專利名稱：一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，更特別地說(shuō)，是指一種適用于繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在擬人臂機(jī)器人中通過(guò)10條牽引繩，實(shí)現(xiàn)了該擬人臂機(jī)器人肩、肘、腕關(guān)節(jié)的完 全解耦運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
人的手臂從肩部到腕部共有七個(gè)自由度，七自由度對(duì)于需要避障和回避內(nèi)部奇異 的機(jī)器人來(lái)說(shuō)是最少的自由度數(shù)。繩驅(qū)動(dòng)仿人臂機(jī)器人采用串并混聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，采用繩索牽引，能夠模擬人的肌 肉并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式，并將所有的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安放在基座上，減輕了手臂的自重。其中，肩關(guān)節(jié)為 具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)、抬起和屈伸等運(yùn)動(dòng)，肘關(guān)節(jié)有1個(gè) 旋轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)前臂的屈伸動(dòng)作，腕關(guān)節(jié)與肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，只是大小不同，亦有3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，可以實(shí)現(xiàn)手掌2個(gè)軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步 帶與同步帶輪來(lái)控制繩索的拉與放，實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確控制繩索的收放；采用多條牽引繩與驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合，能夠精確控制繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)由繩索牽引來(lái)驅(qū)動(dòng)，由于繩索只能產(chǎn)生拉力，不能承受壓力，因此只具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自 由度的擬人臂肘關(guān)節(jié)由兩根繩索驅(qū)動(dòng)，形成回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，兩根繩索通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行拉 與放控制。肩、腕關(guān)節(jié)各采用四根繩索驅(qū)動(dòng)進(jìn)行球面三自由度的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。本發(fā)明的一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括有4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、1 個(gè)肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)相同；這9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別通過(guò)10條牽引繩實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確控制繩索的收與放，從而實(shí)現(xiàn) 肩、肘、腕關(guān)節(jié)的不同運(yùn)動(dòng)；所述的4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、肩關(guān)節(jié)第二驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)、肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)、腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的10條牽引繩是指肩關(guān)節(jié)第一牽引繩、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩、肩關(guān)節(jié)第三牽引 繩、肩關(guān)節(jié)第四牽引繩、肘關(guān)節(jié)第一牽引繩、肘關(guān)節(jié)第二牽引繩、腕關(guān)節(jié)第一牽引繩、腕關(guān)節(jié) 第二牽引繩、腕關(guān)節(jié)第三牽引繩、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩。本發(fā)明繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于①通過(guò)三塊間隔板進(jìn)行9個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的合理分布，使得擬人臂機(jī)器人中的肩、肘、 腕三個(gè)關(guān)節(jié)在各自牽引繩索的牽引下不產(chǎn)生干涉。②肘關(guān)節(jié)僅由一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩根牽引繩拉繩與放繩的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
③肩、肘、腕三個(gè)關(guān)節(jié)采用同步帶與同步帶輪來(lái)控制繩索的拉與放，實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確 控制繩索的收放；肩關(guān)節(jié)與腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，肩、腕關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)相比，肩、腕 關(guān)節(jié)僅增加了用于壓緊同步帶的壓緊件，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了同一模式的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了機(jī)器人的生產(chǎn)成本。④采用疊層擺放各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有利于布置與裝配，使得擬人臂機(jī)器人的 結(jié)構(gòu)緊湊、合理。


圖1是本發(fā)明一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的俯視圖。圖IA是本發(fā)明繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局圖。圖IB是本發(fā)明繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的肘關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局圖。圖IC是本發(fā)明繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局圖。圖2是本發(fā)明肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2A是本發(fā)明肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分解圖。圖3是本發(fā)明肘關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖3A是本發(fā)明肘關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分解圖。1.末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 11.底座 2.機(jī)器人小臂 3.機(jī)器人大臂 4.轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)10.肩關(guān)節(jié)定位板10A.肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10Β.肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
