專利名稱：線動單至多自由度關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利是一種線動單至多自由度關(guān)節(jié)，可用于機(jī)器人，機(jī)器動物，也可用于人工假肢中。屬于機(jī)械工程類機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單至多自由度關(guān)節(jié)廣泛用于機(jī)器人，機(jī)器動物和用于人工假肢中，現(xiàn)有的單至多自由度關(guān)節(jié)存在如下問題一是體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜微小型化困難，二是需要使用多個(gè)電機(jī)，控制復(fù)雜，本發(fā)明專利的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上訴不足，設(shè)計(jì)開發(fā)一種結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧的關(guān)節(jié)，使關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)單至多自由度，并用一個(gè)電機(jī)同時(shí)控制多個(gè)關(guān)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)上訴目的，本發(fā)明專利在設(shè)計(jì)中采用了一種圓環(huán)形支撐架，并在圓環(huán)形支撐架上安裝多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪，且導(dǎo)向支撐滑輪的軸線與圓環(huán)形支撐架所在的平面垂直，固定臂與旋轉(zhuǎn)臂通過軸連接在一起，圓環(huán)形支撐架固定或通過軸連接在固定臂上，圓環(huán)形支撐架的圓心與軸心重合，圓環(huán)形支撐架所在平面與軸線垂直，并通過旋轉(zhuǎn)臂上的孔，使旋轉(zhuǎn)臂可以沿著圓環(huán)形支撐架繞軸旋轉(zhuǎn)，動力線a的中點(diǎn)固定在旋轉(zhuǎn)臂上，兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在圓環(huán)形支撐架上，在導(dǎo)向支撐滑輪的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向，在圓環(huán)形支撐架與固定臂連接處，將動力線a的兩端導(dǎo)入套桶，在套桶的支撐導(dǎo)向作用下，改變方向連接到動力分配器的卷線輪上，且動力線a的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞到卷線輪上，并拉緊固定，在動力分配器作用下，轉(zhuǎn)動卷線輪，拉緊動力線a的一端同時(shí)放松動力線a的另一端，通過動力線a拉動旋轉(zhuǎn)臂沿圓環(huán)形支撐架繞固定臂旋轉(zhuǎn)，改變卷線輪旋轉(zhuǎn)方向，即可通過動力線a改變旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)方向，卷線輪不動時(shí)通過動力線a使旋轉(zhuǎn)臂相對于固定臂不動，圓環(huán)形支撐架使動力線a的拉力始終保持與旋轉(zhuǎn)臂垂直，且力臂長度保持不變，動力分配器通過動力線a使旋轉(zhuǎn)臂繞固定臂向正反兩個(gè)方向運(yùn)動或靜止，且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)，多個(gè)單自由度關(guān)節(jié)組合在一起可實(shí)現(xiàn)多自由度關(guān)節(jié)，動力分配器可由一個(gè)電動機(jī)驅(qū)動，并安裝多個(gè)卷線輪可連接多根動力線，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)控制多個(gè)關(guān)節(jié)。


為了更好的理解本發(fā)明專利的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡述單至多自由度關(guān)節(jié)，圓環(huán)形支撐架，動力線，動力分配器的作用以及關(guān)節(jié)的運(yùn)作方式圖1為單自由度關(guān)節(jié)示意2為雙自由度關(guān)節(jié)示意3為三自由度關(guān)節(jié)示意4為動力分配器示意圖如圖1所示，本發(fā)明專利的單自由度關(guān)節(jié)主要包括固定臂3和旋轉(zhuǎn)臂5，固定臂3通過軸4與旋轉(zhuǎn)臂5相連接在一起，在固定臂3上安裝有圓環(huán)形支撐架6，圓環(huán)形支撐架6的圓心與軸4的軸心重合，圓環(huán)形支撐架