一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法
【专利摘要】本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法；所述的混联机械臂，包括：基座、大臂、传动齿轮箱、小臂、末端执行器、柔索驱动器。所述搬运方法包括7个操作步骤。有益的技术效果：本发明避免纯粹串联机械臂重量、惯量大和纯粹并联机械臂工作空间相对较小两类问题的出现。本发明除腕部驱动电机外，其余所有电机都通过柔索或传动机构转移至基座上，减轻了机械臂运动部件的负载，提高了其运动快速性。本发明具有自锁功能的传动机构和具有缓冲作用的弹簧，提高了机构安全性、可靠性；具有七个自由度，机械臂动作灵活、轨迹多变且工作空间大。
【专利说明】
一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法
技术领域
[0001]本发明涉及工业机械臂领域，具体是一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法。
【背景技术】
[0002]机械臂是各种工程机械设备的关键部件，在工、农业等领域中有着广泛的应用。机械臂作为机器人的主要执行机构，直接影响到的是末端执行器的位置，故其结构的优化设计工作至关重要。现有市场上可实现重物搬运的机械臂多为纯粹的刚性结构，其中又以关节型机械臂此类串联型机械臂为代表性产品。关节型机械臂虽具有动作较灵活、占用空间小的优势，但由于其每个关节都安装有驱动电机，而这些电机在机械臂作业时会成为传动负载，所以关节型机械臂具有惯量大、关节误差累积的缺点，无法实现高速重载作业。并联机构作为一种新兴构型，凭借高刚度、高承载能力的优点，向人类社会证明了自己的潜力，在工业领域内拥有良好的应用前景。中国专利CN20141083584900涉及一种索杆复合驱动的并联码垛机器人，拥有柔索并联机构，适用于高速重载场合，但仍有不足之处:第一，柔索只能提供单向的驱动力，该机构小臂在放下时只能依靠自重，减弱了定位准确性;第二，机构不具备自锁功能，安全性、可靠性不强;第三，机构自由度的数量限制了其工作空间的拓展。国际专利PCT/CA2003/000987公开了一系列采用柔索的轻型并联机械臂，由于其过度追求快速性，机构无法实现重载作业；同时该系列机械臂也存在工作空间小的缺点。由此看来，纯粹的串联或并联机构已经渐渐无法适应机械高精度化、高速化的发展趋势。
【发明内容】
[0003]本发明为克服上述现有技术存在的不足之处，提供一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法;基于现有的索杆复合驱动的并联码垛机器人，进行了机械臂的优化设计工作，旨在整合纯粹的串联或并联机械臂各自的优点，避免纯粹串联机械臂重量、惯量大和纯粹并联机械臂工作空间相对较小两类问题的出现。除腕部驱动电机外，其余所有电机都通过柔索或传动机构转移至基座(即机架)上，减轻了机械臂运动部件的负载，提高了其运动快速性。所述机械臂采用具有自锁功能的传动机构(如蜗轮蜗杆)和具有缓冲作用的弹簧，提高了机构安全性、可靠性;具有七个自由度，机械臂动作灵活、轨迹多变且工作空间大。
[0004]本发明通过以下技术方案达到上述目的:
[0005]—种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，包括基座1000、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、末端执行器5000、和柔索驱动器6000。其中，
[0006]基座1000安装在地基上。在基座(1000)内设有驱动电机；
[0007]大臂2000呈长杆状。大臂2000的一端与基座1000活动连接。大臂2000的另一端与传动齿轮箱3000的一侧端面活动连接。通过大臂2000将由基座1000内驱动电机产生的转矩传输到传动齿轮箱3000中。
[0008]传动齿轮箱3000的另一侧端面与小臂4000的一端活动连接。传动齿轮箱3000起传递转矩的作用，将基座1000、大臂2000传输来的转矩传递到小臂4000。
[0009]小臂4000的另一端与末端执行器5000活动连接。
[0010]在基座1000周围地基上设有2个以上的柔索驱动器6000。在传动齿轮箱3000与每个柔索驱动器6000之间配有柔索。通过传动齿轮箱3000与柔索驱动器6000之间的柔索、大臂2000、柔索驱动器6000带动传动齿轮箱3000运动及协同定位。
[0011]在传动齿轮箱3000与基座1000间配有柔索。在传动齿轮箱3000与小臂4000上配有一根柔索。通过传动齿轮箱3000与小臂4000之间的柔索、传动齿轮箱3000与基座1000之间的柔索、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、柔索驱动器6000带动末端执行器5000运动及协同定位。
[0012]换言之，所述基座1000安装在机架或地面上，通过虎克铰链结构与大臂2000—端相连，故大臂2000能相对于基座1000做两个自由度的旋转运动，所述虎克铰链结构为从动结构。大臂2000另一端通过另一虎克铰链结构与传动齿轮箱3000相连，所述虎克铰链结构为主动结构，大臂2000相对于基座1000的旋转自由度由其提供。所述大臂2000具有伸缩结构，故其还拥有一个移动自由度。所述小臂4000安装在传动齿轮箱3000上，具有两个旋转自由度。所述末端执行器5000在本发明中采用吸附式结构，安装在小臂4000上，其上安装的腕部电机提供一个旋转自由度。所述传动齿轮箱3000还通过三根外部驱动柔索分别与三个柔索驱动器6000相连，具有一个旋转自由度。所述柔索驱动器呈品字型分布安装在机架(或地面)上。
[0013]采用本发明进行高速重载物料搬运作业的步骤如下:
[0014]步骤I: “初始化”步骤，对驱动电机进行初始化，确保驱动电机处于初始位置。
[0015]步骤2: “粗定位”步骤，下分为步骤2.1和步骤2.2两个并列步骤。
[0016]步骤2.1:三个柔索驱动器通过三根外部驱动柔索对传动齿轮箱实现联动定位控制。
[0017]步骤2.2:驱动电机通过正反转控制大臂的伸/缩动作。
[0018]步骤3: “精定位”步骤，下分为步骤3.1和步骤3.2两个并列步骤。
[0019]步骤3.1:驱动电机控制小臂空载平移。
[0020]步骤3.2:驱动电机控制小臂空载提升/放下。
[0021]步骤4:“重物抓取”步骤，末端执行器吸附住操作对象。
[0022]步骤5: “重物搬运”步骤，下分为步骤5.1和步骤5.2两个并列步骤。
[0023]步骤5.1:驱动电机控制小臂带动操作对象平移。
[0024]步骤5.2:驱动电机控制小臂带动操作对象提升/放下。
[0025]步骤6: “重物放下”步骤，吸附式末端执行器停止工作，重物落在目标位置，单次作业结束。
[0026]步骤7:“循环”步骤，返回第2步。
[0027]本发明的有益技术效果在于:
[0028]1.机构为七自由度的混联机械臂，工作空间大而轨迹灵活多变。机构模块化，分为基座、大臂、传动齿轮箱、小臂和柔索驱动器五个模块。空间位置微调时采用单独控制，正常作业时采用联动控制，提高了机构的可操作性。
[0029]2.采用了具有自锁功能的传动机构，如蜗轮蜗杆传动，提高了机构的安全性。采用了圆柱螺旋扭转弹簧，安装于小臂与旋转轴之间，既可以在小臂空载时协助小臂快速复位，也可以在小臂提升重物时起到缓冲作用，提高机构的定位准确性和工作安全性、可靠性。
[0030]3.灵活利用了柔索、力的转向机构(如滑轮)和转矩传输机构(如齿轮组)将驱动电机转移至基座和机架，减小了机构运动部位的运动惯量，提高了快速性，适用于高速重载、高速轻载等多类场合，应用范围广。
