[发明专利]一种拉线式串行机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种串行机械手结构，特别是一种拉线式串行机械手。

背景技术

机械手已经应用于人们生产生活中的各个领域，传统机械手的驱动电机均安装在关节上，大大增加了机械手自身的重量，减小了机械手的承载能力，同时也对高速运动和快速响应极为不利。为了克服安装于机械手关节上的电机的重量，必须增大电机的功率和能耗；同时，传统的机械手的驱动电动机和控制电路都在机械臂上，在它们工作的时候容易受到震动，外界污染物的影响而造成损坏。

为了克服传统的机械手臂上述的缺点，用绳索、拉线将电机的动力传出，将机械手上的控制电机集中安装在远离末端执行器的底座上的方法逐渐得到重视，国内外的一些学者提出了不同机构形式的绳驱动的并行机械手，如美国国家标准与技术研究所(NIST)的柔索悬挂工作台的新型吊车ROBOCRANE。目前国内北京航空航天大学的陈海伟提出一种绳驱动并联机构机械臂，并对结构与运动学进行分析，这种绳驱动并联机器人将电机安装在机械手的底座上，通过绳索驱动机械手的末端运动。但并联机械手结构庞大复杂，附加装置的重量通常和电机重量相当，不容忽视，驱动电机数多，能耗大；且具有强非线性，不宜实现小型化和降低成本及能耗。关于串行拉线式机械手的结构，国内外文献中均未有记载。

拉线式串行机械手采用串行式机械手结构，构造简单；将驱动电机安装于机械手的底座驱动箱内，用拉线将电机的动力传递给机械手，附加装置极少，克服了手臂上电机重量对机械手承载能力和运动灵活性的影响；通过一个电机的正反转，实现机械手每个自由度的正反运动，使线在运动过程中，总是保持拉紧的状态，解决了线驱动并联机构中只能拉伸不能压缩的单向性；通过巧妙地配置传动滑轮的大小和位置，有效地克服了并联线驱动过程中的工作空间小的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种拉线式串联机械手，本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种拉线式串行机械手，包括腕关节、肘关节、肩关节和底座驱动箱，腕关节具有腕关节杆的摆动和机械手末端轴向旋转两个自由度，肘关节具有一个自由度，肩关节具有两个自由度，用于控制机械手各关节运动的电机都安装在底座驱动箱中；所述腕关节和肘关节中的每个自由度的正反运动均由一个相应的电机绕线机构带动拉线驱动，一个自由度对应一条拉线和一个电机绕线机构；拉线缠绕在电机绕线机构的螺旋圆柱的螺纹槽内，每条拉线的两端绕过若干滑轮(滑轮作用之一是改变拉线的走向)与相应关节连接，在电机绕线机构的驱动电机驱动下实现相应自由度的正反运动。

上述一种拉线式串行机械手的更优方案是，所述腕关节包括腕关节轴向旋转机构、腕关节杆、腕关节轴和腕关节摆动操纵拉线；腕关节杆通过腕关节轴与肘关节杆连接，腕关节摆动操纵拉线两端分别固接在以腕关节轴为中心的腕关节杆的两端，腕关节摆动操纵拉线中的一端绕过安装在肘关节杆内槽中的第一滑轮和第二滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内，另一端绕过安装在肘关节杆内槽中的第三滑轮和第四滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内；腕关节轴向旋转机构包括旋转螺杆、轴承、腕关节轴向旋转操纵拉线、驱动滑块和机械手末端，旋转螺杆通过轴承安装在腕关节杆上，驱动滑块的斜齿与旋转螺杆的螺纹槽相啮合；轴向旋转操纵拉线一端与驱动滑块的一端固接，操纵拉线的该端绕过安装在腕关节杆上的第五滑轮、安装在腕关节轴上的第六滑轮、安装在肘关节杆外表面的第七滑轮和第八滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内；轴向旋转操纵拉线的另一端与驱动滑块的另一端固接，绕过安装在腕关节轴上的第九滑轮、安装在肘关节杆外表面的第十滑轮和第十一滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内。

上述一种拉线式串行机械手的更优方案是，所述肘关节包括肘关节杆、肘关节轴和肘关节操纵拉线，肘关节杆通过肘关节轴与肩关节杆连接，肘关节操纵拉线两端分别固接在以肘关节轴为中心的肘关节杆的两端，其中肘关节操纵拉线的一端绕过安装在肩关节杆内槽中的第十二滑轮和第十三滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内，另一端绕过安装在肩关节杆内槽中的第十四滑轮和第十五滑轮，最后缠绕在相应电机绕线机构的螺旋圆柱螺纹槽内。

上述一种拉线式串行机械手的更优方案是，所述肩关节包括肩关节杆、肩关节旋转和上下移动机构，肩关节杆与肩关节旋转和上下移动机构相连，直接安装在底座驱动箱上。