6所在平面與軸4的軸線垂直，圓環(huán)形支撐架6上安裝有多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪9，導(dǎo)向支撐滑輪9的軸線與圓環(huán)形支撐架所在平面垂直，動力線8的中點(diǎn)7固定在旋轉(zhuǎn)臂5上，然后動力線8的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在圓環(huán)形支撐架6上，在導(dǎo)向支撐滑輪9的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向最后在圓環(huán)形支撐架6與固定臂3的固定點(diǎn)10處導(dǎo)入套桶11，再在套桶11的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器1的卷線輪2連接，動力線8的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在卷線輪2上并拉緊固定，在動力分配器1的作用下，卷線輪2旋轉(zhuǎn)，拉緊動力線8的一端，同時(shí)放松動力線8的另一端，從而帶動旋轉(zhuǎn)臂5在動力線8的拉動下，沿軸4繞固定臂3旋轉(zhuǎn)，改變卷線輪的旋轉(zhuǎn)方向即可改變旋轉(zhuǎn)臂5的旋轉(zhuǎn)方向，卷線輪2不動時(shí)，通過動力線8使旋轉(zhuǎn)臂5固定不動，圓環(huán)形支撐架6使動力線8的拉力始終與旋轉(zhuǎn)臂5垂直，且力臂長度保持不變，動力分配器1通過動力線8使旋轉(zhuǎn)臂5沿圓環(huán)形支撐架6繞固定臂3向正反兩個(gè)方向運(yùn)動，并可實(shí)現(xiàn)靜止，且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)線動單自由度關(guān)節(jié)。
如圖2所示，本發(fā)明專利的雙自由度關(guān)節(jié)主要包括固定臂1和旋轉(zhuǎn)臂2，固定臂1通過十字軸3與旋轉(zhuǎn)臂2連接在一起，固定臂1上固定有圓形支撐架4，其所在平面與固定臂1垂直，其圓心與十字軸軸心重合，圓形支撐架4所在平面內(nèi)兩條相互垂直的交點(diǎn)為圓心的直線18與直線19，與圓形支撐架4的邊緣交點(diǎn)處分別安裝軸5，軸6，軸7，軸8，且軸5與軸6的軸線與直線18重合，軸7與軸8的軸線與直線19重合，半圓環(huán)形支撐架9的兩端通過軸5與軸6與圓形支撐架4連接，使半圓環(huán)形支撐架9能繞直線18旋轉(zhuǎn)，半圓環(huán)形支撐架9上有多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪20，且這多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪20的軸線與半圓環(huán)形支撐架9的所在平面垂直。半圓環(huán)形支撐架9穿過旋轉(zhuǎn)臂2上的孔10，使得旋轉(zhuǎn)臂2可以沿半圓環(huán)形支撐架9移動，且當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂2向其他方向移動時(shí)可以帶動半圓環(huán)形支撐架9沿軸5與軸6旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿半圓環(huán)形支撐架9移動，以實(shí)現(xiàn)自由移動到其他方向的目的，動力線11的中點(diǎn)21固定在旋轉(zhuǎn)臂2上的孔10上方，動力線11的兩端分別從逆時(shí)針方向和順時(shí)針方向纏繞在半圓環(huán)形支撐架9上，通過多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪20的作用下，不斷改變方向，分別在軸5，軸6處導(dǎo)入套桶22，在套桶22的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器17連接，將動力線11的兩端分別按逆時(shí)針方向和順時(shí)針方向纏繞在動力分配器17的卷線輪12上，拉緊后固定，在動力分配器17的作用下，旋轉(zhuǎn)卷線輪12，拉緊(或放松)動力線11的一端，同時(shí)放松(或拉緊)動力線11的另一端，即可通過動力線11拉動旋轉(zhuǎn)臂2向逆時(shí)針方向(或順時(shí)針方向)沿著半圓環(huán)形支撐架9繞固定臂1旋轉(zhuǎn)，改變動力分配器17的卷線輪12的旋轉(zhuǎn)方向即可使旋轉(zhuǎn)臂2改變繞固定臂1旋轉(zhuǎn)的方向，動力分配器17的卷線輪12固定不動時(shí)，通過動力線11的拉動作用，即可使旋轉(zhuǎn)臂2相對于固定臂1固定不動半圓環(huán)形支撐架13的兩端通過軸7和軸8與圓形支撐架4連接，使半圓環(huán)