10C..肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10D.肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10Ε.肩關(guān)節(jié)定位板
101..A夾板102.同步帶103.同步帶輪
力口104..壓緊輪105.帶輪安裝架106.壓緊輪安裝
107..直流伺服電機(jī)108.聯(lián)軸器109.同步帶輪軸
110..壓緊輪軸111.立而蓋112.電機(jī)安裝架
20.肘關(guān)節(jié)定位板20A.肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)201.B夾板
202..同步帶203.同步帶輪204.C夾板
205..帶輪安裝架207.直流伺服電機(jī)208.聯(lián)軸器
209..同步帶輪軸211.立而蓋212.電機(jī)安裝架
30.腕關(guān)節(jié)定位板30A.腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30Β.腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
30C..腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30D.腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30Ε.腕關(guān)節(jié)定位IK
1A.肩關(guān)節(jié)第一牽引繩IB.肩關(guān)節(jié)第二牽引繩1C.肩關(guān)節(jié)第三牽引繩
ID.肩關(guān)節(jié)第四牽引繩IE.肘關(guān)節(jié)第一牽引繩IF.肘關(guān)節(jié)第二牽引繩
1G.腕關(guān)節(jié)第一牽引繩1Η·腕關(guān)節(jié)第二牽引繩11.腕關(guān)節(jié)第三牽引繩1J.腕關(guān)節(jié)第四牽引繩
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1所示的一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人，該擬人臂機(jī)器人包括有末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 1、小臂2、大臂3、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4、多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和殼體40，末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過(guò)小臂2連接在轉(zhuǎn) 動(dòng)關(guān)節(jié)4上，而轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4安裝在大臂3上。用于驅(qū)動(dòng)該擬人臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包 括有4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、1個(gè)肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分 別布置在3塊采用疊層方式擺放的定位板(腕關(guān)節(jié)定位板10、肘關(guān)節(jié)定位板20、肩關(guān)節(jié)定 位板30)上，9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別通過(guò)10條牽引繩實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確控制繩索的收與放，從而實(shí)現(xiàn) 肩、肘、腕關(guān)節(jié)的不同運(yùn)動(dòng)，而本發(fā)明中的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)則采用了同步帶與同步帶輪來(lái)控 制繩索的拉與放，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)精確控制繩索的收放，提高了擬人臂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制精度。在本發(fā)明中，4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10A、肩關(guān) 節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10B、肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOC和肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10D。在本發(fā)明中，4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30A、腕關(guān) 節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30B、腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30C和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30D。在本發(fā)明中，4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同。 因此在下述記載的文字和說(shuō)明書附圖中僅對(duì)肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOA進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，通 過(guò)記載的肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOA的文字說(shuō)明，發(fā)明人完全相信除發(fā)明人以外的人能夠理 解和明白其余的7個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10B、肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10C、肩關(guān) 節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10D、腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30A、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30B、腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)30C和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30D)的相關(guān)說(shuō)明；以及這7個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與各自的牽引繩之 間的連接和運(yùn)動(dòng)關(guān)系。在本發(fā)明中，肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)除了缺少4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、或者4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)中的壓緊輪以外，其余結(jié)構(gòu)是相同的。