專利名稱：一種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于關(guān)節(jié)機(jī)器人領(lǐng)域，具體為一種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)械臂關(guān)節(jié)普遍采用電機(jī)、齒輪減速器、關(guān)節(jié)軸三者直接相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要求電機(jī)與齒輪減速器安裝在機(jī)械臂關(guān)節(jié)附件，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單但結(jié)構(gòu)不緊湊，外觀不整潔。尤其突出的缺點(diǎn)是，在多關(guān)節(jié)機(jī)械臂中，下一級(jí)關(guān)節(jié)的電機(jī)與齒輪減速器等傳動(dòng)裝置成為上一級(jí)關(guān)節(jié)的負(fù)載，提高了對(duì)機(jī)械臂動(dòng)力和傳動(dòng)元件的要求，由此造成整體重量和內(nèi)部消耗的增加，降低了機(jī)械臂對(duì)外做功的能力和效率。目前已經(jīng)公開的資料中，上海交通大學(xué)的陶俊、袁建軍等人的專利《用于機(jī)械臂的鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，公開號(hào)CN1995777A》及其相關(guān)論文，如《鋼絲繩傳動(dòng)四自由度機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《鋼絲繩傳動(dòng)5自由度機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》對(duì)鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有益的探索，但不能用于多關(guān)節(jié)的機(jī)械臂，因而不能更大程度的發(fā)揮鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的所具有的優(yōu)點(diǎn)。采用電機(jī)、齒輪減速器、關(guān)節(jié)軸三者直接相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成關(guān)節(jié)的機(jī)器人，雖然隨著技術(shù)的進(jìn)步，其成本不斷降低，但價(jià)格還是成為制約其在社會(huì)中廣泛應(yīng)用的要素。因此，采用新的技術(shù)，適當(dāng)?shù)慕档蜋C(jī)器人的價(jià)格，從而為機(jī)器人更好的融入社會(huì)，就成為一種必然的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，解決了多關(guān)節(jié)的鋼絲繩傳動(dòng)及布置的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，該繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人分為手部、腕部、小臂、上臂、肩部、腰部及基座，基座上設(shè)置腰部，腰部通過曲軸組件與肩部連接，肩部通過上臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與上臂連接，從動(dòng)輪組件III驅(qū)動(dòng)上臂；上臂通過小臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與小臂連接，從動(dòng)輪組件II驅(qū)動(dòng)小臂；小臂通過腕部的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與腕部連接，從動(dòng)輪組件I驅(qū)動(dòng)腕部；腕部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部連接，相互連接的各個(gè)部分之間形成多個(gè)關(guān)節(jié)，多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元通過柔繩分別與腰部、肩部、上臂、小臂、腕部、手部之一或兩個(gè)以上連接，經(jīng)過各個(gè)部分的柔繩分別為腕部柔繩、小臂柔繩、上臂柔繩、肩部柔繩、腰部柔繩，形成繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，腕部包括腕前部、孔用彈性擋圈、腕部柔繩I、腕銷軸I、滾動(dòng)軸套、滾動(dòng)軸承、空心軸、腕部柔繩II、實(shí)心軸、滾動(dòng)軸承、孔用彈性擋圈、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸、鍵、驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸、腕銷軸II、滾動(dòng)軸套、腕后部、螺母、上基座、下基座、上基座軸孔、下基座軸孔，具體結(jié)構(gòu)如下腕部分兩部分，由腕前部和腕后部組成，腕前部為框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的一端伸至所述框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部的鍵槽孔相連，通過螺母鎖緊；腕前部的上下分別為上基座和下基座，上基座設(shè)有空心軸，下基座設(shè)有實(shí)心軸，實(shí)心軸與下基座通過鍵連接；空心軸與實(shí)心軸同心，二者軸線與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線垂直；腕后部為U形結(jié)構(gòu)，所述U形結(jié)構(gòu)的端部分別開有上基座軸孔、下基座軸孔，上基座軸孔、下基座軸孔相對(duì)設(shè)置，所述U形結(jié)構(gòu)的根部軸孔兩側(cè)分別安裝驅(qū)動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸；基座上下兩軸分別穿過腕后部一端相應(yīng)的軸孔，上基座的空心軸穿過上基座軸孔，下基座的實(shí)心軸穿過下基座軸孔；腕后部的根部與小臂前端相連，由設(shè)在小臂外側(cè)的從動(dòng)輪組件I與從動(dòng)半軸鍵連接，腕后部由從動(dòng)輪組件I驅(qū)動(dòng)；空心軸與上基座軸孔之間通過滾動(dòng)軸承傳動(dòng)連接,滾動(dòng)軸承安裝在空心軸上,其外側(cè)由孔用彈性擋圈定位；腕部柔繩I的一端從空心軸穿過，該端纏繞于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸，腕部柔繩I的另一端沿配套使用的腕銷軸I、滾動(dòng)軸套，伸至小臂中；旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸由腕部柔繩I驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩I動(dòng)作時(shí)，手部同步旋轉(zhuǎn)；實(shí)心軸與下基座軸孔之間通過滾動(dòng)軸承傳動(dòng)連接，下基座軸孔中安裝滾動(dòng)軸承，其外側(cè)由孔用彈性擋圈定位；腕部柔繩II的一端纏繞于實(shí)心軸的槽輪，腕部柔繩II的另一端沿配套使用的腕銷軸II、滾動(dòng)軸套，伸至小臂中；實(shí)心軸由腕部柔繩II驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩II動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)實(shí)心軸左右搖擺。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，腕后部的前端軸孔上基座軸孔、下基座軸孔的軸線與后端半軸驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸的軸線垂直，腕后部的驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸分別穿過小臂上小臂側(cè)板前部的滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔，軸承外側(cè)用彈性擋圈定位，腕后部的半軸通過鍵連接，腕后部的驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸通過腕銷軸I連接，腕銷軸I外設(shè)有滾動(dòng)軸套；腕后部上開設(shè)軸孔，軸孔裝有腕銷軸II，腕銷軸II外側(cè)裝有滾動(dòng)軸套。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，從動(dòng)輪組件I的輪槽中設(shè)置固定銷，柔繩纏繞在從動(dòng)輪組件I的固定銷上，同時(shí)柔繩通過墊片、固定銷與從動(dòng)輪組件I的輪槽側(cè)壁擠緊；從動(dòng)輪組件II、從動(dòng)輪組件III、從動(dòng)輪組件IV的結(jié)構(gòu)與此類同。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，小臂采取整體式結(jié)構(gòu)或采用分體式結(jié)構(gòu)，小臂內(nèi)部中空，小臂由小臂基板、小臂基板兩側(cè)的小臂側(cè)板組成，小臂基板和小臂側(cè)板通過螺釘連接緊固；小臂側(cè)板的前部設(shè)有滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承通過彈性擋圈定位，腕后部的半軸驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸裝入滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔中；小臂側(cè)板的后部一側(cè)軸孔設(shè)有鍵槽，通過鍵與主動(dòng)半軸相連；小臂側(cè)板的后部另一側(cè)光孔裝配從動(dòng)半軸，由設(shè)在上臂外側(cè)的從動(dòng)輪組件II與從動(dòng)半軸鍵連接，小臂由從動(dòng)輪組件II驅(qū)動(dòng)；小臂側(cè)板上開設(shè)軸孔，軸孔裝有小臂銷軸I，小臂銷軸I外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套I，小臂銷軸I與小臂滾動(dòng)軸套I配套使用；在小臂基板兩側(cè)位置的小臂側(cè)板上開有長(zhǎng)條孔，長(zhǎng)條孔裝有小臂銷軸II，小臂銷軸II外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套II，小臂銷軸II與小臂滾動(dòng)軸套II配套使用；小臂側(cè)板的從動(dòng)半軸、主動(dòng)半軸通過小臂銷軸III連接，小臂銷軸III外設(shè)有小臂滾動(dòng)軸套III。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，上臂采用兩段式的結(jié)構(gòu)，該上臂分前段與后段，上臂前段的一端設(shè)有軸孔，連接小臂后部半軸從動(dòng)半軸、主動(dòng)半軸，上臂前段的另一端與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸相連，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸圓周上均布銷孔，銷孔裝有傳動(dòng)銷，傳動(dòng)銷的另一半則伸入到上臂前段的相應(yīng)孔中，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸伸至上臂前段中的部分由螺母鎖緊；上臂前段側(cè)面上開設(shè)軸孔，軸孔裝有上臂銷軸II、上臂銷軸III，上臂銷軸II、上臂銷軸III外側(cè)分別裝有上臂滾動(dòng)軸套II、上臂滾動(dòng)軸套III，上臂銷軸II與上臂滾動(dòng)軸套II配套使用，上臂銷軸III與上臂滾動(dòng)軸套III配套使用；上臂后段由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元和上臂基座組成，上臂后段的一端裝有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元，該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸為空心軸；上臂基座上側(cè)面上安裝有基座，基座通過螺釘緊固于上臂基座；基座有孔，孔內(nèi)裝有上臂銷軸IV，上臂銷軸IV外側(cè)裝有上臂滾動(dòng)軸套IV，上臂銷軸IV與上臂滾動(dòng)軸套IV配套使用；上臂后段的另一端設(shè)有軸孔，兩側(cè)分別安裝主動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸，主動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸與軸孔通過鍵連接，由設(shè)在肩部外側(cè)的從動(dòng)輪與從動(dòng)半軸鍵連接，上臂由從動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)；主動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸之間安裝有上臂銷軸I，上臂銷軸I外設(shè)上臂滾動(dòng)軸套I。