一种联动关节组与机械臂的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其是一种联动关节组，以及应用该联动关节组的柔性机械臂。

背景技术

当前，大量高效率、高精度的工业级机器人已经在电气、化工、机械等制造业领域取得较为广阔的应用，但是传统的工业机器人受限于其结构过大或刚性过高，无法适应于极端狭窄与极端危险的工作环境，如管道清洁等。

与传统机械臂相比，柔性机械臂由于其固有的超冗余度特性，可以实现多个连续部分的弯曲、伸缩、扭转，在受限空间中的运动和操作能力远高于传统的多关节刚性连接杆机器人。为了使柔性机械臂的弯曲精度更为可控，现有的柔性机械臂通常由多个关节组依次连接而成，关节组内的各个臂段之间通常联动绳联动，关节组之间也通过联动绳联动，然而在现有的联动绳连接方案中，关节组正常工作所需的臂段数较多，联动绳需要跨越较长的距离，从而影响了关节组的精确控制。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种联动关节组，用于解决现有技术中关节组关节组正常工作所需的臂段数较多，联动绳需要跨越较长的距离，从而影响了关节组的精确控制的问题。

本发明还提供一种应用上述关节组的机械臂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种联动关节组，

包括依次串联的第一臂段、第二臂段与第三臂段，且从第一臂段至第三臂段，相邻臂段之间依次转动连接有第一连接件与第二连接件；

还包括沿俯仰方向对称分布的两个第一短联动绳，第一短联动绳的两端分别固定在第一连接件与第二连接件上，该两个第一短联动绳在第一连接件与第二连接件之间的位置交叉；

还包括沿偏航方向对称分布的两个第一长联动绳，第一长联动绳的两端分别固定在第一臂段与第三臂段上，该两个第一长联动绳在第一臂段的位置、第二臂段的位置以及第一连接件与第二连接件之间的位置均交叉。

作为上述方案的进一步改进方式，第一连接件上的靠近第一臂段的一侧沿偏航方向设有第一绳槽，第二连接件上靠近第三臂段的一侧沿偏航方向设有第二绳槽；

第一长联动绳的首端与第一臂段固定连接，尾端绕过第一绳槽后从第一绳槽上相对首端的另一侧伸出，然后从第二绳槽与首端的相同侧绕过第二绳槽，并从第二绳槽相对首端的另一侧伸出，最后与第三臂段固定连接。

作为上述方案的进一步改进方式，第一连接件朝第一臂段的一侧，以及第二连接件朝第三臂段的一侧均设置有圆弧形的拱形部，第一绳槽与第二绳槽设置在第一连接件与第二连接件的拱形部上。

作为上述方案的进一步改进方式，第一绳槽沿第一连接件的俯仰转动轴的方向设置，第二绳槽沿第二连接件的俯仰转动轴的方向设置。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括第四臂段、第三连接件、沿偏航方向对称分布的两个第二短联动绳以及沿俯仰方向对称分布的两个第二长联动绳，第四臂段通过第三连接件与第三臂段转动连接，第四臂段与第三臂段之间通过第二短联动绳在偏航方向联动，第四臂段与第三臂段之间通过第二长联动绳在俯仰方向联动。

作为上述方案的进一步改进方式，第二连接件在靠近第二臂段的一侧沿俯仰方向设有第三绳槽，第三连接件在靠近第四臂段的一侧沿俯仰方向设有第四绳槽；

第二长联动绳的首端与第二臂段固定连接，尾端绕过第三绳槽后从第三绳槽上相对第二长联动绳的首端的另一侧伸出，然后从第四绳槽与第二长联动绳的首端的相同侧绕过第四绳槽，并从第四绳槽相对第二长联动绳的首端的另一侧伸出，最后与第四臂段固定连接。

作为上述方案的进一步改进方式，第一臂段、第二臂段、第三臂段与第四臂段上均设有螺纹座，螺纹座上旋有螺纹连接件，螺纹连接件内设有轴线贯穿的通孔；

第一长联动绳的首端与尾端分别穿过第一臂段与第三臂段上的螺纹连接件上的通孔，第二长联动绳的首端与尾端分别穿过第二臂段与第四臂段上的螺纹连接件上的通孔；

第一长联动绳与第二长联动绳的首端与尾端上均固定有球头，球头与相应螺纹连接件抵持固定。

作为上述方案的进一步改进方式，第二短联动绳的两端分别固定在第二连接件与第三连接件上，该两个第二短联动绳在第二连接件与第三连接件之间的位置交叉。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括包覆在第一长联动绳与第二长联动绳外侧的软管。

一种机械臂，包括驱动绳，还包括若干依次串联的联动关节组，驱动绳与各联动关节组的第一臂段固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过短联动绳连接第一连接件与第二连接件，并通过长联动绳连接第一臂段与第三臂段，只需要最少三个臂段就可以构成联动关节组，有助于缩短联动绳的长度，便于关节组的精确控制。

在本发明的优选实施例中，连接件上设有绳槽，使得长联动绳具有较大的缠绕角度，使得关节组具有更大的联动角度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明连接件一个实施例的立体示意图；

图2是本发明联动关节组第一个实施例的正视图；

图3是本发明联动关节组第一个实施例的右视图；

图4是本发明联动关节组第一个实施例的立体示意图；

图5是本发明第一长联动绳与第一连接件、第一臂段、第二臂段连接的局部示意图；

图6是本发明联动关节组第二个实施例的正视图；

图7是本发明联动关节组第二个实施例的右视图；

图8是本发明联动关节组第二个实施例的立体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，示出了本发明连接件一个实施例的立体示意图。连接件用于实现相邻臂段之间的转动连接，其包括矩形的主体结构101，主体结构101的四周均固定有绕线轮102，绕线轮102的轴向上设置有绳槽103，绕线轮102的中心设置有轴线贯通的转轴孔104，主体结构101的两侧分别设置有拱形部105，如图所示，拱形部为凸出的圆弧形结构，其表面设置有绳槽106。两侧的拱形部105均位于主体结构101的中心，且相互垂直。

参照图2至图4，分别示出了本发明联动关节组第一个实施例的正视图、右视图与立体示意图，后视图与正视图相同，左视图与右视图相同，并定义图2中箭头的方向规定为俯仰方向，图3中箭头方向为偏航方向。如图所示，联动关节组包括多个臂段与多个连接件，具体的，联动关节组依次串联的第一臂段11、第二臂段12与第三臂段13，且从第一臂段11至第三臂段13的方向，相邻臂段之间依次转动连接有第一连接件21与第二连接件22，本文虽然对各臂段和连接件分别赋予了不同的名字与附图标记，但其目的只是为了方便说明方案，本文中的各连接件与各联动盘的结构实质相同，以增加零部件的互换性。

本实施例包括用于实现关节组在俯仰方向与偏航方向联动的绳组。具体地，实现关节组在俯仰方向联动的绳组包括两个第一短联动绳，两个第一短联动绳的连接方式类似，并沿俯仰方向对称分布，因此以其中一条第一短联动绳31为例进行具体说明。参照图2，第一短联动绳31的首端固定于第一连接件21的左侧，尾端向右方绕过第一连接件21的该侧绳槽103后从绳槽103的右侧伸出，然后从第二连接件22的左侧绕过第二连接件22的该侧绳槽103，最后从绳槽103的右侧伸出后与第二连接件22固定连接，由于第一短联动绳31的首端与尾端分别位于左右两侧，故两个第一短联动绳31在第一连接件21与第二连接件22之间的位置交叉。如此，当第一臂段11朝图中顺时针方向转动时，第一连接件21同步朝顺时针方向转动，第一短联动绳31拉动第二连接件22朝逆时针方向转动，第二连接件22带动第三臂段23朝逆时针方向转动，从而使关节组整体朝一个方向弯曲，由于第一连接件21的转动量通过联动绳完全传递至第二连接件22，故臂段的曲率也相同，从而实现联动，本文中的联动均依照上述原理，后文不再详述。

本文所称的“首端”指靠近第一臂段的方向，“尾端”指远离第一臂段的方向。

实现关节组在偏航方向联动的绳组包括两个第一长联动绳，两个第一长联动绳的连接方式类似，并沿偏航方向对称分布，因此以其中一条第一长联动绳32为例进行具体说明，为便于描述，将第一连接件21上朝向第一臂段11的绳槽106命名为第一绳槽106a，将第二连接件22上朝向第三臂段13的绳槽106命名为第二绳槽106b。第一绳槽106a平行于第一连接件21的俯仰转动轴，第二绳槽106b平行于第二连接件22的俯仰转动轴，即第一绳槽106a与第二绳槽106b均沿偏航方向延伸设置。

参照图3，第一长联动绳32的首端与第一臂段11的右侧固定连接，尾端先绕过第一绳槽106a后从第一绳槽106a的左侧伸出，然后从第二绳槽106b的右侧绕过第二绳槽106b，并从第二绳槽106b的左侧伸出，最后与第三臂段13的左侧固定连接。由于两个第一长联动绳沿俯仰方向对称分布，故该两个第一长联动绳在第一臂段11的位置(图示位置a)、第二臂段12的位置(图示位置b)以及第一连接件21与第二连接件22之间的位置(图示位置c)均交叉。

本发明通过通过短联动绳连接第一连接件与第二连接件，并通过长联动绳连接第一臂段与第三臂段，只需要最少三个臂段就可以构成联动关节组，有助于缩短联动绳的长度，便于关节组的精确控制。

此外，本发明的另一主要发明点在于连接件上绳槽106的设置，由于关节组的联动角度与长联动绳在绳槽106内绕过的角度相关，故本发明通过设置绳槽106，使得长联动绳具有较大的缠绕角度，使得关节组具有更大的联动角度。