在本發(fā)明中，10條牽引繩是指肩關(guān)節(jié)第一牽引繩1A、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩1B、肩關(guān) 節(jié)第三牽引繩1C、肩關(guān)節(jié)第四牽引繩1D、肘關(guān)節(jié)第一牽引繩1E、肘關(guān)節(jié)第二牽引繩1F、腕關(guān) 節(jié)第一牽引繩1G、腕關(guān)節(jié)第二牽引繩1H、腕關(guān)節(jié)第三牽引繩II、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩1J。10 條牽引繩采用的是鋼絲繩，為了保證彎曲狀態(tài)下繩子的張緊，在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1至機(jī)殼40 止的這段牽引繩上外套有螺旋線外套，利用該螺旋線外套能夠保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，即使?fàn)恳?繩在彎曲狀態(tài)下也能保持張緊。繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過(guò)小臂2連接在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4上，而轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)4安裝在大臂3上。為了實(shí)現(xiàn)肩、肘、腕關(guān)節(jié)的解耦，10條牽引繩的一端直接連接在各 自的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，10條牽引繩的另一端連接在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1上。在各個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的 動(dòng)力源條件下，拉繩、放繩的協(xié)作實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端平臺(tái)的7自由度運(yùn)動(dòng)。(一)10條牽引繩各自的連接關(guān)系為參見(jiàn)圖1、圖1A、圖1B、圖IC所示，肩關(guān)節(jié)第一牽引繩IA的一端、肩關(guān)節(jié)第二牽引 繩IB的一端、肩關(guān)節(jié)第三牽引繩IC的一端和肩關(guān)節(jié)第四牽引繩ID的一端共同連接在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的底座11的中心夾具上；肩關(guān)節(jié)第一牽引繩IA的另一端、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩IB的另一端、肩關(guān)節(jié)第三牽引 繩IC的另一端和肩關(guān)節(jié)第四牽引繩ID的另一端穿過(guò)小臂2、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4、大臂3后，分別與 自身配合的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，即肩關(guān)節(jié)第一牽引繩IA的另一端連接在肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) IOA的A夾板101上，肩關(guān)節(jié)第二牽引繩IB的另一端連接在肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOB的夾 板上，肩關(guān)節(jié)第三牽引繩IC的另一端連接在肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOC的夾板上，肩關(guān)節(jié)第 四牽引繩ID的另一端連接在肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOD的夾板上。在擬人臂機(jī)器人的肩部 關(guān)節(jié)中4個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)、牽引繩、同步帶和同步帶輪的配合，實(shí)現(xiàn)了肩部關(guān)節(jié)中的4 條牽引繩的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)。肘關(guān)節(jié)第一牽引繩IE的一端連接在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4的平臺(tái)一側(cè)上，肘關(guān)節(jié)第一牽引繩 IE的另一端連接在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20A的C夾板204上；肘關(guān)節(jié)第二牽引繩IF的一端連接在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4的平臺(tái)另一側(cè)上，肘關(guān)節(jié)第二牽引 繩IF的另一端連接在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20A的B夾板201上。腕關(guān)節(jié)第一牽引繩IG的一端、腕關(guān)節(jié)第二牽引繩IH的一端、腕關(guān)節(jié)第三牽引繩II 的一端、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩IJ的一端分別安裝在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的底座11的四個(gè)角的夾 具上，且腕關(guān)節(jié)第一牽引繩IG與腕關(guān)節(jié)第二牽引繩IH保持在同一側(cè)，腕關(guān)節(jié)第三牽引繩II 與腕關(guān)節(jié)第四牽引繩IJ保持在另一側(cè)；腕關(guān)節(jié)第一牽引繩IG的另一端、腕關(guān)節(jié)第二牽引繩IH的另一端、腕關(guān)節(jié)第三牽引 繩II的另一端、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩IJ的另一端分別與自身配合的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，即腕關(guān)節(jié) 第一牽引繩IG的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30A的夾板上，腕關(guān)節(jié)第二牽引繩IH 的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30B的夾板上，腕關(guān)節(jié)第三牽引繩II的另一端連接在 腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30C的夾板上，腕關(guān)節(jié)第四牽引繩IJ的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)40D的夾板上。在擬人臂機(jī)器人的腕部關(guān)節(jié)中4個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)、牽引繩、同步帶 和同步帶輪的配合，實(shí)現(xiàn)了腕部關(guān)節(jié)中的4條牽引繩的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中，10條牽引繩能夠方便的通過(guò)機(jī)殼40，是因機(jī)殼40上設(shè)有通孔；進(jìn)而 通過(guò)腕關(guān)節(jié)定位板30、肘關(guān)節(jié)定位板20，是因定位板上設(shè)有通孔或者是開(kāi)有減重孔。