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，肩部由肩組件、曲軸組件、柔繩導(dǎo)向座組件、基座部件、從動(dòng)輪組件IV、軸端擋圈、螺釘組成，曲軸組件、柔繩導(dǎo)向座組件安裝于基座部件，曲軸組件兩端穿過基座部件的部分分別連接肩組件和從動(dòng)輪組件IV，從動(dòng)輪組件IV由軸端擋圈定位，螺釘鎖緊，軸端擋圈、螺釘配套使用；基座部件由鋼球?qū)騿卧?、基座組件及孔用彈性擋圈組成，基座組件采用剖分式結(jié)構(gòu)，由基座、軸瓦及螺釘組成，基座與軸瓦形成的軸孔整體設(shè)有凹槽，以容納彈性擋圈；基座組件的剖分式結(jié)構(gòu)方便曲軸組件的安裝，基座底面開孔，孔內(nèi)安裝鋼球?qū)騿卧狪I ；鋼球?qū)騿卧狪I由兩側(cè)板滾道基座I和滾道基座II夾鋼球組成，滾道基座I和滾道基座II中心開孔，滾道基座I和滾道基座II內(nèi)表面開有球形滾道，以容納鋼球，兩側(cè)板滾道基座I和滾道基座II通過螺釘緊固；鋼球?qū)騿卧狪的結(jié)構(gòu)尺寸與鋼球?qū)騿卧狪I相同；柔繩導(dǎo)向座組件包括肩滾動(dòng)軸套III、肩銷軸III、導(dǎo)向座，柔繩導(dǎo)向座組件按不同的柔繩組，設(shè)置不同層次的肩銷軸III于導(dǎo)向座，肩銷軸III外設(shè)肩滾動(dòng)軸套III; 曲軸組件由螺釘、接盤、曲軸、軸承、肩銷軸II、肩滾動(dòng)軸套II、鍵組成，曲軸的一端為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其外側(cè)安裝從動(dòng)輪組件IV ;曲軸的另一端為空心結(jié)構(gòu)，軸向相應(yīng)部位在圓周面上開孔，孔內(nèi)裝有肩銷軸II，肩銷軸II外設(shè)肩滾動(dòng)軸套II，肩銷軸II與肩滾動(dòng)軸套II配套使用；接盤于曲軸的空心結(jié)構(gòu)端與曲軸采用鍵連接，通過螺釘鎖緊，通過接盤與肩組件連接；曲軸外側(cè)與基座部件配合的部分安裝軸承；肩組采用U型結(jié)構(gòu)的肩，肩的兩側(cè)板開孔，以安裝配套使用的軸承及孔用彈性擋圈，并且與上臂相連；肩的一側(cè)板安裝有橫向銷軸和肩銷軸I，肩銷軸I外設(shè)肩滾動(dòng)軸套I，肩銷軸I與肩滾動(dòng)軸套I配套使用；橫向銷軸外設(shè)軸套，橫向銷軸與軸套配套使用；橫向銷軸與肩銷軸I的軸線垂直，肩的底板開孔，孔內(nèi)設(shè)有鋼球?qū)騿卧狪。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，腰部由滾動(dòng)軸承、階梯軸、推力軸承、鋼框組件、氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II、頂板、底板組成，鋼框組件為鋼板拼焊成的框架結(jié)構(gòu)，鋼框組件上安裝氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II，氣缸驅(qū)動(dòng)單元I設(shè)置于鋼框組件外側(cè)，氣缸驅(qū)動(dòng)單元II設(shè)置于鋼框組件內(nèi)側(cè)；頂板的開孔與基座的開孔相對(duì)應(yīng)，頂板上通過螺栓安裝肩部；底板焊接有階梯軸，階梯軸與基座相連，階梯軸上分別安裝推力軸承和兩個(gè)滾動(dòng)軸承；按不同的制動(dòng)方式，氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II分兩種一種是柔繩制動(dòng)方式，在柔繩張緊機(jī)構(gòu)I里增加制動(dòng)器，通過制動(dòng)導(dǎo)向輪II的方式制動(dòng)柔繩，導(dǎo)向輪I為自由輪，選用普通氣缸；另一種是活塞桿制動(dòng)方式，選用帶鎖止功能的鎖止氣缸，直接使用柔繩張緊機(jī)構(gòu)II，帶鎖止功能的鎖止氣缸通過制動(dòng)腰部柔繩II的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元I或帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元II包括氣缸座組件、普通氣缸、柔繩張緊機(jī)構(gòu)I、柔繩接頭單元，普通氣缸的一端安裝于氣缸座組件，普通氣缸的另一端通過柔繩接頭單元安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)I ;氣缸帶鎖緊倉(cāng)的氣缸驅(qū)動(dòng)單元包括氣缸座組件、鎖止氣缸、柔繩張緊機(jī)構(gòu)II，鎖止氣缸的一端安裝于氣缸座組件，鎖止氣缸的另一端安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)II ；柔繩張緊機(jī)構(gòu)I包括導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II、制動(dòng)器、腰部柔繩I，導(dǎo)向輪II上安裝制動(dòng)器，導(dǎo)向輪I上安裝腰部柔繩I ;柔繩張緊機(jī)構(gòu)II包括導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II、腰部柔繩I，導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II通過腰部柔繩I連接；柔繩接頭單元由鋼板、夾板、腰部柔繩II、螺釘、螺母組成，鋼板上下表面加工有V形槽，以便腰部柔繩II定位；鋼板的一端加工有通孔，氣缸的活塞桿穿過通孔，與柔繩接頭單元連接；鋼板的另一端上下設(shè)置夾板，夾板上開有夾板孔，腰部柔繩II的一端沿V形槽穿過夾板孔，腰部柔繩II通過夾板夾緊于鋼板，夾板與鋼板通過配套使用的螺釘、螺母連接。