形支撐架13能夠繞直線19旋轉(zhuǎn)，半圓環(huán)形支撐架13上裝有多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪24，且多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪24的軸線與半圓環(huán)形支撐架13所在平面垂直，半圓環(huán)形支撐架13穿過旋轉(zhuǎn)臂2上的孔14，使得旋轉(zhuǎn)臂2可以沿著半圓環(huán)形支撐架13移動，且當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂向其他方向移動時(shí)，可以帶動半圓環(huán)形支撐架13沿軸7和軸8旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿半圓環(huán)形支撐架13移動，以實(shí)現(xiàn)移動到其他方向的目的，動力線15的中點(diǎn)23固定在旋轉(zhuǎn)臂2上的孔14的上方，動力線15的兩端分別沿逆時(shí)針方向和順時(shí)針方向纏繞在半圓環(huán)形支撐架13上，通過多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪24不斷改變方向，分別在軸7和軸8處導(dǎo)入套桶25，在套桶25的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器17連接，將動力線15的兩端分別按逆時(shí)針方向和順時(shí)針方向纏繞在動力分配器17的卷線輪16上拉緊后固定，在動力分配器的作用下，旋轉(zhuǎn)卷線輪16，拉緊(或放松)動力線15的一端，同時(shí)放松(或拉緊)動力線15的另一端，即可在動力線15的拉動下使旋轉(zhuǎn)臂2沿順時(shí)針方向(或逆時(shí)針方向)沿半圓環(huán)形支撐架13繞固定臂1旋轉(zhuǎn)，改變卷線輪16的旋轉(zhuǎn)方向，在動力線15拉動下，即可改變旋轉(zhuǎn)臂2繞固定臂1旋轉(zhuǎn)的方向，當(dāng)卷線輪16靜止不動時(shí)，在動力線15的拉動作用下，旋轉(zhuǎn)臂2相對固定臂1靜止不動。
因半圓環(huán)形支撐架9和半圓環(huán)形支撐架13所在平面相互垂直，因此當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂2沿半圓環(huán)形支撐架9繞固定臂1旋轉(zhuǎn)時(shí)只帶動半圓環(huán)形支撐架13繞直線19旋轉(zhuǎn)，其在半圓環(huán)形支撐架13上的位置不變，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂2沿半圓環(huán)形支撐架13繞固定臂1旋轉(zhuǎn)時(shí)，只帶動半圓環(huán)形支撐架9沿直線18旋轉(zhuǎn)，其在半圓環(huán)形支撐架9上的位置不變，因此當(dāng)卷線輪12和卷線輪16分別旋轉(zhuǎn)時(shí)，可使旋轉(zhuǎn)臂2沿著半圓環(huán)形支撐架9和半圓環(huán)形支撐架13分別向兩個(gè)方向移動，在卷線輪12和卷線輪16不旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2可實(shí)現(xiàn)相對固定臂1靜止，當(dāng)卷線輪12和卷線輪16一個(gè)旋轉(zhuǎn)一個(gè)不旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2可向單一方向移動，且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)線動雙自由度關(guān)節(jié)，相當(dāng)于兩個(gè)線動單自由度關(guān)節(jié)組合在一起。
如圖3所示；一種線動三自由度關(guān)節(jié)，由一個(gè)線動單自由度關(guān)節(jié)和一個(gè)線動雙自由度關(guān)節(jié)組合在一起。線動雙自由度關(guān)節(jié)的固定臂1以一定的夾角29與線動單自由度關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)臂26連接在一起，旋轉(zhuǎn)臂26通過軸27和軸28連接在支架30上，在旋轉(zhuǎn)臂26上固定有力臂31，且力臂31與旋轉(zhuǎn)臂26垂直交于點(diǎn)32圓環(huán)形支撐架33固定在支架30的點(diǎn)34上，圓環(huán)形支撐架33所在面與旋轉(zhuǎn)臂26的軸線垂直，圓心與旋轉(zhuǎn)臂26上點(diǎn)32重合，圓環(huán)形支撐架33通過力臂31上的孔35，使力臂31可沿圓環(huán)形支撐架33旋轉(zhuǎn)，圓環(huán)形支撐架33上有