專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械臂關(guān)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的機(jī)械臂通常由多級(jí)關(guān)節(jié)串接而成，并作為末端操作器的支撐部件，多用于遠(yuǎn)端操控、目標(biāo)檢測(cè)等多自由度位姿及避障應(yīng)用的場(chǎng)合。機(jī)械臂的可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)是決定機(jī)械臂末端定位精度以及空間運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)鍵要素。在狹小縱深運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)，對(duì)機(jī)械臂的避障能力要求較高，為減輕多級(jí)串接機(jī)械臂的自重以提高其末端攜載能力，到目前為止將鋼絲繩用于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)已有較多應(yīng)用，主要利用鋼絲繩纏繞在驅(qū)動(dòng)輪或驅(qū)動(dòng)軸上的方式，依靠鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪或驅(qū)動(dòng)軸之間纏繞部分的摩擦力傳遞動(dòng)力，由于鋼絲繩纏繞部分與驅(qū)動(dòng)輪或驅(qū)動(dòng)軸之間存在相對(duì)滑轉(zhuǎn)，鋼絲繩的傳 遞效率不高，關(guān)節(jié)控制精度低，因此需要足夠的鋼絲繩預(yù)緊力以提高鋼絲繩的傳遞效率，且對(duì)鋼絲繩預(yù)緊裝置的要求較高。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN 101323110A提出的一種機(jī)械臂的大角度回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中第一鋼絲輪盤(pán)、第三鋼絲輪盤(pán)和第一關(guān)節(jié)軸分別固定安裝在第一臂的根部，第二鋼絲輪盤(pán)、第四鋼絲輪盤(pán)和第二關(guān)節(jié)軸分別固定安裝在第二臂的根部，關(guān)節(jié)軸連桿安裝在第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸上，可分別沿第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)。第一鋼絲繩至第四鋼絲繩分別纏繞在第一鋼絲輪盤(pán)至第四鋼絲輪盤(pán)的U型凹槽上，纏繞后呈8字形狀并且保持張緊狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)接近正負(fù)180度的大角度回轉(zhuǎn)，但這種關(guān)節(jié)不具有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能，其利用鋼絲繩與鋼絲繩輪間的摩擦力傳遞動(dòng)力，傳遞效率低，且難以實(shí)現(xiàn)四根鋼絲繩預(yù)緊力調(diào)節(jié)的一致性。中國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)CN 100443770C所介紹的一種用于機(jī)械臂的鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，大臂和小臂的橫截面都為中空筒狀；小臂驅(qū)動(dòng)軸設(shè)有V形槽結(jié)構(gòu)用來(lái)纏繞鋼絲繩，小臂驅(qū)動(dòng)軸兩端通過(guò)軸承安裝在大臂根部，大臂驅(qū)動(dòng)軸固定在大臂根部，與小臂驅(qū)動(dòng)軸保持同軸；小臂從動(dòng)軸也設(shè)有V形槽結(jié)構(gòu)用來(lái)纏繞鋼絲繩，與小臂根部固定連接，兩端通過(guò)軸承安裝在大臂頂部，鋼絲繩纏繞在小臂驅(qū)動(dòng)軸和小臂從動(dòng)軸的V形槽之間并且保持張緊狀態(tài)，鋼絲繩的端部固定在小臂上；鋼絲繩張緊裝置整體安裝在大臂內(nèi)部、小臂驅(qū)動(dòng)軸和小臂從動(dòng)軸之間，通過(guò)調(diào)整螺栓與張緊調(diào)整棒之間的拉力與鋼絲繩傳動(dòng)過(guò)程的有效張力相平衡實(shí)現(xiàn)鋼絲繩有效張力的調(diào)整。該機(jī)構(gòu)的鋼絲繩纏繞在小臂驅(qū)動(dòng)軸和小臂從動(dòng)軸的V形槽之間，通過(guò)靜摩擦力帶動(dòng)小臂相對(duì)于大臂轉(zhuǎn)動(dòng)，小臂驅(qū)動(dòng)軸與鋼絲繩纏繞部分之間存在相對(duì)滑轉(zhuǎn)，鋼絲繩的傳遞效率不高，關(guān)節(jié)控制精度低，并且其鋼絲繩張緊裝置整體安裝在大臂內(nèi)部，調(diào)節(jié)不方便，由于張緊調(diào)整棒與鋼絲繩之間存在摩擦消耗大，鋼絲繩傳遞效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，以解決鋼絲繩與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪或驅(qū)動(dòng)軸之間的滑轉(zhuǎn)問(wèn)題，減小鋼絲繩預(yù)緊過(guò)程中的摩擦損耗，提高鋼絲繩傳遞效率和關(guān)節(jié)的控制精度。