一种基于耦合联动的绳驱式机械臂的制作方法

本发明涉及机械臂技术领域，特别涉及一种基于耦合联动的绳驱式机械臂。

背景技术：

现有绳驱式机械臂在采用离散单元的基础上，多为每个关节单元需要两到三根绳驱动，若有n个单元的话，就需要n根驱动绳，即n个驱动电机。为了简化机构，对有耦合关系的单元之间采用同一个电机控制，这样电机数目进行了减少，也有采用分段驱动的形式，对整体臂分成若干段，每段分别采用绳驱控制，而段内采用耦合联动的方式，虽然降低了驱动单元的数目，但仍需多个驱动源进行控制。驱动单元数目过多，基座尺寸大一定程度上阻碍了绳驱式机械臂的发展。

技术实现要素：

针对上述绳驱式机械臂存在的问题，本发明的目的在于提供一种耦合联动的绳驱式机械臂。

为了实现上述目的，本发明采用一些技术方案：

一种基于耦合联动的绳驱式机械臂，包括：底座、机械臂本体、传动绳组件ⅰ、传动绳组件ⅱ及输入绳驱动组件，其中机械臂本体设置于所述底座上，并且可相对所述底座转动；传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ均设置于所述机械臂本体上，分别用于驱动所述机械臂本体正、反向转动；输入绳驱动组件设置于所述底座上，用于控制所述传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ动作。

所述机械臂本体包括依次铰接的多级单元关节。

所述传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ均包括绕绳轮组ⅰ、绕绳轮组ⅱ及多段传动绳，其中绕绳轮组ⅰ和绕绳轮组ⅱ由下至上依次间隔交替地设置于所述机械臂本体的各关节处，并且相邻的绕绳轮组ⅰ和绕绳轮组ⅱ之间通过一段传动绳连接。

所述绕绳轮组ⅰ包括同轴安装的外侧导绳轮ⅰ和内侧导绳轮ⅰ，并且所述外侧导绳轮ⅰ和内侧导绳轮ⅰ可相对转动；

所述外侧导绳轮ⅰ与所述底座或上一级的单元关节固定连接，并且所述外侧导绳轮ⅰ与下一级的传动绳连接；

所述内侧导绳轮ⅰ与下一级的单元关节连接，并且所述内侧导绳轮ⅰ与上一级的传动绳连接。

所述外侧导绳轮ⅰ的一侧设有导绳轮轴ⅰ，所述导绳轮轴ⅰ与所述底座或上一级的单元关节固定连接；所述内侧导绳轮ⅰ可转动地套设于所述导绳轮轴ⅰ上，并且位于所述外侧导绳轮ⅰ和所述单元关节之间。

所述绕绳轮组ⅱ包括同轴安装的外侧导绳轮ⅱ和内侧导绳轮ⅱ；

所述内侧导绳轮ⅱ的一侧设有导绳轮轴ⅱ，所述导绳轮轴ⅱ与上一级的所述单元关节固定连接，所述内侧导绳轮ⅱ的轮毂上沿周向设有弧形槽；

所述外侧导绳轮ⅱ的一侧设有可在所述内侧导绳轮ⅱ上的弧形槽内滑动的连接块，所述连接块与下一级的所述单元关节连接。

所述外侧导绳轮ⅱ通过传动绳与上一级的所述外侧导绳轮ⅰ连接；所述内侧导绳轮ⅱ通过传动绳与下一级的所述内侧导绳轮ⅰ连接。

所述输入绳驱动组件包括输入轴绕绳轮、输入绳ⅰ及输入绳ⅱ，其中输入轴绕绳轮可转动地设置于所述底座上，所述输入绳ⅰ和所述输入绳ⅱ的一端分别缠绕在所述输入轴绕绳轮上，并且缠绕方向相反；所述输入绳ⅰ和所述输入绳ⅱ的另一端分别缠绕在所述传动绳组件ⅰ和所述传动绳组件ⅱ的绕绳轮组ⅰ上，并且缠绕方向相反。