【附图说明】
[0031]图1是七自由度索杆复合驱动的混联机械臂作业时的等轴测视图。
[0032]图2是七自由度索杆复合驱动的混联机械臂作业时的正视图。
[0033]图3是七自由度索杆复合驱动的混联机械臂作业时的侧视图。
[0034]图4是七自由度索杆复合驱动的混联机械臂作业时的俯视图。
[0035]图5基座机构爆炸视图的局部视图。
[0036]图6基座机构爆炸视图的局部视图。
[0037]图7基座结构的爆炸视图。
[0038]图8是回转平台内部结构示意图。
[0039]图9是大臂结构示意图。
[0040]图10是传动齿轮箱内部结构示意图。
[0041]图11是传动齿轮箱内部结构示意图。
[0042]图12是传动齿轮箱内部结构示意图。
[0043]图13是小臂结构示意图。
[0044]图14是柔索驱动器结构示意图。
[0045]图15是图5整体结构的立体示意图。
[0046]图16是图5内部结构的剖视图。
[0047]图17是图6所示结构组装在一起后的内部结构剖视图。
[0048]图18是图9中第一大臂分臂2004与第二大臂分臂2007连接关系的细节图。
[0049 ]图19是图12所示结构组装在一起后的内部结构剖视图。
[0050]图中:基座1000、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、末端执行器5000、柔索驱动器6000、机架7000、重物8000、基座本体1001、第一齿轮1002、第一驱动电机1003、端盖1004、第二齿轮1005、第三齿轮1006、第二驱动电机1007、第三驱动电机1008、离合器1009、第一传动轴1010、第四驱动电机1011、第四齿轮1012、回转平台1013、外圈回转支承1014、内圈回转支承1015、第一卷筒1016、第五齿轮1017、第一连接筒1018、薄套筒1019、第一滚动轴承1020、第二滚动轴承1021、过渡筒1022、第一孔用挡圈1023、第三滚动轴承1024、第二孔用挡圈1025、第二传动轴1026、第一驱动柔索1027、第一滑轮1028、第一铆钉1029、滚动体1030、第一^h字轴2001、第三传动轴2002、第二连接筒2003、第一大臂分臂2004、第二十字轴2005、第三连接筒2006、第二大臂分臂2007、防尘透明罩2008、螺旋杆2009、第四连接筒3001、顶部回转平台3002、基础箱体3003、第二卷筒3004、第一轴用挡圈3005、蜗杆3006、第二驱动柔索3007、右箱体3008、第二铆钉3009、第二滑轮3010、第三滑轮3011、第三铆钉3012、导向滑轮座3013、第四滚动轴承3014、第二轴用挡圈3015、滚动轴承座3016、左箱体3017、加长旋转轴3018、第三轴用挡圈3019、第五滚动轴承3020、蜗轮3021、旋转轴3022、第四轴用挡圈3023、第一锥齿轮3024、第二锥齿轮3025、第六滚动轴承3026、第五轴用挡圈3027、柔索套3028、关节轴承3029、第六轴用挡圈3030、外圈无齿式回转支承3031、内圈无齿式回转支承3032、第七滚动轴承3033、第三孔用挡圈3034、第四传动轴3035、圆柱螺旋扭转弹簧4001、主小臂4002、副小臂4003、第一连接轴4004、第二连接轴4005、第五驱动电机4006、末端执行器安装座4007、柔索环4008、第四滑轮6001、第四铆钉6002、第七轴用挡圈6003、滑轮座6004、第八滚动轴承6005、第三驱动柔索6006、电动绞盘6007、驱动器本体
6008 ο
【具体实施方式】
[0051 ]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0052]参见图1至4是七自由度索杆复合驱动的混联机械臂作业时的具体效果图。
[0053]一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，包括基座1000、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、末端执行器5000、柔索驱动器6000。
[0054]参见图5至7和图17，基座1000安装在地基或机架上。基座1000负责支撑大臂2000的作用。在基座(1000)内设有驱动电机。
[0055]参见图9和图18，大臂2000呈长杆状，且具有伸缩结构。大臂2000的一端与基座1000活动连接。大臂2000的另一端与传动齿轮箱3000的一侧端面活动连接。大臂2000能够沿其长度方向伸缩运动。通过大臂2000将由基座1000内驱动电机产生的转矩传输到传动齿轮箱3000中。
[0056]参见图10至12、图15、图16和图19，传动齿轮箱3000的另一侧端面与小臂4000的一端活动连接。传动齿轮箱3000起传递转矩的作用，将基座1000、大臂2000传输来的转矩传递到小臂4000。
[0057]参见图13，小臂4000的另一端与末端执行器5000活动连接。末端执行器5000，直接执行机械臂的各种操作和任务。
[0058]参见图1、8和14，在基座1000周围地基地基也可换为机架上设有2个以上的柔索驱动器6000优选的方案是设有3个柔索驱动器6000。在传动齿轮箱3000与每个柔索驱动器6000之间配有柔索。通过传动齿轮箱3000与柔索驱动器6000之间的柔索、大臂2000、柔索驱动器6000带动传动齿轮箱3000运动及协同定位。
[0059]参见图1至4，在传动齿轮箱3000与基座1000间配有柔索。优选的方案是，在传动齿轮箱3000与基座1000之间配有六根柔索，且传动齿轮箱3000与基座1000之间的每根柔索长度互等。
[0060]在传动齿轮箱3000与小臂4000上配有一根柔索。
[0061 ]通过传动齿轮箱3000与小臂4000之间的柔索、传动齿轮箱3000与基座1000之间的柔索、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、柔索驱动器6000带动末端执行器5000运动及协同定位。
[0062]参见图1至4，进一步说，通过虎克铰链结构将基座1000与大臂2000的一端相连，且大臂2000自身能沿其长度方向伸长或缩短。即大臂2000能相对于基座1000做两个自由度的旋转运动。大臂2000包含第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007。所述第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007之间相对移动，即大臂2000能够伸缩。进一步说，基座1000与大臂2000之间虎克铰链结构为从动结构。基座1000与大臂2000之间虎克铰链结构由第一连接筒1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003组成。第二连接筒2003与第一大臂分臂2004固结。所述第一大臂分臂2004内部设有螺旋杆2009，螺旋杆2009与第二大臂分臂2007螺纹连接，螺旋杆2009、第二大臂分臂2007之间相对转动，即所述第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007之间能够相对移动，即大臂2000能够伸缩。
[0063]通过虎克铰链结构，大臂2000的另一端与传动齿轮箱3000相连。进一步说，大臂2000与传动齿轮箱3000之间的虎克铰链结构为主动结构。大臂2000与传动齿轮箱3000之间的虎克铰链结构，由第三连接筒2006、第二十字轴2005、第四连接筒3001组成。第三连接筒2006与第二大臂分臂2007固结。