多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪36且導(dǎo)向支撐滑輪36的軸線與圓環(huán)形支撐架33所在平面垂直，動力線37的中點(diǎn)固定在孔35的上方，將動力線37的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在圓環(huán)形支撐架33上，在導(dǎo)向支撐滑輪36的導(dǎo)向支撐作用下，不斷改變方向，最后將動力線37的兩端分別從點(diǎn)34導(dǎo)入套桶38，在套桶38的支撐導(dǎo)向作用下，連接到動力分配器17上，將動力線37的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在動力分配器17的卷線輪39上，在動力分配器17的作用下，卷線輪39旋轉(zhuǎn)，拉緊(或放松)動力線動力線37的一端，同時(shí)放松(或拉緊)動力線37的另一端，可使力臂31帶動旋轉(zhuǎn)臂26順時(shí)針方向(或逆時(shí)針方向)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動線動雙自由度關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，改變卷線輪39的旋轉(zhuǎn)方向，即可改變力臂31，旋轉(zhuǎn)臂26，雙自由度關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向，這樣在卷線輪12，卷線輪16，卷線輪39同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2同時(shí)沿著半圓環(huán)形支撐架9，半圓環(huán)形支撐架13，圓環(huán)形支撐架33，向三個(gè)方向移動，當(dāng)卷線輪12，卷線輪16，卷線輪39兩個(gè)旋轉(zhuǎn)一個(gè)靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2同時(shí)沿著半圓環(huán)形半圓環(huán)形支撐架9，半圓環(huán)形支撐架13，圓環(huán)形支撐架33中的兩個(gè)向兩個(gè)方向移動，當(dāng)卷線輪12，卷線輪16，卷線輪39一個(gè)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2沿著半圓環(huán)形支撐架9，半圓環(huán)形支撐架13，圓環(huán)形支撐架33中的一個(gè)向單一方向移動，當(dāng)卷線輪12，卷線輪16，卷線輪39三個(gè)都靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂2相對于支架30靜止，且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)線動三自由度關(guān)節(jié)，相當(dāng)于三個(gè)線動單自由度關(guān)節(jié)組合在一起。
從以上對雙自由度，三自由度關(guān)節(jié)的闡述可知，將本發(fā)明專利中所述單自由度關(guān)節(jié)多個(gè)組合在一起，可以組成多自由度關(guān)節(jié)。其基本結(jié)構(gòu)是由固定臂1與旋轉(zhuǎn)臂2通過軸3連接在一起，將圓環(huán)形或截取部分圓環(huán)形支撐架固定或通過軸連接在固定臂1上，該支撐架穿過旋轉(zhuǎn)臂上的一個(gè)孔，使得旋轉(zhuǎn)臂2在孔的約束下可以沿著支撐架的方向移動，在支撐架上固定安裝若干個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪，使支撐導(dǎo)向滑輪的軸線與支撐架所在的平面垂直，將一根動力線的中點(diǎn)固定在支撐架穿過旋轉(zhuǎn)臂上的孔的上方，將動力線的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在支撐架上，在支撐架上的支撐導(dǎo)向滑輪的作用下動力線不斷改變方向，最后在支撐架與固定臂連接處，將動力線的兩端導(dǎo)入套桶，在套桶的支撐導(dǎo)向作用下，動力線與動力分配器相連接，將動力線的兩端分別沿著順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在動力分配器的卷線輪上，并拉緊后固定，在動力分配器在動力分配器作用下，旋轉(zhuǎn)卷線輪，拉緊(或放松)動力線的一端，同時(shí)放松(或拉緊)動力線的另一端，從而通過動力線帶動旋轉(zhuǎn)臂沿支撐架繞固定臂順時(shí)針(或逆時(shí)針)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)在動力分配器作用下，卷線輪停止旋轉(zhuǎn)靜止時(shí)，可在動力線作用下，使旋轉(zhuǎn)臂相對于支撐架靜止，且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)單自由度，多個(gè)基本結(jié)構(gòu)組合在一起可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，可使旋轉(zhuǎn)臂在動力分配器控制下，同時(shí)或分別向多個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并且都是主動控制的，從而實(shí)現(xiàn)多自由度關(guān)節(jié)。