本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，其特征在于鋼絲輪盤(pán)的盤(pán)面開(kāi)有沿圓周均布的盤(pán)面通孔，鋼絲輪盤(pán)的輪緣內(nèi)開(kāi)有并列的兩道截面為U形的凹槽用來(lái)分別纏繞左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩，每個(gè)U形凹槽底部均開(kāi)有與盤(pán)面通孔相通的凹槽通孔；左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩的一端均壓制有鋼絲繩球頭，球頭直徑大于凹槽通孔的直徑且小于盤(pán)面通孔的直徑，左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩分別經(jīng)由盤(pán)面通孔穿過(guò)凹槽通孔，鋼絲繩球頭卡在盤(pán)面通孔與凹槽通孔交接處，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中鋼絲繩預(yù)緊后與鋼絲輪盤(pán)保持相對(duì)固定；鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸兩端各有一個(gè)凸緣，分別與前級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)固定連接，凸緣的外側(cè)面位于鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸軸心處開(kāi)有型腔，角度傳感器的非輸出軸一端固定在型腔的底部，角度傳感器的輸出軸端部開(kāi)有矩形凹槽，角度傳感器的輸出軸與鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸保持同軸關(guān)系；前級(jí)機(jī)械臂和后級(jí)機(jī)械臂均采用中空筒狀的機(jī)械臂，每級(jí)機(jī)械臂的端部平行于機(jī)械臂長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ(chēng)設(shè)有相互平行的上、下兩個(gè)凸臺(tái)，后級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)面間距大于前級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)的外側(cè)面間距，前級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)的外側(cè)面位于后級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)面之間，前級(jí)機(jī)械臂的上、下凸臺(tái)外側(cè)面有同軸心的軸承座孔，分別與第一軸承和第二軸承的外圈配合，軸承座孔底部開(kāi)有與軸承座孔同軸心的軸承通孔，軸承通孔直徑大于第一軸承或第二軸承的內(nèi)圈直徑，后級(jí)機(jī)械臂上、下凸臺(tái)有同軸心的通孔，分別與第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸配合；第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸均為二階梯整體軸，由小徑軸、大徑軸和大徑軸一端的轉(zhuǎn)軸凸緣三部分組成，第一轉(zhuǎn)軸的大徑軸與后級(jí)機(jī)械臂的上凸臺(tái)的通孔配合，小徑軸的端部沿軸線有一矩形凸臺(tái)，嵌于角度傳感器的輸出軸端部的矩形凹槽內(nèi)，第一轉(zhuǎn)軸與角度傳感器的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，小徑軸與第一軸承的內(nèi)圈配合，大徑軸與小徑軸的階梯面止于第一軸承內(nèi)圈的端面，第一轉(zhuǎn)軸通過(guò)鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸凸緣與后級(jí)機(jī)械臂的上凸臺(tái)固定連接，使得前級(jí)機(jī)械臂的上凸臺(tái)與后級(jí)機(jī)械臂的上凸臺(tái)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸和第一軸承連接并保持可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；前級(jí)機(jī)械臂的下凸臺(tái)與后級(jí)機(jī)械臂的下凸臺(tái)采用與此相同的方式通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸和第二軸承的配合連接；從后級(jí)機(jī)械臂的上凸臺(tái)沿鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸軸線方向看，左旋鋼絲繩依逆時(shí)針?lè)较蚶p繞在其中一道U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)的輪緣后經(jīng)由左側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器；右旋鋼絲繩依順時(shí)針?lè)较蚶p繞在另一道U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