所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，基座由基座組焊件及氣缸驅(qū)動(dòng)單元III組成，基座組焊件下部為法蘭面，基座通過法蘭面與基礎(chǔ)相連，基座組焊件上部加工有軸套，基座通過軸套與腰部的階梯軸配合相連。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明采用“多關(guān)節(jié)的鋼絲繩傳動(dòng)單元”技術(shù)，提供一種全繩驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，有效降低了機(jī)器人的成本。2、本發(fā)明關(guān)節(jié)機(jī)器人分手部、腕部、小臂、上臂、肩部、腰部、基座，其中上臂采用兩段式結(jié)構(gòu)，可做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)器人共8個(gè)自由度，可以更加充分地發(fā)揮鋼絲繩傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，如傳動(dòng)精度聞，易于布置等。3、本發(fā)明利用成本低的優(yōu)勢(shì)，使本類型傳動(dòng)機(jī)器人可以大面積推廣應(yīng)用。


圖I-圖2是繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖I是立體圖一；圖2是立體圖二,3
圖3是腕部柔繩繞線示意圖。
圖4是手部意圖。
圖5 (a)- (c)是腕部示意圖。其中，圖5Ca)為主視圖；圖5 (b)為立體圖一；圖5 (c)為立體圖二。
圖6 (a)- (b)是腕前部示意圖。其中，圖6 (a)為立體圖一；圖6 (b)為立體圖--O
圖7是腕后部不意圖。
圖8是從動(dòng)輪組件I的機(jī)構(gòu)示意圖。
圖9 (a) - (b)是小臂示意圖。其中，圖9Ca)為立體圖；圖9 (b)為主視圖。
圖10 (a) - (c)是上臂不意圖。其中，圖10 (a)為王視圖；圖10 (b)為立體圖；圖10 (C)為分解圖。
圖11 (a)- (b)是肩部示意圖。其中，圖11 (a)為立體圖；圖11 (b)為主視圖。
圖12-圖16是肩部各組成部分示意圖。其中，
圖12為基座組件不意圖13(a) -(b)為鋼球?qū)騿卧疽鈭D；其中，圖13 (a)為立體圖；圖13 (b)為主視圖。
圖14(a) -(b)為柔繩導(dǎo)向座組件示意圖；其中，圖14 Ca)為立體圖；圖14 (b)為主視圖。
圖15(a) -(b)為曲軸組件示意圖；其中，圖15 (a)為立體圖；圖15 (b)為主視圖。
圖16(a) -(b)為曲軸組件示意圖；其中，圖16 (a)為立體圖；圖16 (b)為主視圖。
圖17(a) -(b)是腰部示意圖。其中，圖17 (a)為主視圖；圖17 (b)為立體圖。
圖18是基座不意圖。
圖19(a)-(b)是帶制動(dòng)器的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元示意圖。其中，圖19 (a)為立體圖一；圖19 (b)為立體圖二。
圖 20 (a)-(b)是氣缸帶鎖緊倉(cāng)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元示意圖。其中，圖20 (a)為立體
圖一；圖20 (b)為立體圖二。圖21是對(duì)應(yīng)于圖19的柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653示意圖。圖22是對(duì)應(yīng)于圖20的柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A示意圖。圖23 (a)- (b)是柔繩接頭單元示意圖。其中，圖23 (a)為立體圖；圖23 (b)為主視圖。圖中，i手部；2腕部；3小臂；4上臂；5肩部；6腰部；7基座；8從動(dòng)輪組件I ;9小臂柔繩；10從動(dòng)輪組件II ；11肩部柔繩I ;12柔繩；13固定銷；14墊片；15鍵槽；16氣缸；17鍵槽孔；18從動(dòng)輪組件III ；21腕前部；211孔用彈性擋圈；2110腕部柔繩I ;2111腕銷軸I ;2112滾動(dòng)軸套；212滾動(dòng)軸承；213空心軸；214腕部柔繩II ;215實(shí)心軸；216滾動(dòng)軸承；217孔用彈性擋圈；218旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸；219鍵；221驅(qū)動(dòng)半軸；222從動(dòng)半軸；223腕銷軸II ；224滾動(dòng)軸套；22腕后部；23螺母；24上基座；25下基座；26上基座軸孔；27下基座軸孔；301小臂側(cè)板；302彈性擋圈；303滾動(dòng)軸承；304小臂銷軸I ;305小臂滾動(dòng)軸套
I；306小臂銷軸II ；307小臂滾動(dòng)軸套II ；308小臂基板；309小臂銷軸III ；310小臂滾動(dòng)軸套III ；311從動(dòng)半軸；312主動(dòng)半軸；313螺釘；41前段；42后段；4211旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸；4212傳動(dòng)銷；4213上臂柔繩；43螺母；44主動(dòng)半軸；45從動(dòng)半軸；46上臂銷軸I ;47上臂滾動(dòng)軸套I ;48鍵；411上臂銷軸II ;412上臂滾動(dòng)軸套II ；413上臂銷軸III ；414上臂滾動(dòng)軸套III ；415滾動(dòng)軸承；416彈性擋圈；421旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元；422上臂基座；4221上臂銷軸IV ；4222上臂滾動(dòng)軸套IV ；4223基座；4224螺釘；51肩組件；511軸承；512孔用彈性擋圈；513橫向銷軸；514軸套；515肩銷軸I ;516肩滾動(dòng)軸套I ;517鋼球?qū)騿卧狪 ;518肩；52曲軸組件；521螺釘；522接盤；523曲軸；524軸承；525肩銷軸II ；526肩滾動(dòng)軸套II ；527鍵；53柔繩導(dǎo)向座組件；531肩滾動(dòng)軸套111;532肩銷軸111;533導(dǎo)向座；534肩部柔繩II ;54基座部件；541鋼球?qū)騿卧狪I ；542基座組件；543孔用彈性擋圈；5411螺釘；5412鋼球；5413滾道基座I ;5414滾道基座II ；5421基座；5422軸瓦；5423 ;螺釘；55從動(dòng)輪組件IV ；56軸端擋圈；57螺釘；61滾動(dòng)軸承；62階梯軸；63推力軸承；64鋼框組件；65氣缸驅(qū)動(dòng)單元I ;651氣缸座組件；652普通氣缸；652A鎖止氣缸；653柔繩張緊機(jī)構(gòu)I ;6531導(dǎo)向輪I ;6532導(dǎo)向輪II ；6533制動(dòng)器；653A柔繩張緊機(jī)構(gòu)II ；653A1腰部柔繩I ;66氣缸驅(qū)動(dòng)單元II ；661氣缸座組件；662普通氣缸；662A鎖止氣缸；663柔繩接頭單元；6631鋼板；6632夾板；6633腰部柔繩II ；6634螺釘；6635螺母；6636通孔；6637夾板孔；6638V形槽；67頂板；68底板；71基座組焊件；72氣缸驅(qū)動(dòng)單元III ；73軸套；74法蘭面；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1-23所示，本發(fā)明繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人分為手部I、腕部2、小臂3、上臂4、肩部5、腰部6及基座7，基座7上設(shè)置腰部6，腰部6通過曲軸組件52與肩部5連接，肩部5通過上臂4的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與上臂4連接，通過從動(dòng)輪組件III 18驅(qū)動(dòng)上臂；上臂4通過小臂3的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上與小臂3連接，通過從動(dòng)輪組件II 10驅(qū)動(dòng)小臂；小臂3通過腕部2的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與腕部2連接，通過從動(dòng)輪組件I 8驅(qū)動(dòng)腕部；腕部2通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部I連接，相互連接的各個(gè)部分之間形成多個(gè)關(guān)節(jié)，多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元通過柔繩12分別與腰部
6、肩部5、上臂4、小臂3、腕部2、手部I之一或兩個(gè)以上連接，經(jīng)過各個(gè)部分的柔繩分別為腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213、肩部柔繩(肩部柔繩I 11、肩部柔繩II 534)、腰部柔繩(腰部柔繩I 653A1、腰部柔繩II 6633)等，形成繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人。各個(gè)部分的動(dòng)作采用“多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元”來驅(qū)動(dòng)，“多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元”的具體結(jié)構(gòu)采用中國(guó)專利申請(qǐng)“一種多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元(申請(qǐng)?zhí)?01210450779. 8)”。如圖4所示，手部I采用氣缸16直接驅(qū)動(dòng)，手部I的具體結(jié)構(gòu)采用中國(guó)專利申請(qǐng)“一種機(jī)械手(申請(qǐng)?zhí)?201210450764. I)”。如圖5 (a)- (C)、圖6 (a) - (b)和圖7所示，腕部2包括腕前部21、孔用彈性擋圈211、腕部柔繩I 2110、腕銷軸I 2111、滾動(dòng)軸套2112、滾動(dòng)軸承212、空心軸213、腕部柔繩II 214、實(shí)心軸215、滾動(dòng)軸承216、孔用彈性擋圈217、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218、鍵219、驅(qū)動(dòng)半軸221、從動(dòng)半軸222、腕銷軸II 223、滾動(dòng)軸套224、腕后部22、螺母23、上基座24、下基座
25、上基座軸孔26、下基座軸孔27等，具體結(jié)構(gòu)如下腕部2分兩部分，由腕前部21和腕后部22組成，能分別完成搖擺運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)。腕前部21為框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218的一端伸至所述框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218與手部I的鍵槽孔17相連，通過螺母23鎖緊；腕前部21的上下分別為上基座24和下基座25，上基座24設(shè)有空心軸213，下基座25設(shè)有實(shí)心軸215，實(shí)心軸215與下基座25通過鍵219連接。空心軸213與實(shí)心軸215同心，二者軸線與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218的軸線垂直。腕后部22為U形結(jié)構(gòu)，所述U形結(jié)構(gòu)的端部分別開有上基座軸孔26、下基座軸孔27，上基座軸孔26、下基座軸孔27相對(duì)設(shè)置，所述U形結(jié)構(gòu)的根部軸孔兩側(cè)分別安裝驅(qū)動(dòng)半軸221和從動(dòng)半軸222?；舷聝奢S分別穿過腕后部22 —端相應(yīng)的軸孔，上基座24的空心軸213穿過上基座軸孔26，下基座25的實(shí)心軸215穿過下基座軸孔27。腕后部22的根部與小臂3前端相連，由設(shè)在小臂3外側(cè)的從動(dòng)輪組件I 8與從動(dòng)半軸222鍵連接，腕后部22由從動(dòng)輪組件I 8 (相對(duì)安裝于腰部上的氣缸驅(qū)動(dòng)而言，故稱從動(dòng)輪，下同)驅(qū)動(dòng)?？招妮S213與上基座軸孔26之間通過滾動(dòng)軸承212傳動(dòng)連接，滾動(dòng)軸承212安裝在空心軸213上，其外側(cè)由孔用彈性擋圈211定位。腕部柔繩I 2110的一端從空心軸213穿過，該端纏繞于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218，腕部柔繩I 2110的另一端沿配套使用的腕銷軸I 2111、滾動(dòng)軸套2112 (滾動(dòng)軸套2112套裝于腕銷軸I 2111)，伸至小臂3中。