(二)9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在3塊定位板上的擺放位置為參見(jiàn)圖1、圖1A、圖1B、圖IC所示，肩關(guān)節(jié)定位板10上安裝有肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) IOA和肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOB ；肘關(guān)節(jié)定位板20的上方安裝有肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IOC和肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 10D，肘關(guān)節(jié)定位板20的下方安裝有肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20A。腕關(guān)節(jié)定位板30上安裝有腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30A、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30B、腕 關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30C和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30D，且腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30A和腕關(guān)節(jié)第 二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30B設(shè)置在同一側(cè)，腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30C與腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30D設(shè)置
在另一側(cè)。在本發(fā)明中，采用疊層擺放各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有利于布置與裝配，使得擬人臂 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊、合理。(三)肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)參見(jiàn)圖2、圖2A所示，肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有A夾板101、同步帶102、同步帶輪103、壓緊輪104、端蓋111、直流伺服電機(jī)107、聯(lián)軸器108 ；A夾板101由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶102的一 端，然后將夾板101安裝在肩關(guān)節(jié)定位板10上；同步帶102 —面為光面，另一面上設(shè)有下槽溝，且所述下槽溝與同步帶輪103上的 外槽溝相嚙合；同步帶輪103的外部設(shè)有外槽溝，該外槽溝與同步帶102上的下槽溝相嚙合，同步 帶輪103套接在同步帶輪軸109上，同步帶輪軸109安裝在帶輪安裝架105上，且同步帶輪 軸109的兩端分別套接有滾珠軸承，而該滾珠軸承分別安裝在帶輪安裝架105上的兩個(gè)通 孔內(nèi)；一端由安裝在帶輪安裝架105上的端蓋111頂住滾珠軸承外圈，另一端滾珠軸承外圈 直接頂在帶輪安裝架上。帶輪安裝架105安裝在肩關(guān)節(jié)定位板10上；壓緊輪104為一滾動(dòng)軸承，套接在壓緊輪軸110上，壓緊輪軸110安裝在壓緊輪安 裝架106上，且壓緊輪軸110的兩端分別安裝在壓緊輪安裝架106上的兩個(gè)通孔內(nèi)；壓緊輪 安裝架106安裝在肩關(guān)節(jié)定位板10上；直流伺服電機(jī)107的輸出軸上套接有聯(lián)軸器108，聯(lián)軸器108的另一端連接在同步 帶輪軸109的一端，同步帶輪軸109另一端安裝在帶輪安裝架105上；用于支撐起直流伺服電機(jī)107的電機(jī)架112固定安裝在肩關(guān)節(jié)定位板10上。肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為直流伺服電機(jī)107通過(guò)聯(lián)軸器108驅(qū)動(dòng)同步 帶輪103轉(zhuǎn)動(dòng)，由于同步帶102在壓緊輪104的壓緊作用下與同步帶輪103的配合，同步帶 102的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)第一牽引繩IA的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)。在肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，直流伺服電機(jī)107的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為拉繩運(yùn)動(dòng)。直 流伺服電機(jī)107的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為放繩運(yùn)動(dòng)。(四)肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)參見(jiàn)圖3、圖3A所示，肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有B夾板201、C夾板204、同步帶202、 同步帶輪203、端蓋211、直流伺服電機(jī)207、聯(lián)軸器208 ；B夾板201由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶202的一 端，然后將B夾板101安裝在肘關(guān)節(jié)定位板20上；C夾板204由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶202的另 一端，然后將C夾板204安裝在肘關(guān)節(jié)定位板20上；
0074]同步帶202 —面為光面，另一面上設(shè)有下槽溝，且所述下槽溝與同步帶輪203上的 外槽溝相嚙合；同步帶輪203的外部設(shè)有外槽溝，該外槽溝與同步帶202上的下槽溝相嚙合，同步 帶輪203套接在同步帶輪軸209上，同步帶輪軸209安裝在帶輪安裝架205上，且同步帶輪 軸209的兩端分別套接有滾珠軸承，而該滾珠軸承分別安裝在帶輪安裝架205上的兩個(gè)通 孔內(nèi)；一端由安裝在帶輪安裝架205上的端蓋211頂住滾珠軸承外圈，另一端滾珠軸承外圈 直接頂在帶輪安裝架上。帶輪安裝架205安裝在肘關(guān)節(jié)定位板20上；直流伺服電機(jī)207的輸出軸上套接有聯(lián)軸器208，聯(lián)軸器208的另一端連接在同步 帶輪軸209的一端，同步帶輪軸209另一端安裝在帶輪安裝架205上；用于支撐起直流伺服電機(jī)207的電機(jī)架212固定安裝在肘關(guān)節(jié)定位板20上。肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為直流伺服電機(jī)207通過(guò)聯(lián)軸器208驅(qū)動(dòng)同步帶輪203轉(zhuǎn)動(dòng)，由于同步帶202與同步帶輪203的配合，同步帶202的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了肘關(guān)節(jié)第一牽 引繩IE與肘關(guān)節(jié)第二牽引繩IF相互協(xié)作下的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)。