)的輪緣后經(jīng)由右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器；鋼絲繩預(yù)緊裝置的鎖緊螺母旋合在調(diào)整螺釘?shù)穆菁y上，用于鎖定鋼絲繩預(yù)緊裝置與后級(jí)機(jī)械臂間的相對(duì)位置，調(diào)整螺釘?shù)穆菁y一側(cè)的端部有與調(diào)整螺釘?shù)妮S線同軸的圓柱凸臺(tái)，圓柱凸臺(tái)的外徑小于螺紋外徑，垂直于圓柱凸臺(tái)軸線并過(guò)軸線有一圓柱凸臺(tái)通孔，圓柱凸臺(tái)通孔接近圓柱凸臺(tái)的端部，U形輪架底部開(kāi)有孔徑大于圓柱凸臺(tái)外徑而小于調(diào)整螺釘螺紋外徑的通孔，圓柱凸臺(tái)伸過(guò)U形輪架底部的通孔，并與之間隙配合保持可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱凸臺(tái)的端部通過(guò)卡銷(xiāo)或卡箍插入圓柱凸臺(tái)通孔以限制圓柱凸臺(tái)從U形輪架底部的通孔脫出；導(dǎo)向輪位于U形輪架的兩側(cè)板之間，導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)軸兩端分別通過(guò)第三軸承、第四軸承、第一軸承座和第二軸承座安裝在U形輪架的兩側(cè)板上,使導(dǎo)向輪與U形輪架保持可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向輪的輪緣有一道與鋼絲輪盤(pán)的輪緣凹槽結(jié)構(gòu)、尺寸相同的凹槽用來(lái)約束和引導(dǎo)鋼絲繩；在后級(jí)機(jī)械臂的橫向斷面上有左、右兩個(gè)貫穿外壁的螺紋孔，兩個(gè)螺紋孔的中心線分別位于過(guò)鋼絲輪盤(pán)的兩個(gè)輪緣凹槽底部中心且垂直于鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸的軸線的兩個(gè)平面上，左、右兩個(gè)完全相同的鋼絲繩預(yù)緊裝置的導(dǎo)向輪一側(cè)均位于機(jī)械臂內(nèi)部，分別通過(guò)其調(diào)整螺釘與后級(jí)機(jī)械臂的兩個(gè)貫穿的螺紋孔配合安裝，左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩分別位于左、右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置的導(dǎo)向輪的輪緣凹槽內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘與螺紋孔的旋合深度以改變左、右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置的導(dǎo)向輪沿調(diào)整螺釘?shù)妮S線的位移量，鎖緊螺母旋合在調(diào)整螺釘上，通過(guò)調(diào)整螺釘?shù)穆菁y旋緊在后級(jí)機(jī)械臂的外壁并與之固定，使調(diào)整螺釘與后 級(jí)機(jī)械臂相對(duì)位置固定并鎖定。所述鋼絲輪盤(pán)輪緣開(kāi)有的凹槽，其截面可以為U形、V形或梯形；所述角度傳感器固定在鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸一端凸緣的型腔底部，可以是鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸上端凸緣的型腔底部，或是鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸下端凸緣的型腔底部；所述前級(jí)機(jī)械臂與后級(jí)機(jī)械臂通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸連接的關(guān)節(jié)裝置，優(yōu)選第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸具有相同結(jié)構(gòu)和尺寸，以簡(jiǎn)化機(jī)械臂凸臺(tái)部位的加工工序，使關(guān)節(jié)裝置安裝簡(jiǎn)便。本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，由于采取前級(jí)機(jī)械臂和后級(jí)機(jī)械臂通過(guò)轉(zhuǎn)軸和軸承連接并保持相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲輪盤(pán)固定在前級(jí)機(jī)械臂上、下凸臺(tái)之間，鋼絲輪盤(pán)轉(zhuǎn)軸一端的凸緣中部型腔內(nèi)的角度傳感輸出器軸與轉(zhuǎn)軸同軸并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，兩根驅(qū)動(dòng)鋼絲繩分別通過(guò)球頭卡在凹槽通孔并纏繞在鋼絲輪盤(pán)輪緣U形凹槽內(nèi)，通過(guò)調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的預(yù)緊力，從而能夠?qū)崟r(shí)獲取關(guān)節(jié)位移，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的精確控制，并且鋼絲繩與鋼絲輪盤(pán)間不存在相對(duì)滑轉(zhuǎn)，鋼絲繩與鋼絲繩預(yù)緊裝置間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸，摩擦損耗小，鋼絲繩傳遞效率高，適用于多級(jí)機(jī)械臂串接擴(kuò)展。