[0064]所述小臂4000安装在传动齿轮箱3000上。所述小臂4000具有两个旋转自由度。所述小臂4000包含主小臂4002和副小臂4003。
[0065]末端执行器5000安装在小臂4000上。进一步说，末端执行器5000为吸附式结构。在末端执行器5000上安装的腕部电机，即其具有一个旋转自由度。
[0066]传动齿轮箱3000通过三根柔索分别与三个柔索驱动器6000相连。即传动齿轮箱3000具有一个旋转自由度。传动齿轮箱3000内含有一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆，通过传动齿轮箱3000内的锥齿轮和蜗轮蜗杆改变转矩方向。
[0067]在基座1000周围设有3个柔索驱动器6000。柔索驱动器6000呈品字型分布。
[0068]结合图1-4，针对本混联机械臂自由度进一步阐述如下:所述基座1000安装在机架7000上，通过虎克铰链结构与大臂2000—端相连，故大臂2000能相对于基座1000做两个自由度的旋转运动，所述虎克铰链结构由第一连接筒1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003组成。大臂2000另一端通过另一虎克铰链结构与传动齿轮箱3000相连，该虎克铰链结构为主动结构，由第三连接筒2006、第二十字轴2005、第四连接筒3001组成，而由第一连接筒
1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003组成的虎克铰链是从动结构，两者中主动虎克铰链赋予了大臂2000两个旋转自由度，从动虎克铰链不增加机械臂的自由度。所述大臂2000具有伸缩结构，具体体现是第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007的相对移动，故其还拥有一个移动自由度。所述小臂4000安装在传动齿轮箱3000上，具有两个旋转自由度:沿加长旋转轴3018轴线的旋转、沿圆柱螺旋扭转弹簧4001轴线的旋转。所述末端执行器5000在本发明中采用吸附式结构，工作时通过吸附对重物8000进行“抓取”，其通过第一连接轴4004、第二连接轴4005安装在小臂4000上，其上安装的腕部电机即第五驱动电机4006提供一个旋转自由度。所述传动齿轮箱3000还通过三根外部驱动柔索即第三驱动柔索6006分别与三个柔索驱动器6000相连，具有一个旋转自由度。所述柔索驱动器6000呈品字型分布安装在机架7000 上。
[0069]所述基座1000安装在机架7000上，主要起支撑和安装部分驱动电机的作用，基座1000上总计安装有四个驱动电机。考虑到机械臂的作业环境，基座1000安装平面与水平面的夹角设置为四十五度，有效地扩大有效工作空间。
[0070]所述传动齿轮箱3000处于整个机构的最上方，具有一个旋转自由度，是连接大臂2000与小臂4000的关键部件。传动齿轮箱3000中分别设有一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆，以此改变转矩方向满足需求。此处机构尽量采用了蜗杆传动等具有自锁功能的传动机构，防止机构在闲置时乱窜，提高机构安全性。所述传动齿轮箱3000通过一根加长旋转轴3018与小臂4000相连，加长旋转轴3018轴线与传动齿轮箱3000安装平面的夹角为四十五度。
[0071]所述小臂4000分为主小臂4002和副小臂4003，安装在加长旋转轴3018上，具有两个自由度。小臂4000与加长旋转轴3018之间安装有圆柱螺旋扭转弹簧，既可以在小臂4000空载时协助小臂4000的复位动作，也可以在小臂4000提升重物8000时起到一定缓冲作用，提高机构的可靠性。小臂4000最前端连接有末端执行器安装座4007，设有腕部驱动电机以驱动末端执行器5000的回转自由度。同时为了保持机械臂末端执行器5000的轴线与地面始终垂直，小臂4000的机构利用了 “平行四边形”原理，末端执行器5000轴线与旋转轴轴线始终平行。“平行四边形”的相互耦合作用，增加了整个机械臂系统的刚度，减小了系统在启动与急停情况下造成的机械臂颤动。小臂4000的两个旋转自由度由基座1000传递至小臂4000的转矩驱动。所述转矩在传输时米用两套并行的传输机构，具体分为内转矩传输机构和外转矩传输机构两部分，两套机构同轴且相互之间不干涉。
[0072]进一步说，基座1000包括第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、支承模块、转矩导向模块。在基座1000的每个驱动模块内安装有驱动电机。其中，第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、转矩导向模块分别与支承模块相连接，其中第一驱动模块还与转矩导向模块相连接。
[0073]第一驱动模块负责收放柔索，使柔索在大臂2000进行伸缩动作时，保持拉紧的状态。第二驱动模块负责驱动小臂4000的平移动作。第三驱动模块负责驱动大臂2000的伸缩动作。第四驱动模块负责驱动小臂4000在竖直平面内的转动。转矩导向模块负责将第四驱动模块的转矩转换成牵引力传输到小臂4000。支承模块负责保持基座1000内的第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块之间的相对位置关系。
[0074]参见图1、图3、图5至7、图18，进一步说，第一驱动模块包括第一驱动电机1003、第一齿轮1002、第五齿轮1017、第一卷筒1016。
[0075]第二驱动模块包括第二驱动电机1007、第三齿轮1006、第二齿轮1005、第二传动轴1026、第一孔用挡圈1023、第三滚动轴承1024、第二孔用挡圈1025第一连接筒1018、薄套筒
1019、第一滚动轴承1020、过渡筒1022。
[0076]第三驱动模块包括第三驱动电机1008、离合器1009、第一传动轴1010。
[0077]第四驱动模块包括第四驱动电机1011、第四齿轮1012、外圈回转支承1014、回转平台1013、内圈回转支承1015。
[0078]支承模块包括基座本体1001、端盖1004、第二滚动轴承1021。
[0079]转矩导向模块包括第一驱动柔索1027、第一滑轮1028、第一铆钉1029、滚动体1030。
[0080]参见图1、图5至7、图18，进一步说，基座本体1001为一端封口的圆筒。在基座本体1001封口端端面上开有贯穿孔，在贯穿孔的外部、封口端端面的外侧设有I个环形凸台。在环形凸台同侧的基座本体1001的端面上设有2个驱动电机支架，且分别配有第四驱动电机1011、第二驱动电机1007。其中，第四驱动电机1011与第四齿轮1012相连，第二驱动电机1007与第三齿轮1006相连。
[0081 ] 基座本体1001上的环形凸台与端盖1004相连接。即基座本体1001的端面、环形凸台与端盖1004构成I个腔室。在由基座本体1001的端面、环形凸台与端盖1004构成的腔室内设有第二齿轮1005。
[0082]所述端盖1004为环形。端盖1004的外侧边缘为圆形，端盖1004的内侧边缘为矩形。其中，在端盖1004的外侧边缘设有I个驱动电机支架。在与端盖1004相连的驱动电机支架上设有第一驱动电机1003。所述第一驱动电机1003与第一齿轮1002相连接。基座本体1001上的2个驱动电机支架、端盖1004上的驱动电机支架成“品”字形分布。在端盖1004的矩形边缘设有向外突起的矩形板。在向外突起的矩形板上设有I个圆孔和I个齿轮窗口。向外突起的矩形板上的圆孔的位置与基座本体1001上贯穿孔的位置相对应，向外突起的矩形板上的齿轮窗口的位置与第二驱动电机1007的位置相对应，通过该齿轮窗口，令与第二驱动电机1007相连的第三齿轮1006与第二齿轮1005相互啮合。