在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，直流伺服電機(jī)207的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)第一牽引 繩IE的放繩和肘關(guān)節(jié)第二牽引繩IF的拉繩運(yùn)動(dòng)。直流伺服電機(jī)207的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)實(shí) 現(xiàn)肘關(guān)節(jié)第一牽引繩IE的拉繩和肘關(guān)節(jié)第二牽引繩IF的放繩運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于用于驅(qū)動(dòng)該擬人臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、1個(gè)肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同；這9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別通過(guò)10條牽引繩實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確控制繩索的收與放，從而實(shí)現(xiàn)肩、肘、腕關(guān)節(jié)的不同運(yùn)動(dòng)；所述的4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10A)、肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10B)、肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10C)和肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10D)；所述的4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)相同的腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30A)、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30B)、腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30C)和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30D)；所述的10條牽引繩是指肩關(guān)節(jié)第一牽引繩(1A)、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩(1B)、肩關(guān)節(jié)第三牽引繩(1C)、肩關(guān)節(jié)第四牽引繩(1D)、肘關(guān)節(jié)第一牽引繩(1E)、肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(1F)、腕關(guān)節(jié)第一牽引繩(1G)、腕關(guān)節(jié)第二牽引繩(1H)、腕關(guān)節(jié)第三牽引繩(1I)、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩(1J)；肩關(guān)節(jié)第一牽引繩(1A)的一端、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩(1B)的一端、肩關(guān)節(jié)第三牽引繩(1C)的一端和肩關(guān)節(jié)第四牽引繩(1D)的一端共同連接在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)的底座(11)的中心夾具上；肩關(guān)節(jié)第一牽引繩(1A)的另一端、肩關(guān)節(jié)第二牽引繩(1B)的另一端、肩關(guān)節(jié)第三牽引繩(1C)的另一端和肩關(guān)節(jié)第四牽引繩(1D)的另一端穿過(guò)小臂(2)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4)、大臂(3)后，分別與肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10A)的A夾板(101)、肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10B)的夾板、肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10C)的夾板、肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10D)的夾板連接；肘關(guān)節(jié)第一牽引繩(1E)的一端連接在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4)的平臺(tái)一側(cè)上，肘關(guān)節(jié)第一牽引繩(1E)的另一端連接在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20A)的C夾板(204)上；肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(1F)的一端連接在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4)的平臺(tái)另一側(cè)上，肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(1F)的另一端連接在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20A)的B夾板(201)上；腕關(guān)節(jié)第一牽引繩(1G)的一端、腕關(guān)節(jié)第二牽引繩(1H)的一端、腕關(guān)節(jié)第三牽引繩(1I)的一端、腕關(guān)節(jié)第四牽引繩(1J)的一端分別安裝在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)的底座(11)的四個(gè)角的夾具上，且腕關(guān)節(jié)第一牽引繩(1G)與腕關(guān)節(jié)第二牽引繩(1H)保持在同一側(cè)，腕關(guān)節(jié)第三牽引繩(1I)與腕關(guān)節(jié)第四牽引繩(1J)保持在另一側(cè)；腕關(guān)節(jié)第一牽引繩(1G)的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30A)的夾板上，腕關(guān)節(jié)第二牽引繩(1H)的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30B)的夾板上，腕關(guān)節(jié)第三牽引繩(1I)的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30C)的夾板上，腕關(guān)節(jié)第四牽引繩(1J)的另一端連接在腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(40D)的夾板上；肩關(guān)節(jié)定位板(10)上安裝有肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10A)和肩關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10B)；肘關(guān)節(jié)定位板(20)的上方安裝有肩關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10C)和肩關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10D)，肘關(guān)節(jié)定位板(20)的下方安裝有肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20A)；腕關(guān)節(jié)定位板(30)上安裝有腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30A)、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30B)、腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30C)和腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30D)，且腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30A)和腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30B)設(shè)置在同一側(cè)，腕關(guān)節(jié)第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30C)與腕關(guān)節(jié)第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30D)設(shè)置在另一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(IOA)包括有A夾板(101)、同步帶(102)、同步帶輪(103)、壓緊 