本發(fā)明關(guān)節(jié)裝置的有益效果在于I.本發(fā)明裝置中采取的左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩的球頭一端分別卡在鋼絲輪盤(pán)的盤(pán)面通孔與凹槽通孔交接處，經(jīng)鋼絲繩充分預(yù)緊后分別與鋼絲輪盤(pán)相對(duì)固定，可以有效解決鋼絲繩與鋼絲輪盤(pán)間發(fā)生相對(duì)滑轉(zhuǎn)的問(wèn)題；2.本發(fā)明裝置中采取的角度傳感器的輸出軸與第一轉(zhuǎn)軸或第二轉(zhuǎn)軸同軸并保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)位移，可以實(shí)時(shí)獲取前級(jí)機(jī)械臂相對(duì)于后級(jí)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)角值，以此用于鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器的反饋控制量，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的精確控制；3.本發(fā)明裝置中采取了調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來(lái)改變鋼絲繩預(yù)緊裝置的導(dǎo)向輪沿調(diào)整螺釘軸線的位移量，進(jìn)而調(diào)節(jié)左旋鋼絲繩和右旋鋼絲繩的預(yù)緊力大小，通過(guò)調(diào)節(jié)鎖緊螺母鎖定調(diào)整螺釘與后級(jí)機(jī)械臂相對(duì)位置，以保持鋼絲繩張緊力不變；鋼絲繩預(yù)緊裝置兼有預(yù)緊和導(dǎo)向功能，預(yù)緊操作簡(jiǎn)便，鋼絲繩與鋼絲繩預(yù)緊裝置間的滑動(dòng)摩擦通過(guò)導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，降低了鋼絲繩預(yù)緊過(guò)程中的摩擦損耗，鋼絲繩傳遞效率高。


圖I是本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置整體結(jié)構(gòu)過(guò)鋼絲輪盤(pán)的轉(zhuǎn)軸軸線的側(cè)向剖視示意圖；圖2是本發(fā)明關(guān)節(jié)裝置中的鋼絲繩預(yù)緊裝置結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖3是本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置的A-A剖面示意圖。下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例I :圖I給出了本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。如圖I中所示，本實(shí)施例雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置 包括前級(jí)機(jī)械臂I、第一軸承2，第一轉(zhuǎn)軸3，角度傳感器4，后級(jí)機(jī)械臂5，鋼絲繩預(yù)緊裝置6，左旋鋼絲繩7，右旋鋼絲繩8，第二轉(zhuǎn)軸9，第二軸承10，鋼絲輪盤(pán)11。所述角度傳感器4的非輸出軸一端置于鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸上端的凸緣的型腔底部，調(diào)整角度傳感器4的輸出軸與鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸保持同軸關(guān)系后固定連接。鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸兩端的凸緣置于前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)內(nèi)側(cè)面之間，調(diào)整鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸與前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)的軸承座孔保持同軸后，將鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸兩端的對(duì)稱(chēng)凸緣與前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)固定連接。所述第一軸承2和第二軸承10分別緊密嵌入前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)外側(cè)面具有同軸心關(guān)系的兩個(gè)軸承座孔內(nèi)。