[0083]参见图1、图5至7、图18，进一步说，第二驱动模块内的连接关系为，第二传动轴1026的一端穿过基座本体1001的贯穿孔与第二齿轮1005之间通过键连接。所述第二传动轴1026通过一对第三滚动轴承1024和一对第二孔用挡圈1025安装在基座本体1001的贯穿孔内。进一步说，第三滚动轴承1024的内圈与第二传动轴1026轴身相连，第三滚动轴承1024的外圈与基座本体1001的贯穿孔孔壁相连，每只第三滚动轴承1024的外侧端面分别贴合有一只第二孔用挡圈1025，所述第二孔用挡圈1025固定在基座本体1001的贯穿孔孔壁上。第二传动轴1026另一端穿过过渡筒1022与第一连接筒1018相连接。进一步说，第二传动轴1026通过第一滚动轴承1020安装在过渡筒1022内部。所述第一滚动轴承1020—侧端面与薄套筒1019的一侧端面贴合。薄套筒1019的另一侧端面紧贴在第一连接筒1018的一侧端面上。第一连接筒1018与大臂2000相连接。在第一驱动模块与柔索驱动模块的连接关系为，在过渡筒1022的外部设有第二滚动轴承1021，第二滚动轴承1021的外圈与第一卷筒1016的内壁相连接。第一卷筒1016朝向基座本体1001内部的一侧端部与第五齿轮1017相连。第五齿轮1017与第一齿轮1002相互啮合。
[0084]所述第一卷筒1016另一端与第一驱动柔索1027相连。进一步说，第一卷筒1016部分外表面设有六道矩形齿槽，齿槽深而窄，第一驱动柔索1027共有六根，每根第一驱动柔索1027间相互独立，分别缠于每道矩形齿槽内。第一驱动柔索1027经滚动体1030、第一滑轮1028的导向作用从回转平台1013内部穿出与传动齿轮箱3000相连。进一步说，滚动体1030安装在回转平台1013内部，数量与第一驱动柔索1027的数量相同。第一滑轮1028通过第一铆钉1029安装在回转平台1013内部，第一滑轮1028、第一铆钉1029的数量与第一驱动柔索1027的数量相同。
[0085]与第一卷筒1016相连接。在朝向外圈回转支承1014—侧的第一卷筒1016的外表面的端部设有齿，第一卷筒1016的另一侧端部与第五齿轮1017相连。其中，第一齿轮1002与第五齿轮1017相互啮合，
[0086]参见图1至2、图5至7、图18，进一步说，在第三驱动模块内:在端盖1004向外突起的矩形板的外端面上设有第三驱动电机1008。通过离合器1009将第三驱动电机1008的转轴与第一传动轴1010的一端相连接。在第二传动轴1026、第一连接筒1018的轴心处设有圆孔，位置与基座本体1001上贯穿孔的位置相对应。第一传动轴1010的杆身穿过向外突起的矩形板的圆孔后依次穿过所述第二传动轴1026、第一连接筒1018轴心处的圆孔，与大臂2000的第三传动轴2002相连接。进一步说，基座1000的第一传动轴1010与大臂2000的第三传动轴2002通过球铰链连接。所述球铰链在安装时，其旋转中心重合于第一连接筒1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003组成的虎克铰链结构的旋转中心。
[0087]参见图1、图4至7、图18，进一步说，在第四驱动模块内，回转平台1013为圆筒状。回转平台1013的轴向一端与外圈回转支承1014的轴向一端相连接。外圈回转支承1014为圆环状，且外表面设有齿。外圈回转支承1014通过回转支承滚动体与内圈回转支承1015组合成一回转支承，外圈回转支承1014与内圈回转支承1015间能够相互转动。内圈回转支承1015朝向基座本体1001内部的一侧端面固结在基座本体1001上。外圈回转支承1014与第四齿轮1012相互啮合。
[0088]参考图5至图7，基座1000内各零件之间的连接、运动机理为:
[0089]第二驱动电机1007为第二驱动模块的驱动电机，转矩先通过一对啮合的减速齿轮组第三齿轮1006和第二齿轮1005进行放大，其中第三齿轮1006通过键连接与第二驱动电机1007相连。所述第二齿轮1005上通过键连接安装有第二传动轴1026，第二传动轴1026通过一对第三滚动轴承1024和一对第一孔用挡圈1023安装在基座本体1001上。所述第二传动轴1026的另一端安装有第一连接筒1018，为减小第二传动轴1026的晃动，另设有薄套筒1019和第一滚动轴承1020与过渡筒1022配合，故第一连接筒1018的转动由第二驱动电机1007驱动。
[0090]其中，位于第二传动轴1026内部并与之同轴的第一传动轴1010通过离合器1009与第三驱动电机1008相连。第三驱动电机1008为第三驱动模块的驱动电机，离合器1009接合时第三驱动电机1008驱动第一传动轴11的转动。
[0091]所述第四驱动模块的驱动电机为第四驱动电机1011，其电机轴上安装有第四齿轮1012，通过第四齿轮1012和外圈回转支承1014的啮合作用将转矩传输给与外圈回转支承1014固结的回转平台1013。外圈回转支承1014通过回转支承滚动体与内圈回转支承1015组合成一回转支承，外圈回转支承1014与内圈回转支承1015间能够相互转动。所述内圈回转支承1015固结在基座本体1001上，所以回转平台1013可相对与基座本体1001做回转运动，动力由第四驱动电机1011提供。
[0092]第一驱动电机1003为所述第一驱动模块的驱动电机，其电机轴上安装有第一齿轮1002，通过第一齿轮1002与第五齿轮1017的啮合作用将转矩传输给与第五齿轮1017固结的第一卷筒1016。在过渡筒1022的外部设有第二滚动轴承1021，第二滚动轴承1021的外圈与第一卷筒1016的内壁相连接，第一卷筒1016能够相对于过渡筒1022转动，动力由第一驱动电机1003提供。
[0093]第一卷筒1016的转动引导第一驱动柔索1027的运动。所述第一驱动柔索1027经滚动体1030、第一滑轮1028的导向作用从回转平台1013内部穿出与传动齿轮箱3000的基础箱体3003相连，将第一驱动电机1003的转矩传递给传动齿轮箱3000。
[0094]参见图4、图9和图19，进一步说，大臂2000包括第一^h字轴2001、第三传动轴2002、第二连接筒2003、第一大臂分臂2004、第二十字轴2005、第三连接筒2006、第二大臂分臂2007、防尘透明罩2008、螺旋杆2009。
[0095]第二连接筒2003的一端与第一大臂分臂2004的一端相连。在第二连接筒2003的另一端连接有第一^h字轴2001。所述第一大臂分臂2004、第二连接筒2003、第一^h字轴2001皆为空心结构，第三传动轴2002分别穿过第一^h字轴2001、第二连接筒2003、第一大臂分臂2004内部与位于第一大臂分臂2004内部的螺旋杆2009相连接。所述第三传动轴2002通过球铰链与基座1000的第一传动轴1010相连接将基座1000传输来的转矩传递到螺旋杆2009。
[0096]第一大臂分臂2004的另一端经直线型导轨与第二大臂分臂2007的一端相连，在直线型导轨外设有防尘透明罩2008。防尘透明罩2008的两端分别与第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007的一端相连。在第二大臂分臂2007朝向螺旋杆2009—侧端面上设有螺纹孔，第二大臂分臂2007与螺旋杆2009螺纹连接。基座1000的转矩传输到螺旋杆2009，驱动螺旋杆2009、第二大臂分臂2007间的相对转动，带动由直线型导轨引导的第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007间的轴向前后移动，S卩大臂2000能够伸缩。