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸218由腕部柔繩I 2110 (如鋼絲繩，下同)驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩I 2110動(dòng)作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)手部I的同步旋轉(zhuǎn)。實(shí)心軸215與下基座軸孔27之間通過滾動(dòng)軸承216傳動(dòng)連接，下基座軸孔27中安裝滾動(dòng)軸承216，其外側(cè)由孔用彈性擋圈217定位。腕部柔繩II 214的一端纏繞于實(shí)心軸215的槽輪，腕部柔繩II 214的另一端沿配套使用的腕銷軸II 223、滾動(dòng)軸套224 (滾動(dòng)軸套224套裝于腕銷軸II 223)，伸至小臂3中。實(shí)心軸215由腕部柔繩II 214驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩II 214動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)實(shí)心軸215實(shí)現(xiàn)左右搖擺。其中，腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214于小臂3中匯集。如圖5 (a) - (C)、圖7、圖9 (a) - (b)所示，腕后部22的前端軸孔(上基座軸孔
26、下基座軸孔27)軸線與后端半軸(驅(qū)動(dòng)半軸221、從動(dòng)半軸222)軸線垂直，腕后部22的驅(qū)動(dòng)半軸221、從動(dòng)半軸222分別穿過小臂3上小臂側(cè)板301前部的滾動(dòng)軸承303的內(nèi)孔，軸承外側(cè)用彈性擋圈302定位。腕后部22的半軸通過鍵連接(下同)。為了增加整體的剛度，腕后部22的驅(qū)動(dòng)半軸221、從動(dòng)半軸222通過腕銷軸I 2111連接，腕銷軸I 2111外設(shè)有若干滾動(dòng)軸套2112，起給柔繩導(dǎo)向的作用(小臂、上臂相應(yīng)部分也采用此種結(jié)構(gòu)，不再贅述)。腕后部22上開設(shè)若干軸孔，軸孔裝有腕銷軸II 223，腕銷軸II 223外側(cè)裝有滾動(dòng)軸套224，以給腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)導(dǎo)向。如圖8所示，從動(dòng)輪組件I 8與多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元的一種固定連接結(jié)構(gòu)，從動(dòng)輪組件I 8的輪槽中設(shè)置固定銷13，多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元的柔繩12纏繞在從動(dòng)輪組件I 8的固定銷13上，同時(shí)柔繩通過墊片14、固定銷13與從動(dòng)輪組件I 8的輪槽側(cè)壁擠緊，這樣就可靠的保證了鋼絲繩與從動(dòng)輪組件I 8之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需要，鋼絲繩可在從動(dòng)輪組件I 8上纏繞I圈或多圈。該結(jié)構(gòu)具有最小的軸向尺寸，布置簡(jiǎn)潔，外形美觀。從動(dòng)輪組件II 10、從動(dòng)輪組件III 18、從動(dòng)輪組件IV 55的結(jié)構(gòu)與此類同，從動(dòng)輪組件中心設(shè)有帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)對(duì)象(如旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié))做旋轉(zhuǎn)的鍵槽15。如圖9 (a)- (b)所示，小臂3可采取整體式結(jié)構(gòu)，如鑄件；或采用分體式結(jié)構(gòu)，如組裝件，但無論哪種結(jié)構(gòu)，其基本特征是內(nèi)部中空，以便腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9通過，同時(shí)還可減輕重量(下同，如上臂)。小臂3由小臂基板308、小臂基板308兩側(cè)的小臂側(cè)板301組成，小臂基板308和小臂側(cè)板301通過螺釘313連接緊固。小臂側(cè)板301的前部設(shè)有滾動(dòng)軸承303，滾動(dòng)軸承303通過彈性擋圈302定位，腕后部22的半軸(驅(qū)動(dòng)半軸221、從動(dòng)半軸222)裝入滾動(dòng)軸承303的內(nèi)孔中；小臂側(cè)板301的后部一側(cè)軸孔設(shè)有鍵槽，通過鍵與主動(dòng)半軸312相連；小臂側(cè)板301的后部另一側(cè)光孔裝配從動(dòng)半軸311，由設(shè)在上臂4外側(cè)的從動(dòng)輪組件II 10與從動(dòng)半軸311鍵連接，小臂3由從動(dòng)輪組件II 10驅(qū)動(dòng)。小臂側(cè)板301上開設(shè)若干軸孔，軸孔裝有小臂銷軸I 304，小臂銷軸I 304外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套I 305，小臂銷軸I 304與小臂滾動(dòng)軸套I 305配套使用；在小臂基板308兩側(cè)位置的小臂側(cè)板301上開有長(zhǎng)條孔，長(zhǎng)條孔裝有小臂銷軸II 306，小臂銷軸II 306外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套II 307，小臂銷軸II 306與小臂滾動(dòng)軸套II 307配套 使用；小臂側(cè)板301的從動(dòng)半軸311、主動(dòng)半軸312通過小臂銷軸III 309連接，小臂銷軸III 309外設(shè)有若干小臂滾動(dòng)軸套III 310，起給柔繩導(dǎo)向的作用。小臂銷軸I 304與小臂銷軸III 309的軸線平行，小臂銷軸I 304、小臂銷軸III 309與小臂銷軸II 306的軸線垂直。如圖10 (a)- (c)所示，上臂4可采用與小臂3同樣的結(jié)構(gòu)，但那樣將減少一個(gè)自由度，從而失去靈活性(根據(jù)工作對(duì)象而言)。