如圖4所示本發(fā)明專利的動力分配器主要包括電動機(jī)1通過調(diào)速器2減速后與齒輪箱3連接，使齒輪10，齒輪11做等速反向旋轉(zhuǎn)，矩形支架4固定在齒輪箱3上，矩形支架4內(nèi)等距安裝若干根連桿5，連桿5的兩端分別安裝齒輪12，齒輪13，并使齒輪12與齒輪10嚙合，齒輪13與齒輪11嚙合，這樣使齒輪12與齒輪13也成為一對等速反向旋轉(zhuǎn)齒輪，在每一根連桿的兩端分別安裝齒輪并同前一根連桿兩端的齒輪分別嚙合，就形成若干對等速反向旋轉(zhuǎn)齒輪，從而將電動機(jī)的動力分配到若干個(gè)齒輪上，在連桿5中間安裝一槽輪機(jī)構(gòu)，并固定在矩形支架4上，槽輪7以連桿5為軸，兩側(cè)與齒輪12，齒輪13之間分別安裝離合器6和離合器14，卷線輪9固定安裝在槽輪7的從動輪8上，當(dāng)離合器6和離合器14都沒有嚙合時(shí)，槽輪7與從動輪8在自鎖作用下，使卷線輪9靜止不動，當(dāng)離合器6嚙合時(shí)，將齒輪12與槽輪7連接，齒輪12帶動槽輪7順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動從動輪8逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，因卷線輪9固定在從動輪8上，因此卷線輪9也作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)離合器6斷開，離合器14嚙合時(shí)，將齒輪13與槽輪7連接，齒輪13帶動槽輪7逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動從動輪8順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，因卷線輪9固定在從動輪8上，因此卷線輪9也做順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在每一根連桿上都安裝槽輪7，從動輪8，卷線輪9，離合器6，離合器14，從而的到若干個(gè)可控制旋轉(zhuǎn)方向，可控制靜止的卷線輪，每一個(gè)卷線輪可連接一根動力線，從而實(shí)現(xiàn)用單一電動機(jī)控制若干根動力線的目的。
具體實(shí)施例方式
下面是本發(fā)明專利的一個(gè)實(shí)施例單至多自由度關(guān)節(jié)用于一只22自由度的仿生機(jī)器狗中。
在機(jī)器狗的脊柱中段安裝一只三自由度關(guān)節(jié)，頭與脊柱連接處再安裝一只三自由度關(guān)節(jié)，狗嘴部位安裝一只兩自由度關(guān)節(jié)，四只腿與脊柱連接處各安裝一只三自由度關(guān)節(jié)，兩前腿膝蓋處各安裝一只單自由度關(guān)節(jié)，在脊柱的前半部吊裝動力分配器，所有關(guān)節(jié)的動力線都接動力分配器上，在控制器作用下，發(fā)出電控信號，控制電磁離合器的啟動與關(guān)閉，從而可以控制多個(gè)關(guān)節(jié)的活動方向與尺度，實(shí)現(xiàn)預(yù)編程序的意圖，實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)器狗可以按預(yù)編程序活動。
本發(fā)明專利有著明顯的優(yōu)點(diǎn)1，利用動力線徑向剛性，橫向柔性的特性，可使一臺電動機(jī)控制多個(gè)關(guān)節(jié)，容易控制結(jié)構(gòu)簡單；2，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)，易于微小型化，體積小，整個(gè)關(guān)節(jié)形狀與動物關(guān)節(jié)類似，易于仿真。
權(quán)利要求