[0097]进一步说，防尘透明罩2008的材质为软体材料，防尘透明罩2008随第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007之间的轴向前后移动而形变。第二大臂分臂2007的另一端与第三连接筒2006的一端相连接。在第三连接筒2006的另一端设有第二十字轴2005。
[0098]所述第一^h字轴2001用于与基座1000相连接，所述第二十字轴2005用于与传动齿轮箱3000相连接。
[0099]使用时，基座1000的第一连接筒1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003之间组成虎克铰链。所述第二连接筒2003与第一大臂分臂2004固结，第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007组合成移动副，第二大臂分臂2007与第三连接筒2006固结，故第二驱动电机1007的转矩由第一连接筒1018传递至第三连接筒2006。所述第三连接筒2006、第二十字轴2005、传动齿轮箱3000的第四连接筒3001之间组成另一虎克铰链，故第二驱动电机1007的转矩由第三连接筒2006传递至传动齿轮箱3000。
[0100]参见图10至图13、图18，进一步说，传动齿轮箱3000包括第四连接筒3001、顶部回转平台3002、基础箱体3003、第二卷筒3004、第一轴用挡圈3005、蜗杆3006、第二驱动柔索3007、右箱体3008、第二铆钉3009、第二滑轮3010、第三滑轮3011、第三铆钉3012、导向滑轮座3013、第四滚动轴承3014、第二轴用挡圈3015、滚动轴承座3016、左箱体3017、加长旋转轴3018、第三轴用挡圈3019、第五滚动轴承3020、蜗轮3021、旋转轴3022、第四轴用挡圈3023、第一锥齿轮3024、第二锥齿轮3025、第六滚动轴承3026、第五轴用挡圈3027、柔索套3028、关节轴承3029、第六轴用挡圈3030、外圈无齿式回转支承3031、内圈无齿式回转支承3032、第七滚动轴承3033、第三孔用挡圈3034、第四传动轴3035。
[0101]传动齿轮箱3000内部的具体连接关系为:
[0102]基础箱体3003呈圆筒状。基础箱体3003的底部与顶部回转平台3002相连。所述顶部回转平台3002呈阶梯形圆筒状，在顶部回转平台3002的底部设有第四连接筒3001。所述第四连接筒3001用于与大臂2000相连接。
[0103]在基础箱体3003底部设有空腔，基础箱体3003的空腔的顶部与外圈无齿式回转支承3031相连接。外圈无齿式回转支承3031通过回转支承滚动体与内圈无齿式回转支承3032组合成一回转支承，外圈无齿式回转支承3031与内圈无齿式回转支承3032间能够相互转动。所述顶部回转平台3002包括3级圆台:顶部圆台、中部圆台、底部圆台。在底部圆台的底部设有底部圆环。所述顶部圆台、中部圆台、底部圆台、底部圆环的半径逐个增大。所述底部圆环的底面上等角度设有六个圆孔，柔索套3028通过关节轴承3029安装在圆孔内。柔索套3028、关节轴承3029与圆孔数量相同。在底部圆台的顶部、中部圆台上套有内圈无齿式回转支承3032。在中部圆台的顶部、顶部圆台上套有蜗轮3021。在顶部圆台的顶端设有贯穿圆孔，第四传动轴3035穿过顶部圆台顶端的贯穿圆孔与第四连接筒3001相连。进一步说，第四传动轴3035通过第七滚动轴承3033与第三孔用挡圈3034安装在顶部圆台顶端的贯穿圆孔内部。第七滚动轴承3033的内圈与第四传动轴3035轴身相连，第七滚动轴承3033的外圈与顶部圆台顶端的贯穿圆孔内壁相连，每只第七滚动轴承3033的外侧端面分别贴合有一只第三孔用挡圈3034，所述第三孔用挡圈3034固定在顶部圆台顶端的贯穿圆孔内壁上。第四传动轴3035的另一端通过键连接第二锥齿轮3025，第二锥齿轮3025底面和第四传动轴3035轴身安装有第六轴用挡圈3030。
[0104]在基础箱体3003的侧壁上等角度设有三个圆环，基础箱体3003上的圆环负责与柔索驱动器6000中第三驱动柔索6006的一端相连。
[0105]在基础箱体3003的顶部设有一凸台，基础箱体3003上的凸台的顶部设有左箱体3017、右箱体3008，左箱体3017、右箱体3008内部的形状结构关于其接合面对称。左箱体3017、右箱体3008为顶部封口、底部开口的圆筒。由基础箱体3003将第二锥齿轮3025、蜗轮3021、蜗杆3006罩住。在左箱体3017、右箱体3008的侧壁上设有侧壁箱体。所述侧壁箱体为底部开口、顶部封口的圆筒。在侧壁箱体内设有加长旋转轴3018、第三轴用挡圈3019、第五滚动轴承3020、旋转轴3022、第四轴用挡圈3023与第一锥齿轮3024。其中，加长旋转轴3018的一端与小臂4000相连，加长旋转轴3018的另一端自侧壁箱体的底部开口伸入，且穿过第三轴用挡圈3019、第五滚动轴承3020、第四轴用挡圈3023与第一锥齿轮3024相连。进一步说，加长旋转轴3018通过一对第三轴用挡圈3019和一对第五滚动轴承3020安装在左箱体3017、右箱体3008的侧壁箱体内，第一锥齿轮3024的底面与加长旋转轴3018轴身安装有第四轴用挡圈3023。第一锥齿轮3024与第二锥齿轮3025相互啮合。
[0106]在左箱体3017、右箱体3008的侧壁上设有水平箱体。在水平箱体内设有第六滚动轴承3026和蜗杆3006。蜗杆3006通过一对对称安装的第六滚动轴承3026固定在左箱体3017、右箱体3008内。所述蜗杆3006与蜗轮3021相互啮合。在水平箱体上设有圆孔。蜗杆3006的一端自水平箱体上的圆孔伸出，在蜗杆3006上依次设有第一轴用挡圈3005、第二卷筒3004。
[0107]在左箱体3017、右箱体3008的顶部设有一斜向上的短杆。短杆与滚动轴承座3016相连接。滚动轴承座3016呈圆筒状。在滚动轴承座3016内设有第四滚动轴承3014、第二轴用挡圈3015。滚动轴承座3016的顶部与导向滑轮座3013相连，导向滑轮座3013通过第四滚动轴承3014、第二轴用挡圈3015安装在滚动轴承座3016上。通过第三铆钉3012将第三滑轮3011固定在导向滑轮座3013上。
[0108]通过第二铆钉3009将第二滑轮3010固定在右箱体3008上，第二驱动柔索3007的一端经第二滑轮3010，绕在第二卷筒3004上。第二驱动柔索3007的另一端穿过安装在滚动轴承座3016上的导向滑轮座3013与小臂4000相连接。
[0109]参见图1、图4、图13，进一步说，小臂4000包括圆柱螺旋扭转弹簧4001、主小臂4002、副小臂4003、第一连接轴4004、第二连接轴4005、第五驱动电机4006、末端执行器安装座4007、柔索环4008。
[0110]主小臂4002、副小臂4003均为矩形条，且主小臂4002位于副小臂4003的上方，且两者相互平行。通过第一连接轴4004、第二连接轴4005将末端执行器安装座4007与位于同一侧的主小臂4002、副小臂4003端部连接在一起。主小臂4002、副小臂4003的另一侧端部通过第一连接轴4004、第二连接轴4005与加长旋转轴3018从传动齿轮箱3000中伸出的一端连接在一起。连接加长旋转轴3018、主小臂4002的第一连接轴4004两端等轴线安装有圆柱螺旋扭转弹簧4001。位于圆柱螺旋扭转弹簧4001同一侧的主小臂4002的左右侧壁上设有对称的矩形平板，与圆柱螺旋扭转弹簧4001的L型引脚相连。圆柱螺旋扭转弹簧4001另一侧的线型引脚与加长旋转轴3018相连，故主小臂4002、加长旋转轴3018可相对于连接两者的第一连接轴4004产生角度转动。所述末端执行器安装座4007的底部与第五驱动电机4006相连接。第五驱动电机4006的底部接末端执行器5000。在靠近末端执行器安装座4007—侧的主小臂4002的顶部设有柔索环4008。