為了使機(jī)器人工作范圍更廣，適應(yīng)能力更強(qiáng)，也即更具靈活性，仿照人類上臂的活動(dòng)功能，本發(fā)明機(jī)器人的上臂4采用兩段式的結(jié)構(gòu)，該上臂4分前段41與后段42，即增加了一個(gè)自由度。上臂前段41的一端設(shè)有軸孔，所述軸孔中設(shè)置配套使用的滾動(dòng)軸承415、彈性擋圈416，以便連接小臂3后部半軸(從動(dòng)半軸311、主動(dòng)半軸312)，上臂前段41的另一端與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸4211相連，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸4211圓周上均布3個(gè)銷孔，銷孔裝有傳動(dòng)銷4212，傳動(dòng)銷4212的另一半則伸入到上臂前段41的相應(yīng)孔中，以傳遞扭矩，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸4211伸至上臂前段41中的部分由螺母43鎖緊。上臂前段41側(cè)面上開設(shè)若干軸孔，軸孔裝有上臂銷軸II 411、上臂銷軸III 413，上臂銷軸II 411、上臂銷軸III 413外側(cè)分別裝有上臂滾動(dòng)軸套II 412、上臂滾動(dòng)軸套III 414，上臂銷軸II 411與上臂滾動(dòng)軸套II 412配套使用，上臂銷軸III413與上臂滾動(dòng)軸套III414配套使用，上臂銷軸II 411、上臂銷軸III413的軸線垂直，以給腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213導(dǎo)向。上臂后段42由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元421和上臂基座422組成，上臂后段42的一端裝有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元421，該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元421的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸4211為空心軸，以使腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213通過。上臂基座422上側(cè)面上安裝有基座4223，基座4223通過螺釘4224緊固于上臂基座422 ;基座4223有孔，孔內(nèi)裝有上臂銷軸IV 4221，上臂銷軸IV 4221外側(cè)裝有上臂滾動(dòng)軸套IV 4222，上臂銷軸IV 4221與上臂滾動(dòng)軸套IV 4222配套使用，以給腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩
9、上臂柔繩4213導(dǎo)向。上臂后段42的另一端設(shè)有軸孔，兩側(cè)分別安裝主動(dòng)半軸44和從動(dòng)半軸45，主動(dòng)半軸44、從動(dòng)半軸45與軸孔通過鍵48連接，由設(shè)在肩部5外側(cè)的從動(dòng)輪與從動(dòng)半軸45鍵連接，上臂4由從動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。主動(dòng)半軸44和從動(dòng)半軸45之間安裝有上臂銷軸
I46，上臂銷軸I 46外設(shè)若干上臂滾動(dòng)軸套I 47，以給腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213導(dǎo)向。如圖11 (a)所示，肩部5由肩組件51、曲軸組件52、柔繩導(dǎo)向座組件53、基座部件54、從動(dòng)輪組件IV 55、軸端擋圈56、螺釘57組成，曲軸組件52、柔繩導(dǎo)向座組件53安裝于基座部件54，曲軸組件52兩端穿過基座部件54的部分分別連接肩組件51和從動(dòng)輪組件IV 55，從動(dòng)輪組件IV 55由軸端擋圈56定位，螺釘57鎖緊，軸端擋圈56、螺釘57配套使用。如圖11 (b)、圖12、圖13 (a)- (b)所示，基座部件54由鋼球?qū)騿卧?41、基座組件542及孔用彈性擋圈543組成，基座組件542采用剖分式結(jié)構(gòu)，由基座5421、軸瓦5422及螺釘5423組成，基座5421與軸瓦5422形成的軸孔整體加工有凹槽，以容納彈性擋圈543。基座組件542的剖分式結(jié)構(gòu)方便曲軸組件52的安裝，基座5421底面開孔，孔內(nèi)安裝鋼球?qū)騿卧狪I 541,方便腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213、肩部柔繩I 11穿過。
如圖13(a)_(b)所示，鋼球?qū)騿卧狪I 541由兩側(cè)板滾道基座I 5413和滾道基座
II5414夾若干鋼球組成，滾道基座I 5413和滾道基座II 5414中心開孔，滾道基座I 5413和滾道基座II 5414內(nèi)表面開有球形滾道，以容納鋼球5412，兩側(cè)板滾道基座I 5413和滾道基座II 5414通過螺釘5411緊固。鋼球?qū)騿卧狪 517的結(jié)構(gòu)尺寸與鋼球?qū)騿卧狪I 541相同。如圖14 (a)- (b)所示，柔繩導(dǎo)向座組件53包括肩滾動(dòng)軸套III 531、肩銷軸III 532、導(dǎo)向座533，柔繩導(dǎo)向座組件53按不同的柔繩組(每組柔繩對(duì)應(yīng)一個(gè)氣缸，以驅(qū)動(dòng)不同的關(guān)節(jié))，設(shè)置不同層次的肩銷軸III532于導(dǎo)向座533，肩銷軸III532外設(shè)若干肩滾動(dòng)軸套III531，以利腕部柔繩(腕部柔繩I 2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213、肩部柔繩I 11、肩部柔繩II 534傳動(dòng)。如圖15 (a)- (b)所示，曲軸組件52由螺釘521、接盤522、曲軸523、軸承524、肩銷軸II 525、肩滾動(dòng)軸套II 526、鍵527等組成，曲軸523的一端為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其外側(cè)安裝從動(dòng)輪組件IV 55 ;曲軸523的另一端為空心結(jié)構(gòu)，軸向相應(yīng)部位在圓周面上開孔，孔內(nèi)裝有肩銷軸II 525，肩銷軸II 525外設(shè)肩滾動(dòng)軸套II 526，肩銷軸II 525與肩滾動(dòng)軸套II 526配套使用。