前級(jí)機(jī)械臂和后級(jí)機(jī)械臂均采用中空筒狀的機(jī)械臂，前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)置于后級(jí)機(jī)械臂5的上、下凸臺(tái)內(nèi)側(cè)面之間，調(diào)整后級(jí)機(jī)械臂5的上、下凸臺(tái)的兩個(gè)通孔與第一軸承2和第二軸承10同軸；第一轉(zhuǎn)軸3的大徑軸與后級(jí)機(jī)械臂5的上凸臺(tái)的通孔配合，小徑軸與第一軸承2的內(nèi)圈配合，將小徑軸的端部的矩形凸臺(tái)嵌于角度傳感器4的輸出軸端部的矩形凹槽內(nèi)，第一轉(zhuǎn)軸3與角度傳感器4的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；大徑軸與小徑軸的階梯面止于第一軸承2內(nèi)圈的端面，第一轉(zhuǎn)軸3的凸緣與后級(jí)機(jī)械臂5的上凸臺(tái)的外側(cè)面固定連接，第一轉(zhuǎn)軸3通過(guò)鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸凸緣與后級(jí)機(jī)械臂5的上凸臺(tái)固定連接，使得前級(jí)機(jī)械臂I的上凸臺(tái)與后級(jí)機(jī)械臂5的上凸臺(tái)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸3和第一軸承2連接并保持可以相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第二轉(zhuǎn)軸9和第二軸承10與后級(jí)機(jī)械臂5的下凸臺(tái)的連接方式與此相同。左旋鋼絲繩7和右旋鋼絲繩8分別纏繞在鋼絲輪盤(pán)11的兩道U形凹槽，經(jīng)后級(jí)機(jī)械臂5內(nèi)部連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器；兩個(gè)完全相同的鋼絲繩預(yù)緊裝置6安裝在后級(jí)機(jī)械臂5內(nèi)部，用來(lái)調(diào)整左旋鋼絲繩7和右旋鋼絲繩8的預(yù)緊力，從而實(shí)現(xiàn)第一轉(zhuǎn)軸3與角度傳感器4的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，可以獲得前級(jí)機(jī)械臂I相對(duì)于后級(jí)機(jī)械臂5的轉(zhuǎn)角值并作為用于鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器的反饋控制量。圖2是本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置中的鋼絲繩預(yù)緊裝置6結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。其中鋼絲繩預(yù)緊裝置6包括調(diào)整螺釘61、鎖緊螺母62、U形輪架63、第一軸承座64、第三軸承65、導(dǎo)向輪66、第二軸承座67和第四軸承68。各部件相互連接關(guān)系為導(dǎo)向輪66位于U形輪架63的兩側(cè)板之間，導(dǎo)向輪66的轉(zhuǎn)軸兩端通過(guò)第三軸承65、第四軸承68、第一軸承座64和第二軸承座67安裝在U形輪架63的兩側(cè)板上；第三軸承65嵌入第一軸承座64的內(nèi)部,第四軸承68嵌入第二軸承座67的內(nèi)部,第一軸承座64和第二軸承座67分別安裝在U形輪架63的兩側(cè)板的外側(cè)面上，保證第一軸承座64的座孔和第二軸承座67的座孔同軸位置關(guān)系。將鎖緊螺母62旋合在調(diào)整螺釘61上，鋼絲繩預(yù)緊裝置6的導(dǎo)向輪66均置于機(jī)械臂內(nèi)部，分別通過(guò)其調(diào)整螺釘61與后級(jí)機(jī)械臂5的兩個(gè)貫穿的螺紋孔配合安裝，調(diào)整螺釘61的圓柱凸臺(tái)伸過(guò)U形輪架63的底部通孔與之間隙配合，并保持可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱凸臺(tái)的端部通過(guò)卡銷(xiāo)或卡箍插入圓柱凸臺(tái)通孔69內(nèi)以限制圓柱凸臺(tái)從U形輪架63底部的通孔脫出，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘61與螺紋孔的旋合深度可以改變導(dǎo)向輪66沿調(diào)整螺釘61軸線的位移量，進(jìn)而調(diào)節(jié)左旋鋼絲繩7和右旋鋼絲繩8的預(yù)緊力大小，通過(guò)調(diào)節(jié)鎖緊螺母62旋緊在后級(jí)機(jī)械臂5的外壁并與之固定，使調(diào)整螺釘61與后級(jí)機(jī)械臂5相對(duì)位置固定并鎖定，以保持鋼絲繩張緊力不變。該鋼絲繩預(yù)緊方式操作簡(jiǎn)單，并且實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩與鋼絲繩預(yù)緊裝置6之間的滾動(dòng)接觸，降低了鋼絲繩預(yù)緊過(guò)程中的摩擦損耗，提高了鋼絲繩傳遞效率。