所述输入轴绕绳轮与旋转驱动电机连接。

所述传动绳组件ⅰ和所述传动绳组件ⅱ分别设置于所述机械臂本体的两侧，并且所述传动绳的缠绕方向相反。

本发明的优点及有益效果是：本发明的机械臂采用单电机驱动，各单元之间采用耦合联动的形式传递运动，极大减少了驱动源数目，同时控制简单，操作方便，减小了绳驱式机械臂基座尺寸，相比于其他绳驱式机械臂，具有更大的使用空间。

附图说明

图1为本发明基于耦合联动的绳驱式机械臂的结构示意图；

图2为本发明中绕绳轮轮组ⅰ的结构示意图；

图3为本发明中外侧导绳轮ⅰ的安装示意图；

图4为本发明中内侧导绳轮ⅰ的安装示意图；

图5为本发明中绕绳轮轮组ⅱ的结构示意图。

图中：1为输入轴绕绳轮，2为输入绳ⅰ，3为输入绳ⅱ，4为底座，5为绕绳轮组ⅰ，51为外侧导绳轮ⅰ，52为内侧导绳轮ⅰ，53为导绳轮轴ⅰ，6为传动绳，7为一级单元关节，8为绕绳轮组ⅱ，81为外侧导绳轮ⅱ，82为内侧导绳轮ⅱ，83为导绳轮轴ⅱ，84为连接块，85为弧形槽，9为二级单元关节，10为三级单元关节。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种基于耦合联动的绳驱式机械臂，其特征在于，包括：底座4、机械臂本体、传动绳组件ⅰ、传动绳组件ⅱ及输入绳驱动组件，其中机械臂本体设置于底座4上，并且可相对底座4转动；传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ均设置于机械臂本体上，分别用于驱动机械臂本体正、反向转动；输入绳驱动组件设置于底座4上，用于控制传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ动作。

机械臂本体包括依次铰接的多级单元关节，即一级单元关节7、二级单元关节9、三级单元关节10……至n级单元关节。

传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ均包括绕绳轮组ⅰ5、绕绳轮组ⅱ8及多段传动绳6，其中绕绳轮组ⅰ5和绕绳轮组ⅱ8由下至上依次间隔交替地设置于机械臂本体的各关节处，并且相邻的绕绳轮组ⅰ5和绕绳轮组ⅱ8之间通过一段传动绳6连接。

如图2-4所示，绕绳轮组ⅰ5包括同轴安装的外侧导绳轮ⅰ51和内侧导绳轮ⅰ52，并且外侧导绳轮ⅰ51和内侧导绳轮ⅰ52可相对转动；外侧导绳轮ⅰ51与底座4或上一级的单元关节固定连接，并且外侧导绳轮ⅰ51与下一级的传动绳6连接；内侧导绳轮ⅰ52与下一级的单元关节连接，并且内侧导绳轮ⅰ52与上一级的传动绳6连接。

如图3所示，外侧导绳轮ⅰ51的一侧设有导绳轮轴ⅰ53，导绳轮轴ⅰ53与底座4或上一级的单元关节固定连接；内侧导绳轮ⅰ52可转动地套设于导绳轮轴ⅰ53上，并且位于外侧导绳轮ⅰ51和单元关节之间。

如图5所示，绕绳轮组ⅱ8包括同轴安装的外侧导绳轮ⅱ81和内侧导绳轮ⅱ82；内侧导绳轮ⅱ82的一侧设有导绳轮轴ⅱ83，导绳轮轴ⅱ83与上一级的单元关节固定连接，内侧导绳轮ⅱ82的轮毂上沿周向设有弧形槽85；