[0111]参见图14，进一步说，柔索驱动器6000包括第四滑轮6001、第四铆钉6002、第七轴用挡圈6003、滑轮座6004、第八滚动轴承6005、第三驱动柔索6006、电动绞盘6007、驱动器本体6008 ο
[0112]所述驱动器本体6008为一个中空的矩形块。在驱动器本体6008内设有电动绞盘6007 ο在驱动器本体6008的顶部开有圆孔。
[0113]第三驱动柔索6006的一端与电动绞盘6007相连，第三驱动柔索6006的另一端穿过驱动器本体6008顶部的孔后与传动齿轮箱3000中基础箱体3003的侧壁圆环相连。。
[0114]在第四滑轮6001上配有第四铆钉6002。所述第四滑轮6001通过第四铆钉6002安装在滑轮座6004顶端。在滑轮座6004上依次设有第七轴用挡圈6003、第八滚动轴承6005。滑轮座6004通过一对第七轴用挡圈6003、一对第八滚动轴承6005安装在驱动器本体6008顶部圆孔内。
[0115]优选的技术方案是:本混联机械臂，包括基座1000、大臂2000、传动齿轮箱3000、小臂4000、末端执行器5000、柔索驱动器6000。
[0116]基座1000安装在地基或机架上。大臂2000的一端与基座1000活动连接。大臂2000的另一端与传动齿轮箱3000的一侧端面活动连接。传动齿轮箱3000的另一侧端面与小臂4000的一端活动连接。小臂4000的另一端与末端执行器5000活动连接。在基座1000周围地基或机架上设有3个柔索驱动器6000。
[0117]在传动齿轮箱3000与柔索驱动器6000之间配有柔索。进一步说，所述柔索为驱动柔索6006，数量与柔索驱动器6000相同，通过驱动柔索6006将电动绞盘6007动力传至传动齿轮箱3000。通过所述柔索、大臂2000、柔索驱动器6000带动传动齿轮箱3000两自由度的运动及协同定位。
[0118]在传动齿轮箱3000与基座1000间配有若干柔索。进一步说，所述柔索为第一驱动柔索1027，数量为六根。第一驱动柔索1027—端固定于传动齿轮箱3000的顶部回转平台3002，第一驱动柔索1027的另一端缠绕在基座1000的第一卷筒1016上。故第一驱动电机1003的转矩由第一齿轮1002、第五齿轮1017传输给第一卷筒1016，从而第一驱动柔索1027传至与顶部回转平台3002固结的蜗轮3021。
[0119]在传动齿轮箱3000上另配有一根柔索，所述柔索穿过传动齿轮箱3000内部结构后与小臂4000活动连接。进一步说，所述柔索为第二驱动柔索3007，第二驱动柔索3007缠于第二卷筒3004上。第二卷筒3004固结于蜗杆3006，蜗杆3006与蜗轮3021啮合，故第一驱动电机1003的转矩经蜗杆3006、蜗轮3021的啮合作用传输给第二驱动柔索3007，从而驱动小臂4000在竖直平面内的转动，即主小臂4002、加长旋转轴3018可相对于连接主小臂4002、加长旋转轴3018的第一连接轴4004产生角度转动。
[0120]进一步指明的是:大臂2000两端采用虎克铰链结构分别与基座1000传动齿轮箱3000相活动连接。第二驱动电机1007的转矩经第二齿轮1005、第三齿轮1006的啮合作用传至第二传动轴1026，由大臂2000的一对虎克铰链结构传输给第四传动轴3035—端的第二锥齿轮3025，再经第一锥齿轮3024、第二锥齿轮3025的啮合作用传给加长旋转轴3018，带动加长旋转轴3018绕自身中心轴的旋转动作，即实现小臂4000的平移动作。
[0121]大臂2000可伸缩。大臂2000分为第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007两部分，能够沿轴向前后相互移动。其中，第一大臂分臂2004内部设有螺旋杆2009与第一大臂分臂2004螺纹连接。第三驱动电机1008的转矩经离合器1009、第一传动轴1010、第三传动轴2002传输至螺旋杆2009，螺旋杆2009、第一大臂分臂2004相互转动，故第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007能够沿轴向前后移动，S卩实现大臂2000的伸缩动作。
[0122]第一驱动柔索1027的长度随大臂2000伸缩动作而变化，实时保持拉紧状态。第一驱动柔索1027经第一卷筒1016、第五齿轮1017、第一齿轮1002由第一驱动电机1003驱动。大臂2000伸长，第一驱动电机1003放松，任由第一驱动柔索1027随大臂2000伸长而移动。大臂2000缩短，第一驱动电机1003以第一卷筒1016绕紧第一驱动柔索1027的方向转动，驱动第一卷筒1016缠绕第一驱动柔索1027。
[0123]采用本发明所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂的搬运方法，按如下步骤进行:
[0124]步骤I: “初始化”步骤，对所有的驱动电机和电动绞盘进行初始化，确保均处于初始位置。
[0125]步骤2:“粗定位”步骤:通过柔索驱动器、大臂与第三驱动柔索6006的配合，对传动齿轮箱实现联动定位控制。通过与大臂相连的第三驱动电机1008的正转或反转，控制并实现大臂的伸或缩动作。
[0126]步骤3:“精定位”步骤:由与小臂相连的第二驱动电机1007，控制小臂空载平移。由与小臂相连的第一驱动电机1003，控制小臂空载提升/放下。
[0127]步骤4:“重物抓取”步骤，由末端执行器吸附住需要操作的对象。
[0128]步骤5:“重物搬运”步骤:由与小臂相连的第二驱动电机1007，控制吸附有需要操作对象的小臂平移。由与小臂相连的第一驱动电机1003，控制吸附有需要操作对象的小臂提升或放下。
[0129]步骤6:“重物放下”步骤:由第五驱动电机4006控制吸附式末端执行器的旋转，调整操作对象至合适角度。令吸附式末端执行器停止工作，则与末端执行器相连的、需要操作对象自由下落在目标位置，完成作业操作。
[0130]步骤7:“循环”步骤:如需要搬运下一个需要操作对象，则返回第2步。反之，关闭系统。
[0131]结合本混联机械臂的各结构单元，对前述的搬运方法进一步阐述如下:
[0132]步骤I: “初始化”步骤，对驱动电机进行初始化，确保驱动电机处于初始位置。
[0133]步骤2: “粗定位”步骤，下分为步骤2.1和步骤2.2两个并列步骤。
[0134]步骤2.1:三个柔索驱动器6000通过三根外部驱动柔索对传动齿轮箱3000实现联动定位控制:每个柔索驱动器6000转速不同时，相应的外部驱动柔索即第三驱动柔索6006分别有着不同的长度，由于此处为联动控制，第三驱动柔索6006的长度是互相关联的。如此，柔索驱动器6000通过牵引第三驱动柔索6006带动传动齿轮箱3000的空间位置变化。
[0135]步骤2.2:驱动电机通过正反转控制大臂的伸/缩动作:此时离合器1009使第三驱动电机1008的电机轴与第一传动轴1010结合。由于第一传动轴1010通过球笼式万向节与第三传动轴2002相连，第三传动轴2002与螺旋杆2009相连，第三驱动电机1008正转或反转时，带动第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007间沿公共轴线的相对滑动，即大臂2000的伸/缩动作。
[0136]步骤3: “精定位”步骤，下分为步骤3.1和步骤3.2两个并列步骤。
[0137]步骤3.1:驱动电机控制小臂空载平移:所述内转矩传输机构为该步骤提供动力，第二驱动电机1007运转产生内转矩，内转矩通过减速齿轮组第三齿轮1006、齿轮B1005的放大，传递至第二传动轴1026。
[0138]所述第二传动轴1026的另一端安装有第一连接筒1018，第一连接筒1018、第一^h字轴2001、第二连接筒2003组成虎克铰链，第二连接筒2003与第一大臂分臂2004固结，第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007相连，第二大臂分臂2007与第三连接筒2006固结，内转矩进而传递至第三连接筒2006。