圖3是本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置的A-A剖面示意圖。如圖3中所示左旋鋼絲繩7和右旋鋼絲繩8的未壓制鋼絲繩球頭的一端，分別經(jīng)由鋼絲輪盤(pán)11表面均布的盤(pán)面通孔12穿過(guò)凹槽通孔，使鋼絲繩另一端的球頭卡在盤(pán)面通孔12與凹槽通孔交接處，從后級(jí)機(jī)械臂5的上凸臺(tái)沿鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸軸線方向看，左旋鋼絲繩7依逆時(shí)針?lè)较蚶p繞在凹槽通孔所在的U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)11的輪緣后經(jīng)由左側(cè)的鋼絲繩預(yù)緊裝置6a的導(dǎo)向輪的凹槽，穿過(guò)后級(jí)機(jī)械臂5的內(nèi)部連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器；采用相同的方式，右旋鋼絲繩8依順時(shí)針?lè)较蚶p繞在另一道U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)11的輪緣后經(jīng)由右側(cè)的鋼絲繩預(yù)緊裝置6b的導(dǎo)向輪的凹槽，穿過(guò)后級(jí)機(jī)械臂5的內(nèi)部連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器。左側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置6a和右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置6b結(jié)構(gòu)完全相同，其導(dǎo)向輪的一側(cè)均置于機(jī)械臂內(nèi)部，分別通過(guò)其調(diào)整螺釘61與后級(jí)機(jī)械臂5的兩個(gè)貫穿的螺紋孔配合安裝，并通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘61與后級(jí)機(jī)械臂5的螺紋孔的旋合深度，可以改變左側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置6a的導(dǎo)向輪和右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置6b的導(dǎo)向輪沿調(diào)整螺釘61軸線的位移量，進(jìn)而分別調(diào)節(jié)左旋鋼絲繩7和右旋鋼絲繩8的預(yù)緊力大小，通過(guò)調(diào)節(jié)鎖緊螺母62旋緊在后級(jí)機(jī)械臂5的外壁并與之固定，使調(diào)整螺釘61與后級(jí)機(jī)械臂5相對(duì)位置固定并鎖定，以保持鋼絲繩張緊力不變。本發(fā)明雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，由于采取前級(jí)機(jī)械臂I和后級(jí)機(jī)械臂5通過(guò)轉(zhuǎn)軸和軸承連接并保持相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲輪盤(pán)11通過(guò)兩端中的轉(zhuǎn)軸凸緣固定在前級(jí)機(jī)械臂I的上、下凸臺(tái)之間，鋼絲輪盤(pán)11的轉(zhuǎn)軸一端的凸緣中部型腔內(nèi)的角度傳感4的輸出器軸與其同軸并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，兩根驅(qū)動(dòng)鋼絲繩分別通過(guò)球頭卡在凹槽通孔并纏繞在鋼絲輪盤(pán)11的輪緣U形凹槽內(nèi)，通過(guò)調(diào)整螺釘61調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的預(yù)緊力，從而能夠?qū)崟r(shí)獲取關(guān)節(jié)位移，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的精確控制，并且鋼絲繩與鋼絲輪盤(pán)11間不存在相對(duì)滑轉(zhuǎn)，鋼絲繩與鋼絲繩預(yù)緊裝置6間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸，摩擦損耗小，鋼絲繩傳遞效率高，適用于多級(jí)機(jī)械臂串接擴(kuò)展。該雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)和預(yù)緊方式有效解決了單根鋼絲繩纏繞與鋼絲輪間的摩擦滑轉(zhuǎn)問(wèn)題，且鋼絲繩端部固定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
權(quán)利要求
1.一種雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，其特征在于 鋼絲輪盤(pán)(11)的盤(pán)面開(kāi)有沿圓周均布的盤(pán)面通孔(12)，鋼絲輪盤(pán)(11)的輪緣內(nèi)開(kāi)有并列的兩道截面為U形凹槽用來(lái)分別纏繞左旋鋼絲繩(7)和右旋鋼絲繩(8)，每個(gè)U形凹槽底部均開(kāi)有與盤(pán)面通孔(12)相通的凹槽通孔； 左旋鋼絲繩(7)和右旋鋼絲繩(8)的一端均壓制有鋼絲繩球頭，球頭直徑大于凹槽通孔的直徑而小于盤(pán)面通孔(12)的直徑，左旋鋼絲繩(7)和右旋鋼絲繩(8)分別經(jīng)由盤(pán)面通孔(12)穿過(guò)凹槽通孔，鋼絲繩球頭卡在盤(pán)面通孔(12)與凹槽通孔交接處，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鋼絲繩預(yù)緊后與鋼絲輪盤(pán)(11)保持相對(duì)固定； 鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸兩端各有一個(gè)凸緣，分別與前級(jí)機(jī)械臂(I)的上、下凸臺(tái)固定連接，凸緣的外側(cè)面位于鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸軸心處開(kāi)有型腔，角度傳感器(4)的非輸出軸一端固定在型腔的底部，角度傳感器(4)的輸出軸端部開(kāi)有矩形凹槽，角度傳感器(4)的輸出軸與鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸保持同軸關(guān)系； 