外侧导绳轮ⅱ81的一侧设有可在内侧导绳轮ⅱ82上的弧形槽85内滑动的连接块84，连接块84与下一级的单元关节连接。外侧导绳轮ⅱ81通过传动绳6与上一级的外侧导绳轮ⅰ51连接；内侧导绳轮ⅱ82通过传动绳6与下一级的内侧导绳轮ⅰ52连接。

如图1所示，输入绳驱动组件包括输入轴绕绳轮1、输入绳ⅰ2及输入绳ⅱ3，其中输入轴绕绳轮1可转动地设置于底座4上，输入轴绕绳轮1与旋转驱动电机连接。输入绳ⅰ2和输入绳ⅱ3的一端分别缠绕在输入轴绕绳轮1上，并且缠绕方向相反；输入绳ⅰ2和输入绳ⅱ3的另一端分别缠绕在传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ的绕绳轮组ⅰ5上，并且缠绕方向相反。具体为，输入绳ⅰ2和输入绳ⅱ3的另一端缠绕在绕绳轮组ⅰ5中的外侧导绳轮ⅰ51上。

传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ分别设置于机械臂本体的两侧，并且传动绳6的缠绕方向相反，从而实现传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ控制机械臂本体的摆动方向相反。也可将传动绳组件ⅰ和传动绳组件ⅱ居于机械臂结构中心布置，或者其它的布置形式。

如图1-3所示，本发明的实施例中，在一级单元关节7与底座4之间设有绕绳轮轮组ⅰ5，外侧导绳轮ⅰ51固定安装在底座4上；内侧导绳轮ⅰ52固定安装在一级单元关节7上，内侧导绳轮52与输入绳ⅰ2或输入绳ⅱ3连接。

如图1、图5所示，绕绳轮组ⅱ8设置于一级单元关节7和二级单元关节9之间，外侧导绳轮ⅱ81通过连接块84与二级单元关节9连接，并且外侧导绳轮ⅱ81通过传动绳6与一级单元关节7与底座4之间外侧导绳轮ⅰ51连接；内侧导绳轮ⅱ82通过导绳轮轴ⅱ83固定安装在一级单元关节7上，并且通过传动绳6与二级单元关节9和三级单元关节10之间的内侧导绳轮ⅰ52连接，以此类推。

本发明机械臂两侧的传动绳及导绳轮分别在旋转驱动电机的带动下，分别控制机械臂的前后(或正反向)摇摆。各单元关节之间采用耦合联动的形式，共用一个动力输入源。根据耦合单元关节之间耦合运动原理，为保证能够耦合运动，其中传动绳及导绳轮的连接方式每隔一个单元关节结构相同，但不局限机械臂的单元关节数目必须为偶数。

本发明的实施例中，传动绳采用“8”字型的传动绳结构。

本发明的工作原理是：

输入轴绕绳轮1旋转，进而缠绕输入绳ⅰ2或输入绳ⅱ3，输入绳ⅰ2或输入绳ⅱ3带动内侧导绳轮ⅰ52运动，因为内侧导绳轮ⅰ52与一级单元关节7相连，故带动一级单元关节7绕底座4旋转，完成初始关节运动。外侧导绳轮ⅰ51与底座4相连，保持不动，则缠绕在外侧导绳轮ⅰ51上的一级传动绳6绕外侧导绳轮ⅰ51运动，达到缠绕的效果。在一级单元关节7运动的情况下，因为一级传动绳6在外侧导绳轮ⅰ51上缠绕，另一端又与外侧导绳轮ⅱ81连接，外侧导绳轮ⅱ81与二级单元关节10固接在一起，故带动二级单元关节10绕一级单元关节7旋转。因相邻单元关节之间采用铰接的形式，所以完成下一单元关节相对上一单关节的旋转，以此类推。

本发明公开的一种基于耦合联动的绳驱式机械臂通过刚性件的离散化单元实现臂的运动，简单可靠，控制方便，同时单电机驱动极大减少了驱动电机的数量，减低力机械故障率，降低了成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。