[0139]所述第三连接筒3006通过第二十字轴2005与第四连接筒3001组成虎克铰链，第四连接筒3001与第四传动轴3035相连，第四传动轴3035上安装有第二锥齿轮3025，第二锥齿轮3025与第一锥齿轮3024啮合，最后内转矩传递至加长旋转轴3018，驱动小臂4000沿加长旋转轴3018轴线的旋转动作。
[0140]步骤3.2:驱动电机控制小臂空载提升/放下:所述外转矩传输机构为该步骤提供动力，第四驱动电机1011运转产生外转矩，第四齿轮1012安装在第四驱动电机1011的电机轴上，并与外圈回转支承1014啮合，外圈回转支承1014与回转平台1013固结，又内圈回转支承1015固结在基座本体1001上，故外转矩带动回转平台1013相对基座本体1001做回转运动。
[0141]回转平台1013通过六根第一驱动柔索1027与顶部回转平台3002相连，所述顶部回转平台3002与内圈无齿式回转支承3032固结，外圈无齿式回转支承3031又与基础箱体3003固结，以此外转矩带动顶部回转平台3002相对基础箱体3003做回转运动。
[0142]蜗轮3021安装在顶部回转平台3002上，蜗轮3021与蜗杆3006啮合，安装于蜗杆3006的第二卷筒3004上缠绕有第二驱动柔索3007，第二驱动柔索3007通过第三滑轮3010、导向滑轮座3013和第四滑轮3011的导向，将外转矩传递至小臂4000，驱动小臂4000沿圆柱螺旋扭转弹簧4001轴线的旋转。
[0143]步骤4:“重物抓取”步骤，末端执行器吸附住操作对象。
[0144]步骤5: “重物搬运”步骤，下分为步骤5.1和步骤5.2两个并列步骤。
[0145]步骤5.1:驱动电机控制小臂带动操作对象平移，运作方法与步骤3.1类似。
[0146]步骤5.2:驱动电机控制小臂带动操作对象提升/放下，运作方法与步骤3.2类似。
[0147]步骤6: “重物放下”步骤，吸附式末端执行器停止工作，重物落在目标位置，单次作业结束。
[0148]步骤7:循环或停止的步骤:若需要搬运下一个需要操作对象，即为“循环步”，返回第2步;若不需要搬运下一个需要操作对象，即为“停止”，关闭本混联机械臂，并断电。
【主权项】
1.一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:包括基座(1000)、大臂(2000)、传动齿轮箱(3000)、小臂(4000)、末端执行器(5000)、和柔索驱动器(6000);其中， 基座(1000)安装在地基上;在基座(1000)内设有驱动电机； 大臂(2000)的一端与基座(1000)活动连接;大臂(2000)的另一端与传动齿轮箱(3000)的一侧端面活动连接;通过大臂(2000)将由基座(1000)内驱动电机产生的转矩传输到传动齿轮箱(3000)中； 传动齿轮箱(3000)的另一侧端面与小臂(4000)的一端活动连接;传动齿轮箱(3000)起传递转矩的作用，将基座(1000)、大臂(2000)传输来的转矩传递到小臂(4000); 小臂(4000)的另一端与末端执行器(5000)活动连接； 在基座(1000)周围地基上设有2个以上的柔索驱动器(6000);在传动齿轮箱(3000)与每个柔索驱动器(6000)之间配有柔索;通过传动齿轮箱(3000)与柔索驱动器(6000)之间的柔索、大臂(2000)、柔索驱动器(6000)带动传动齿轮箱(3000)运动及协同定位； 在传动齿轮箱(3000)与基座(1000)间配有柔索;在传动齿轮箱(3000)与小臂(4000)上配有一根柔索;通过传动齿轮箱(3000)与小臂(4000)之间的柔索、传动齿轮箱(3000)与基座(1000)之间的柔索、大臂(2000)、传动齿轮箱(3000)、小臂(4000)、柔索驱动器(6000)带动末端执行器(5000)运动及协同定位。2.根据权利要求1所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:通过虎克铰链结构将基座(1000)与大臂(2000)的一端相连，且大臂(2000)自身能沿其长度方向伸长或缩短;大臂(2000)的另一端与传动齿轮箱(3000)相连;第三连接筒(2006)与第二大臂分臂(2007)固结;所述小臂(4000)安装在传动齿轮箱(3000)上;末端执行器(5000)安装在小臂(4000)上;在末端执行器(5000)上安装的腕部电机，即其具有一个旋转自由度;传动齿轮箱(3000)通过三根柔索分别与三个柔索驱动器(6000)相连;在基座(1000)周围设有3个柔索驱动器(6000);柔索驱动器(6000)呈品字型分布。3.根据权利要求2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:基座(1000)包括第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、支承模块、转矩导向模块;其中，第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、转矩导向模块分别与支承模块相连接，其中第一驱动模块还与转矩导向模块相连接； 第一驱动模块负责收放柔索，使柔索在大臂(2000)进行伸缩动作时保持拉紧的状态； 第二驱动模块负责驱动小臂(4000)的平移动作； 第三驱动模块负责驱动大臂(2000)的伸缩动作； 第四驱动模块负责驱动小臂(4000)在竖直平面内的转动； 转矩导向模块负责将第四驱动模块的转矩转换成牵引力传输到小臂(4000); 支承模块负责保持基座(1000)内第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块之间的相对位置关系。4.根据权利要求1或2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:大臂(2000)包括第一^h字轴(2001)、第三传动轴(2002)、第二连接筒(2003)、第一大臂分臂(2004)、第二十字轴(2005)、第三连接筒(2006)、第二大臂分臂(2007)、防尘透明罩(2008)、螺旋杆(2009); 第二连接筒(2003)的一端与第一大臂分臂(2004)的一端相连;在第二连接筒(2003)的另一端连接有第一^h字轴(2001);所述第一大臂分臂(2004)、第二连接筒(2003)、第一^h字轴(2001)皆为空心结构，第三传动轴(2002)分别穿过第一^h字轴(2001)、第二连接筒(2003)、第一大臂分臂(2004)内部与位于第一大臂分臂(2004)内部的螺旋杆(2009)相连接;所述第三传动轴(2002)通过球铰链与基座(1000)的第一传动轴(1010)相连接将基座(1000)传输来的转矩传递到螺旋杆(2009); 第一大臂分臂(2004)的另一端经直线型导轨与第二大臂分臂(2007)的一端相连，在直线型导轨外设有防尘透明罩(2008);防尘透明罩(2008)的两端分别与第一大臂分臂(2004)、第二大臂分臂(2007)的一端相连;在第二大臂分臂(2007)朝向螺旋杆(2009)一侧端面上设有螺纹孔，第二大臂分臂(2007)与螺旋杆(2009)螺纹连接;基座(1000)的转矩传输到螺旋杆(2009)，驱动螺旋杆(2009)、第二大臂分臂(2007)间的相对转动，带动由直线型导轨引导的第一大臂分臂(2004)、第二大臂分臂(2007)间的轴向前后移动，即大臂(2000)能够伸缩;第二大臂分臂(2007)的另一端与第三连接筒(2006)的一端相连接;在第三连接筒(2006)的另一端设有第二十字轴(2005)。