前級(jí)機(jī)械臂(I)和后級(jí)機(jī)械臂(5)均采用中空筒狀的機(jī)械臂，每級(jí)機(jī)械臂的端部平行于機(jī)械臂長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ(chēng)設(shè)有相互平行的上、下兩個(gè)凸臺(tái)，后級(jí)機(jī)械臂(5)的上、下凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)面間距大于前級(jí)機(jī)械臂(I)的上、下凸臺(tái)的外側(cè)面間距，前級(jí)機(jī)械臂(I)的上、下凸臺(tái)的外側(cè)面位于后級(jí)機(jī)械臂(5)的上、下凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)面之間，前級(jí)機(jī)械臂(I)的上、下凸臺(tái)外側(cè)面有同軸心的軸承座孔，分別與第一軸承(2 )和第二軸承(IO )的外圈配合，軸承座孔底部開(kāi)有與軸承座孔同軸心的軸承通孔，軸承通孔直徑大于第一軸承(2)或第二軸承(10)的內(nèi)圈直徑，后級(jí)機(jī)械臂(5)的上、下凸臺(tái)有同軸心的通孔，分別與第一轉(zhuǎn)軸(3)和第二轉(zhuǎn)軸(9)配合； 第一轉(zhuǎn)軸(3)和第二轉(zhuǎn)軸(9)均為二階梯整體軸，由小徑軸、大徑軸和大徑軸一端的轉(zhuǎn)軸凸緣三部分組成，第一轉(zhuǎn)軸(3)的大徑軸與后級(jí)機(jī)械臂(5)的上凸臺(tái)的通孔配合，小徑軸的端部沿軸線有一矩形凸臺(tái)，嵌于角度傳感器(4)的輸出軸端部的矩形凹槽內(nèi)，第一轉(zhuǎn)軸(3)與角度傳感器(4)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，小徑軸與第一軸承(2)的內(nèi)圈配合，大徑軸與小徑軸的階梯面止于第一軸承(2)內(nèi)圈的端面，第一轉(zhuǎn)軸(3)的凸緣與后級(jí)機(jī)械臂(5)的上凸臺(tái)的外側(cè)面固定連接，第一轉(zhuǎn)軸(3)通過(guò)鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸凸緣與后級(jí)機(jī)械臂(5)的上凸臺(tái)固定連接，使得前級(jí)機(jī)械臂(I)的上凸臺(tái)與后級(jí)機(jī)械臂(5)的上凸臺(tái)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸(3)和第一軸承(2)連接并保持可以相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)； 前級(jí)機(jī)械臂(I)的下凸臺(tái)與后級(jí)機(jī)械臂(5)的下凸臺(tái)通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸(9)、第二軸承(10)采取與此相同的配合連接方式； 從后級(jí)機(jī)械臂(5)的上凸臺(tái)沿鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸軸線方向看，左旋鋼絲繩(7)依逆時(shí)針?lè)较蚶p繞在其中一道U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)(11)的輪緣后經(jīng)由左側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器；右旋鋼絲繩(8)依順時(shí)針?lè)较蚶p繞在另一道U形凹槽內(nèi)，繞鋼絲輪盤(pán)(11)的輪緣后經(jīng)由右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置連接至鋼絲繩驅(qū)動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求I所述雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，特征在于所述鋼絲繩預(yù)緊裝置(6)的鎖緊螺母(62)旋合在調(diào)整螺釘(61)的螺紋上，用于鎖定鋼絲繩預(yù)緊裝置(6)與后級(jí)機(jī)械臂(5)間的相對(duì)位置，調(diào)整螺釘(61)的螺紋一側(cè)的端部有與調(diào)整螺釘(61)的軸線同軸的圓柱凸臺(tái)，圓柱凸臺(tái)的外徑小于螺紋外徑，垂直于圓柱凸臺(tái)軸線并過(guò)軸線有一圓柱凸臺(tái)通孔(69),圓柱凸臺(tái)通孔(69)接近圓柱凸臺(tái)的端部，U形輪架(63)底部開(kāi)有通孔，其孔徑大于圓柱凸臺(tái)的外徑且小于調(diào)整螺釘(61)的螺紋外徑，圓柱凸臺(tái)伸過(guò)U形輪架(63)底部的通孔，并與之間隙配合保持可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱凸臺(tái)的端部通過(guò)卡銷(xiāo)或卡箍插入圓柱凸臺(tái)通孔(69)以限制圓柱凸臺(tái)從U形輪架(63)底部的通孔脫出； 