齿轮传动，汽缸动力以及其他产生拉、伸动作的机械。
5.根据权利要求3所述的三关节驱动机构，其特征是其三关节驱动机构可以共用一个驱动箱，也可以每一个三关节驱动器用一个驱动箱。
6.一种由三个驱动器驱动的三关节驱动机构的用途，其用途上的特征是1).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来模仿人的任何关节“部件”，制成计算机控制的可运动的相关的机器人，如手关节、手腕关节、肘关节、臂关节、肩关节、脚关节、脚腕关节、腿关节、胯关节、腰关节和胫关节，比如制成机械手、多指多关节的灵巧手、机械手腕、步行机等；也可以制成计算机控制的可动作的整体机器人；2).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来模仿动物的关节制成计算机控制的机器动物，如蛇形关节机器人等；3).三关节驱动机构及其驱动方法，可以用来制成计算机控制的关节机械装置，如联动机、联轴器等联动机械。
全文摘要
本发明提出了一个由计算机控制驱动器，由驱动器牵动钢丝绳，由钢丝绳牵动关节器的三关节驱动机构，提出了钢丝绳直接对关节的牵动和用钢丝绳实现的串接联动牵动关节的方法，经济地实现了高水平关节驱动器的整体运动，在经济的条件下，较大地提高了关节驱动器的正确性、稳定性、灵巧性、和可操作性，试验证明，本发明的三关节驱动机构，在科研、生产中都会有很广的使用价值。
文档编号B25J17/00GK1136988SQ95105919
公开日1996年12月4日 申请日期1995年5月31日 优先权日1995年5月31日
发明者钱锡康, 张启先 申请人:北京航空航天大学