5.根据权利要求1或2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:传动齿轮箱(3000)内部的具体连接关系为: 基础箱体(3003)呈圆筒状;基础箱体(3003)的底部与顶部回转平台(3002)相连;所述顶部回转平台(3002)呈阶梯形圆筒状，在顶部回转平台(3002)的底部设有第四连接筒(3001);所述第四连接筒(3001)用于与大臂(2000)相连接； 在基础箱体(3003)底部设有空腔，基础箱体(3003)的空腔的顶部与外圈无齿式回转支承(3031)相连接;外圈无齿式回转支承(3031)通过回转支承滚动体与内圈无齿式回转支承(3032)组合成一回转支承，外圈无齿式回转支承(3031)与内圈无齿式回转支承(3032)间能够相互转动;所述顶部回转平台(3002)包括3级圆台:顶部圆台、中部圆台、底部圆台；在底部圆台的底部设有底部圆环;所述顶部圆台、中部圆台、底部圆台、底部圆环的半径逐个增大;所述底部圆环的底面上等角度设有六个圆孔，柔索套(3028)通过关节轴承(3029)安装在圆孔内；柔索套(3028)、关节轴承(3029)与圆孔数量相同；在底部圆台的顶部、中部圆台上套有内圈无齿式回转支承(3032);在中部圆台的顶部、顶部圆台上套有蜗轮(3021);在顶部圆台的顶端设有贯穿圆孔，第四传动轴(3035)穿过顶部圆台顶端的贯穿圆孔与第四连接筒(3001)相连； 在基础箱体(3003)的侧壁上等角度设有三个圆环，基础箱体(3003)上的圆环负责与柔索驱动器(6000)中第三驱动柔索(6006)的一端相连； 在基础箱体(3003)的顶部设有一凸台，基础箱体(3003)上的凸台的顶部设有左箱体(3017)、右箱体(3008)，左箱体(3017)、右箱体(3008)内部的形状结构关于其接合面对称；左箱体(3017)、右箱体(3008)为顶部封口、底部开口的圆筒；由基础箱体(3003)将第二锥齿轮(3025)、蜗轮(3021)、蜗杆(3006)罩住;在左箱体(3017)、右箱体(3008)的侧壁上设有侧壁箱体；所述侧壁箱体为底部开口、顶部封口的圆筒；在侧壁箱体内设有加长旋转轴(3018)、第三轴用挡圈(3019)、第五滚动轴承(3020)、旋转轴(3022)、第四轴用挡圈(3023)与第一锥齿轮(3024);其中，加长旋转轴(3018)的一端与小臂(4000)相连，加长旋转轴(3018)的另一端自侧壁箱体的底部开口伸入，且穿过第三轴用挡圈(3019)、第五滚动轴承(3020)、第四轴用挡圈(3023)与第一锥齿轮(3024)相连;第一锥齿轮(3024)与第二锥齿轮(3025)相互嗤合； 在左箱体(3017)、右箱体(3008)的侧壁上设有水平箱体;在水平箱体内设有第六滚动轴承(3026)和蜗杆(3006);所述蜗杆(3006)与蜗轮(3021)相互啮合;在水平箱体上设有圆孔;蜗杆(3006)的一端自水平箱体上的圆孔伸出； 在左箱体(3 017 )、右箱体(3 O O 8)的顶部设有一斜向上的短杆；短杆与滚动轴承座(3016)相连接; 通过第二铆钉(3009)将第二滑轮(3010)固定在右箱体(3008)上，第二驱动柔索(3007)的一端经第二滑轮(3010)，绕在第二卷筒(3004)上;第二驱动柔索(3007)的另一端穿过安装在滚动轴承座(3016)上的导向滑轮座(3013)与小臂(4000)相连接；6.根据权利要求1或2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:小臂(4000)包括圆柱螺旋扭转弹簧(4001)、主小臂(4002)、副小臂(4003)、第一连接轴(4004)、第二连接轴(4005)、第五驱动电机(4006)、末端执行器安装座(4007)、柔索环(4008)； 主小臂(4002)、副小臂(4003)均为矩形条，且主小臂(4002)位于副小臂(4003)的上方，且两者相互平行;通过第一连接轴(4004)、第二连接轴(4005)将末端执行器安装座(4007)与位于同一侧的主小臂(4002)、副小臂(4003)端部连接在一起；主小臂(4002)、副小臂(4003)的另一侧端部通过第一连接轴(4004)、第二连接轴(4005)与加长旋转轴(3018)从传动齿轮箱(3000)中伸出的一端连接在一起;连接加长旋转轴(3018)、主小臂(4002)的第一连接轴(4004)两端等轴线安装有圆柱螺旋扭转弹簧(4001);位于圆柱螺旋扭转弹簧(4001)同一侧的主小臂(4002)的左右侧壁上设有对称的矩形平板，与圆柱螺旋扭转弹簧(4001)的L型引脚相连;圆柱螺旋扭转弹簧(4001)另一侧的线型引脚与加长旋转轴(3018)相连，故主小臂(4002)、加长旋转轴(3018)可相对于连接两者的第一连接轴(4004)产生角度转动;所述末端执行器安装座(4007)的底部与第五驱动电机(4006)相连接;第五驱动电机(4006)的底部接末端执行器(5000);在靠近末端执行器安装座(4007)—侧的主小臂(4002)的顶部设有柔索环(4008)。7.根据权利要求2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂，其特征在于:柔索驱动器(6000)包括第四滑轮(6001)、第四铆钉(6002)、第七轴用挡圈(6003)、滑轮座(6004)、第八滚动轴承(6005)、第三驱动柔索(6006)、电动绞盘(6007)、驱动器本体(6008); 所述驱动器本体(6008)为一个中空的矩形块;在驱动器本体(6008)内设有电动绞盘(6007)；在驱动器本体(6008)的顶部开有圆孔； 第三驱动柔索(6006)的一端与电动绞盘(6007)相连，第三驱动柔索(6006)的另一端穿过驱动器本体(6008)顶部的孔后与传动齿轮箱(3000)中基础箱体(3003)的侧壁圆环相连； 在第四滑轮(6001)上配有第四铆钉(6002);所述第四滑轮(6001)通过第四铆钉(6002)安装在滑轮座(6004)顶端;在滑轮座(6004)上依次设有第七轴用挡圈(6003)、第八滚动轴承(6005);滑轮座(6004)通过一对第七轴用挡圈(6003)、一对第八滚动轴承(6005)安装在驱动器本体(6008)顶部圆孔内。8.采用权利要求1或2所述的一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂的搬运方法，其特征在于:按如下步骤进行: 步骤I: “初始化”步骤:对所有的驱动电机和电动绞盘进行初始化，确保均处于初始位置； 步骤2: “粗定位”步骤:通过柔索驱动器、大臂与柔索的配合，对传动齿轮箱实现联动定位控制;通过与大臂相连的驱动电机的正转或反转，控制并实现大臂的伸或缩动作； 步骤3: “精定位”步骤:由与小臂相连的驱动电机，控制小臂空载平移；由与小臂相连的驱动电机，控制小臂空载提升/放下； 步骤4: “重物抓取”步骤:由末端执行器吸附住需要操作的对象； 步骤5:“重物搬运”步骤:由与小臂相连的驱动电机，控制吸附有需要操作对象的小臂平移；由与小臂相连的驱动电机，控制吸附有需要操作对象的小臂提升或放下； 步骤6: “重物放下”步骤:由驱动电机控制吸附式末端执行器的旋转，调整操作对象至合适角度;令吸附式末端执行器停止工作，则与末端执行器相连的、需要操作对象自由下落在目标位置，完成作业操作； 步骤7:“循环”步骤:如需要搬运下一个需要操作对象，则返回第2步;反之，关闭系统。
【文档编号】B25J18/02GK106078800SQ201610435865
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】訾斌, 谢彬, 钱森, 王炳尧
【申请人】合肥工业大学