導(dǎo)向輪(66)位于U形輪架(63)的兩側(cè)板之間，導(dǎo)向輪(66)的轉(zhuǎn)軸兩端通過(guò)第三軸承(65 )、第四軸承(68 )、第一軸承座(64)和第二軸承座(67 )安裝在U形輪架(63 )的兩側(cè)板上，導(dǎo)向輪(66)與U形輪架(63)保持相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向輪(66)的輪緣有一道與鋼絲輪盤(pán)(11)的輪緣凹槽結(jié)構(gòu)、尺寸相同的凹槽用來(lái)約束和引導(dǎo)鋼絲繩； 在后級(jí)機(jī)械臂(5)的橫向斷面上有左、右兩個(gè)貫穿外壁的螺紋孔，兩個(gè)螺紋孔的中心線分別位于過(guò)鋼絲輪盤(pán)(11)的兩個(gè)輪緣凹槽底部中心且垂直于鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸的軸線的兩個(gè)平面上，左、右兩個(gè)完全相同的鋼絲繩預(yù)緊裝置(6a，6b)的導(dǎo)向輪一側(cè)均位于機(jī)械臂內(nèi)部，分別通過(guò)其調(diào)整螺釘(61)與后級(jí)機(jī)械臂(5)兩個(gè)貫穿的螺紋孔配合安裝，左旋鋼絲繩(7)和右旋鋼絲繩(8)分別位于左、右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置(6a、6b)的導(dǎo)向輪的輪緣凹槽內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘(61)與螺紋孔的旋合深度可以改變左、右側(cè)鋼絲繩預(yù)緊裝置(6a，6b)的導(dǎo)向輪沿調(diào)整螺釘(61)的軸線的位移量，鎖緊螺母(62)旋合在調(diào)整螺釘(61)上，通過(guò)調(diào)整螺釘(61)的螺紋旋緊在后級(jí)機(jī)械臂(5)的外壁并與之固定，使調(diào)整螺釘(61)與后級(jí)機(jī)械臂(5)相對(duì)位置固定并鎖定。
3.如權(quán)利要求I所述雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，特征在于所述鋼絲輪盤(pán)(11)的輪緣內(nèi)開(kāi)的凹槽為U形、V形或梯形截面凹槽。
4.如權(quán)利要求I所述雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，特征在于所述角度傳感器(4)固定在鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸一端凸緣的型腔底部，為鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸上端凸緣的型腔底部，或是鋼絲輪盤(pán)(11)的轉(zhuǎn)軸下端凸緣的型腔底部。
5.如權(quán)利要求I所述雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，特征在于所述前級(jí)機(jī)械臂(I)與后級(jí)機(jī)械臂(5)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸(3)和第二轉(zhuǎn)軸(9)連接的關(guān)節(jié)裝置，其中第一轉(zhuǎn)軸(3)和第二轉(zhuǎn)軸(9)采用相同結(jié)構(gòu)和尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙鋼絲繩驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大角度可控回轉(zhuǎn)式關(guān)節(jié)裝置，特征是前級(jí)機(jī)械臂和后級(jí)機(jī)械臂通過(guò)轉(zhuǎn)軸和軸承連接并保持相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲輪盤(pán)固定在前級(jí)機(jī)械臂上、下凸臺(tái)之間，鋼絲輪盤(pán)轉(zhuǎn)軸一端的凸緣中部型腔內(nèi)的角度傳感輸出器軸與轉(zhuǎn)軸同軸并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，兩根驅(qū)動(dòng)鋼絲繩分別通過(guò)球頭卡在凹槽通孔并纏繞在鋼絲輪盤(pán)輪緣U形凹槽內(nèi)，采取鋼絲繩預(yù)緊裝置通過(guò)調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的預(yù)緊力。采用本發(fā)明關(guān)節(jié)裝置，能夠?qū)崟r(shí)獲取關(guān)節(jié)位移，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的精確控制，并且鋼絲繩與鋼絲輪盤(pán)間不會(huì)相對(duì)滑轉(zhuǎn)，鋼絲繩與鋼絲繩預(yù)緊裝置間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸，摩擦損耗小，鋼絲繩傳遞效率高，適用于多級(jí)機(jī)械臂串接擴(kuò)展。
文檔編號(hào)B25J17/02GK102814821SQ201210341508
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者吳寶元, 彥清泉, 張強(qiáng), 汪增福 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院