1，一種線動單自由度關(guān)節(jié)，固定臂3和旋轉(zhuǎn)臂5通過軸4相連，其特征在于，在固定臂3上安裝有圓環(huán)形支撐架6，圓環(huán)形支撐架6的圓心與軸4的軸心重合，圓環(huán)形支撐架6所在的平面與軸4的軸線垂直，并穿過旋轉(zhuǎn)臂5上的孔，圓環(huán)形支撐架6上安裝有多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪9，導(dǎo)向支撐滑輪9的軸線與圓環(huán)形支撐架6的所在平面垂直，以一定的間隔順序排列在圓環(huán)形支撐架6上，動力線8的中點(diǎn)7固定在旋轉(zhuǎn)臂5上的孔的上方，動力線8的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在圓環(huán)形支撐架6上在導(dǎo)向支撐滑輪9的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向，最后在圓環(huán)形支撐架6與固定臂3的連接點(diǎn)10處，導(dǎo)入套桶11，在套桶11的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器1的卷線輪2連接，動力線8的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在卷線輪2上，拉緊后固定。
2，一種線動雙自由度關(guān)節(jié)，固定臂1和旋轉(zhuǎn)臂2通過十字軸3相連接，其特征在于固定臂1上固定有圓形支撐架4，其所在平面與固定臂1垂直，其圓心與十字軸3的軸心重合，圓形支撐架4所在平面內(nèi)兩條相互垂直交點(diǎn)為圓心的直線18和直線19與圓形支撐架4邊緣交點(diǎn)處分別安裝軸5，軸6，軸7，軸8，且軸5與軸6的軸線與直線18重合，軸7與軸8的軸線與直線19重合，半圓環(huán)形支撐架9的兩端通過軸5和軸6與圓形支撐架4相連接，半圓環(huán)形支撐架9上有多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪20，且多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪20的軸線與半圓環(huán)形支撐架9所在平面垂直，以一定間隔順序排列在半圓環(huán)形支撐架9上，半圓環(huán)形支撐架9穿過旋轉(zhuǎn)臂2上的孔10，動力線11的中點(diǎn)21固定在孔10的上方，動力線11的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在半圓環(huán)形支撐架9上，在多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪20的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向，分別在軸5，軸6處導(dǎo)入套桶22，在套桶22的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器17的卷線輪12連接，動力線11的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在卷線輪12上拉緊后固定，半圓環(huán)形支撐架13的兩端通過軸7，軸8與圓形支撐架4相連接，半圓環(huán)形支撐架13上安裝有多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪24，且多個(gè)支撐導(dǎo)向滑輪24的軸線與半圓環(huán)形支撐架13所在平面垂直，以一定的間隔順序排列在半圓環(huán)形支撐架13上，半圓環(huán)形支撐架13穿過旋轉(zhuǎn)臂2上的孔14，動力線15的中點(diǎn)23固定在孔14的上方，動力線15的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在半圓環(huán)形支撐架13上，在多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪24的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向分別在軸7，軸8處導(dǎo)入套桶25，在套桶25的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器17的卷線輪16相連接，動力線15的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在卷線輪16上，拉緊后固定。