为了使得第一长联动绳32从第一绳槽106a的右侧伸出后能够向第二绳槽106b的左侧弯曲，第一长联动绳32的外侧套接有软管35，软管35一方面用于第一长联动绳32的导向，另一方面也可以保护第一长联动绳32的外露部分。

参照图5，示出了本发明第一长联动绳与第一连接件、第一臂段、第二臂段连接的局部示意图。如图所示，臂段的中心具有轴向贯通的通道，臂段的管壁上设有连接通道的绳孔(未示出)。两个第一长联动绳在第一臂段11的通道内交叉，首端穿过绳孔后伸出并固定在第一臂段11的外侧。

第二臂段12的首端伸出有铰接座121(第二臂段的尾端，以及其他臂段的两端均设有相同的铰接座，在此不作详述)，铰接座121通过转轴36与第一连接件21上的转轴孔104转动连接。铰接座121的外侧设置有轴向的绳孔122，该绳孔122向上延伸并贯穿第二臂段12首端的凸缘，凸缘上对应该绳孔设置有出线孔123，出线孔123与软管35连接。第一绳槽106a的右侧伸出的第一长联动绳32嵌设在绳孔122内，向上穿过出线孔123后进入软管35。长联动绳的外露部分由软管进行保护，其他部分位于臂段内部，或者由绳孔122等结构进行约束，故可以有效地避免联动绳受外界破坏，同时能够避免联动绳之间发生干扰。

此外，转轴36的末端设置有两个对称的凸起，凸起之间形成间隙，联动绳从间隙中通过，凸起与联动绳接触的部位设有圆弧面，避免联动绳因摩擦而损坏。

第一臂段11上设有螺纹座111(其他臂段均设有相同的螺纹座，在此不作详述)，螺纹座111上旋有螺纹连接件112，螺纹连接件112内设有轴线贯穿的通孔。第一长联动绳(此处的第一长联动绳指与第一长联动绳32对称设置的另一第一长联动绳)的首端从第一臂段11上的绳孔伸出后，穿过螺纹连接件112上的通孔，并通过固定在首端的球头113与螺纹连接件112抵持，从而将第一长联动绳的首端固定在第一臂段11上，第一长联动绳的尾端，以及其他长联动绳的固定方式与此相同。

参照图6至图8，分别示出了本发明联动关节组第二个实施例的正视图、右视图与立体示意图。如图所示，本实施例与第一实施例的区别在于还设置有第四臂段14、第三连接件23、沿偏航方向对称分布的两个第二短联动绳以及沿俯仰方向对称分布的两个第二长联动绳。

第四臂段14通过第三连接件23与第三臂段13转动连接，第四臂段与第三臂段之间通过第二短联动绳在偏航方向联动，即第一长联动绳与第二短联动绳共同作用实现整个关节组在偏航方向的联动。第四臂段与第三臂段之间通过第二长联动绳在俯仰方向联动，即第一短联动绳与第二长联动绳共同作用实现整个关节组在俯仰方向的联动。

具体的，将第二连接件22上朝向第二臂段12一侧的绳槽106命名为第三绳槽106c，将第三连接件23上朝向第四臂段一侧的绳槽106命名为第四绳槽106d，第三绳槽106c与第四绳槽106d均沿俯仰方向延伸设置。

两个第二长联动绳的连接方式类似，并沿俯仰方向对称分布，因此以其中一条第二长联动绳33为例进行具体说明，参照图6，第二长联动绳33的首端与第二臂段12的左侧固定连接，尾端先绕过第三绳槽106c后从第三绳槽106c的右侧伸出，然后从第四绳槽106d的左侧绕过第四绳槽106d，并从第四绳槽106d的右侧伸出，最后与第四臂段14的右侧固定连接。如上述可知，当第一实施例中的第二连接件22带动第三臂段23朝逆时针方向转动时，第二连接件22还可以通过第二长联动绳33带动第四臂段14相对第三连接件23沿逆时针方向转动，从而实现第二实施例中整个关节组的同向转动。

两个第二短联动绳的连接方式类似，并沿偏航方向对称分布，因此以其中一条第二短联动绳34为例进行具体说明，参照图7，第二短联动绳34的首端固定于第二连接件22的右侧，尾端向左方绕过第二连接件22的该侧绳槽103后从绳槽103的左侧伸出，然后从第三连接件23的右侧绕过第三连接件23的该侧绳槽103，最后从绳槽103的左侧伸出后与第三连接件23固定连接。

本发明还公开了一种机械臂，其包括未示出的驱动绳与若干依次串联的联动关节组，驱动绳与各联动关节组的第一臂段固定连接，驱动绳驱动第一臂段转动，然后通过各联动绳实现整个臂段的同向转动。

以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。