輪(104)、端蓋(111)、直流伺服電機(jī)(107)、聯(lián)軸器(108)；A夾板(101)由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶(102)的一 端，然后將夾板(101)安裝在肩關(guān)節(jié)定位板(10)上；同步帶(102) —面為光面，另一面上設(shè)有下槽溝，且所述下槽溝與同步帶輪(103)上的 外槽溝相嚙合；同步帶輪(103)的外部設(shè)有外槽溝，該外槽溝與同步帶(102)上的下槽溝相嚙合，同 步帶輪(103)套接在同步帶輪軸(109)上，同步帶輪軸(109)安裝在帶輪安裝架(105)上， 且同步帶輪軸(109)的兩端分別套接有滾珠軸承，而該滾珠軸承分別安裝在帶輪安裝架 (105)上的兩個(gè)通孔內(nèi)；一端由安裝在帶輪安裝架(105)上的端蓋(111)頂住滾珠軸承外 圈，另一端滾珠軸承外圈直接頂在帶輪安裝架上；帶輪安裝架(105)安裝在肩關(guān)節(jié)定位板 (10)上；壓緊輪(104)為一滾動(dòng)軸承，套接在壓緊輪軸(110)上，壓緊輪軸(110)安裝在壓緊輪 安裝架(106)上，且壓緊輪軸(110)的兩端分別安裝在壓緊輪安裝架(106)上的兩個(gè)通孔 內(nèi)；壓緊輪安裝架(106)安裝在肩關(guān)節(jié)定位板(10)上；直流伺服電機(jī)(107)的輸出軸上套接有聯(lián)軸器(108)，聯(lián)軸器(108)的另一端連接在同 步帶輪軸(109)的一端，同步帶輪軸(109)另一端安裝在帶輪安裝架(105)上；用于支撐起直流伺服電機(jī)(107)的電機(jī)架(112)固定安裝在肩關(guān)節(jié)定位板(10)上； 肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為直流伺服電機(jī)(107)通過(guò)聯(lián)軸器(108)驅(qū)動(dòng)同步 帶輪(103)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于同步帶(102)在壓緊輪(104)的壓緊作用下與同步帶輪(103)的配 合，同步帶(102)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)第一牽引繩(IA)的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)；在肩關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，直流伺服電機(jī)(107)的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為拉繩運(yùn)動(dòng)；直流 伺服電機(jī)(107)的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為放繩運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(20A)包括有B夾板(201)、C夾板(204)、同步帶(202)、同步帶輪 (203)、端蓋(211)、直流伺服電機(jī)(207)、聯(lián)軸器(208)；B夾板(201)由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶(202)的一 端，然后將B夾板(101)安裝在肘關(guān)節(jié)定位板(20)上；C夾板(204)由上、下兩塊帶有槽溝的板組成，通過(guò)上、下兩塊板夾緊同步帶(202)的另 一端，然后將C夾板(204)安裝在肘關(guān)節(jié)定位板(20)上；同步帶(202) —面為光面，另一面上設(shè)有下槽溝，且所述下槽溝與同步帶輪(203)上的 外槽溝相嚙合；同步帶輪(203)的外部設(shè)有外槽溝，該外槽溝與同步帶(202)上的下槽溝相嚙合，同 步帶輪(203)套接在同步帶輪軸(209)上，同步帶輪軸(209)安裝在帶輪安裝架(205)上， 且同步帶輪軸(209)的兩端分別套接有滾珠軸承，而該滾珠軸承分別安裝在帶輪安裝架 (205)上的兩個(gè)通孔內(nèi)；一端由安裝在帶輪安裝架(205)上的端蓋(211)頂住滾珠軸承外 圈，另一端滾珠軸承外圈直接頂在帶輪安裝架上；帶輪安裝架(205)安裝在肘關(guān)節(jié)定位板 (20)上；3直流伺服電機(jī)(207)的輸出軸上套接有聯(lián)軸器(208)，聯(lián)軸器(208)的另一端連接在同 步帶輪軸(209)的一端，同步帶輪軸(209)另一端安裝在帶輪安裝架(205)上；用于支撐起直流伺服電機(jī)(207)的電機(jī)架(212)固定安裝在時(shí)關(guān)節(jié)定位板(20)上； 肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為直流伺服電機(jī)(207)通過(guò)聯(lián)軸器(208)驅(qū)動(dòng)同步帶輪 (203)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于同步帶(202)與同步帶輪(203)的配合，同步帶(202)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了肘關(guān) 節(jié)第一牽引繩(IE)與肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(IF)相互協(xié)作下的拉繩與放繩的運(yùn)動(dòng)；在肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，直流伺服電機(jī)(207)的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)第一牽引繩 (IE)的放繩和肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(IF)的拉繩運(yùn)動(dòng)；直流伺服電機(jī)(207)的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)第一牽引繩(IE)的拉繩和肘關(guān)節(jié)第二牽引繩(IF)的放繩運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于10條牽引繩 采用的是鋼絲繩。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種繩驅(qū)動(dòng)擬人臂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該擬人臂機(jī)器人包括有4個(gè)腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、1個(gè)肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和4個(gè)肩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別布置在3塊定位板上，9個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別通過(guò)10條牽引繩實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確控制繩索的收與放，從而實(shí)現(xiàn)肩、肘、腕關(guān)節(jié)的不同運(yùn)動(dòng)，而本發(fā)明中的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)則采用了同步帶與同步帶輪來(lái)控制繩索的拉與放，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)精確控制繩索的收放，提高了擬人臂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制精度。
文檔編號(hào)B25J17/00GK101890723SQ20101021503
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者劉榮, 張建斌, 陳偉海, 陳泉柱 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)