3，一種線動三自由度關(guān)節(jié)，其特征在于將如權(quán)利要求2所訴的線動雙自由度關(guān)節(jié)的固定臂1以一定的夾角29固定連接在旋轉(zhuǎn)臂26的一端，旋轉(zhuǎn)臂26通過軸27，軸28連接到支架30上，旋轉(zhuǎn)臂26上垂直固定連接力臂31，圓環(huán)形支撐架33固定在支架30上，圓環(huán)形支撐架33的圓心與旋轉(zhuǎn)臂26與力臂31的交點(diǎn)重合，且圓環(huán)形支撐架33所在平面與軸27，軸28的軸線垂直，圓環(huán)形支撐架33穿過力臂31上的孔35，圓環(huán)形支撐架33上固定安裝有若干個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪36，且多個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪36的軸線與圓環(huán)形支撐架33所在的平面垂直，動力線37的中點(diǎn)固定在孔35的上方，將動力線37的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在圓環(huán)形支撐架33上，在導(dǎo)向支撐滑輪36的支撐導(dǎo)向作用下，不斷改變方向最后在圓環(huán)形支撐架33與支架30的連接處導(dǎo)入套桶38，在套桶38的導(dǎo)向支撐作用下，與動力分配器17的卷線輪39連接，將動力線37的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在卷線輪39上，拉緊后固定。
4，一種線動多自由度關(guān)節(jié)，固定臂1與旋轉(zhuǎn)臂2通過十字軸3相連接，其特征在于將多個(gè)能實(shí)現(xiàn)單自由度的基本組件組合在一起，基本組件是由圓環(huán)形支撐架或截取部分圓環(huán)形支撐架固定或通過軸連接在固定臂1上，該支撐架穿過旋轉(zhuǎn)臂2上的孔，該支撐架的圓心與十字軸3的軸心重合，該支撐架上固定安裝若干個(gè)導(dǎo)向支撐滑輪，該支撐架所在平面與導(dǎo)向支撐滑輪的軸線垂直，將一根動力線的中點(diǎn)固定在孔的上方，該動力線的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在支撐架上，在支撐導(dǎo)向滑輪的作用下，不斷改變方向最后在支撐架和固定臂的連接處導(dǎo)入套桶，在套桶的支撐導(dǎo)向作用下，與動力分配器連接，將動力線的兩端分別沿順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向纏繞在動力分配器的卷線輪上，拉緊后固定。
5，如權(quán)利要求1，2，3，4所說的動力分配器，其特征在于電動機(jī)1通過調(diào)速器2減速后，與齒輪箱3連接，使齒輪10，齒輪11作同軸等速反向旋轉(zhuǎn)，矩形支架4固定在齒輪箱3上，矩形支架4內(nèi)等距固定安裝若干根連桿5，連桿5與軸平行，連桿5的兩端以連桿為軸，分別安裝齒輪12，齒輪13，并使齒輪12與齒輪10嚙合，齒輪13與齒輪11嚙合，在每一根連桿的兩端分別安裝齒輪，并同前一根連桿兩端的齒輪分別嚙合，在連桿5的中間以連桿為軸安裝一槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪7以連桿為軸，槽輪7的兩側(cè)與齒輪12，齒輪13之間分別安裝離合器6和離合器14，卷線輪9安裝在槽輪7的從動輪8上，控制器15與離合器6，離合器14連接，可控制離合器6和離合器14的嚙合和斷開。
6，如權(quán)利要求1，2，3，4所說的動力線可以是鋼絲繩，麻繩或其他材質(zhì)的繩索，其徑向剛性，橫向柔性。
7，如權(quán)利要求1，2，3，4所說的套桶，其特征在于是由橡膠，金屬制成的中間有孔可以讓動力線通過的圓柱型，隔一定距離有一個(gè)由四個(gè)滑輪排列成矩形組成的四軸滑輪，隔一定距離有一個(gè)由二個(gè)滑輪排列成矩形組成的二軸滑輪。
8，如權(quán)利要求5所說的離合器可以是電磁離合器，氣動離合器，液壓離合器。
9，如權(quán)利要求5所說的控制器，其特征在于是由微電腦控制可以根據(jù)離合器的類型輸出相應(yīng)控制離合器離合的信號。
全文摘要
線動單至多自由度關(guān)節(jié)，屬于機(jī)械工程類機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。動力線8兩端沿相反方向纏繞在動力分配器1的卷線輪2上，中點(diǎn)7固定在旋轉(zhuǎn)臂5上，卷線輪2旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)臂5沿軸4繞固定臂3旋轉(zhuǎn)，改變卷線輪2旋轉(zhuǎn)方向，即可改變旋轉(zhuǎn)臂5旋轉(zhuǎn)方向，支架6使拉力與旋轉(zhuǎn)臂5垂直，且使力臂長度保持不變，從而實(shí)現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)，多個(gè)單自由度關(guān)節(jié)組合可實(shí)現(xiàn)多自由度關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單易于小型化，一個(gè)動力分配器可以控制多根動力線，便于集中控制。
文檔編號B25J17/02GK1537705SQ03146120
公開日2004年10月20日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者郁有華 申請人:郁有華