接盤522于曲軸523的空心結(jié)構(gòu)端與曲軸523采用鍵527連接，通過螺釘521鎖緊，通過接盤522與肩組件51連接。曲軸523外側(cè)與基座部件54 (基座5421與軸瓦5422形成的軸孔)配合的部分安裝軸承524。如圖16 (a)- (b)所示，肩組51采用U型結(jié)構(gòu)的肩518，肩518的兩側(cè)板開孔，以安裝配套使用的軸承511及孔用彈性擋圈512，并且與上臂4相連；肩518的一側(cè)板安裝有橫向銷軸513和肩銷軸I 515，肩銷軸I 515外設(shè)肩滾動(dòng)軸套I 516，肩銷軸I 515與肩滾動(dòng)軸套I 516配套使用；橫向銷軸513外設(shè)軸套514，橫向銷軸513與軸套514配套使用；橫向銷軸513與肩銷軸I 515的軸線垂直。肩518的底板開孔，孔內(nèi)設(shè)有鋼球?qū)騿卧狪 517。如圖17 (a)- (b)所示，腰部6由滾動(dòng)軸承61、階梯軸62、推力軸承63、鋼框組件64、氣缸驅(qū)動(dòng)單元I 65、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II 66、頂板67、底板68等組成，鋼框組件64為鋼板拼焊成的框架結(jié)構(gòu)，鋼框組件64上焊接有螺柱，加工有光孔，以安裝氣缸驅(qū)動(dòng)單元I 65、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II 66，氣缸驅(qū)動(dòng)單元I 65設(shè)置于鋼框組件64外側(cè)，氣缸驅(qū)動(dòng)單元II 66設(shè)置于鋼框組件64內(nèi)側(cè)；頂板67的開孔與基座5421的開孔相對(duì)應(yīng)，以讓腕部柔繩(腕部柔繩
I2110、腕部柔繩II 214)、小臂柔繩9、上臂柔繩4213、肩部柔繩(肩部柔繩I 11、肩部柔繩
II534)、腰部柔繩(腰部柔繩I 653A1、腰部柔繩II 6633)穿過，頂板67上通過螺栓安裝肩部5 ;底板68焊接有階梯軸62，階梯軸62與基座I相連，階梯軸上分別安裝推力軸承63和兩個(gè)滾動(dòng)軸承61，以承受不同方向的負(fù)載。按不同的制動(dòng)方式，氣缸驅(qū)動(dòng)單兀I 65、氣缸驅(qū)動(dòng)單兀II 66分兩種。一種是柔繩制動(dòng)方式，即在柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653里增加制動(dòng)器6533，通過制動(dòng)導(dǎo)向輪II 6532的方式制動(dòng)柔繩，導(dǎo)向輪I 6531為自由輪，此時(shí)只需選用普通氣缸652、662 (見圖19);另一種是活塞桿制動(dòng)方式，此時(shí)只需選用帶鎖止功能的鎖止氣缸652A、662A，柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653將不需要制動(dòng)器6533，直接使用柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A。此時(shí)，帶鎖止功能的鎖止氣缸652A、662A將通過制動(dòng)腰部柔繩I 653A1的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)(見圖22)。如圖19 Ca)所示，帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元I 65包括氣缸座組件651、普通氣缸652、柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653、柔繩接頭單元663，普通氣缸652的一端安裝于氣缸座組件651，普通氣缸652的另一端通過柔繩接頭單元663安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653。如圖19 (b)所示，帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元II 66包括氣缸座組件661、普通氣缸662、柔繩接頭單元663、柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653，普通氣缸662的一端安裝于氣缸座組件661，普通氣缸662的另一端通過柔繩接頭單元663安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653。如圖20 Ca)所示，氣缸帶鎖緊倉(cāng)的氣缸驅(qū)動(dòng)單元包括氣缸座組件651、鎖止氣缸652A、柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A，鎖止氣缸652A的一端安裝于氣缸座組件651，鎖止氣缸652A的另一端安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A。如圖20 (b)所示，氣缸帶鎖緊倉(cāng)的氣缸驅(qū)動(dòng)單元包括氣缸座組件661、鎖止氣缸662A、柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A，鎖止氣缸662A的一端安裝于氣缸座組件661，普通氣缸662的另一端安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A。如圖21所示，柔繩張緊機(jī)構(gòu)I 653包括導(dǎo)向輪I 6531、導(dǎo)向輪II 6532、制動(dòng)器6533、腰部柔繩I 653A1，導(dǎo)向輪II 6532上安裝制動(dòng)器6533，導(dǎo)向輪I 6531上安裝腰部柔繩 I 653A1。如圖22所示，柔繩張緊機(jī)構(gòu)II 653A包括導(dǎo)向輪I 6531、導(dǎo)向輪II 6532、腰部柔繩
I653A1，導(dǎo)向輪I 6531、導(dǎo)向輪II 6532通過腰部柔繩I 653A1連接。如圖23 (a) - (b)所示，柔繩接頭單元663由鋼板6631、夾板6632、腰部柔繩
II6633、螺釘6634、螺母6635等組成，鋼板6631上下表面加工有V形槽6638，以便腰部柔繩II 6633定位；鋼板6631的一端加工有通孔6636，氣缸的活塞桿穿過通孔6636，與柔繩接頭單元663連接；鋼板6631的另一端上下設(shè)置夾板6632，夾板6632上開有夾板孔6637，腰部柔繩II 6633的一端沿V形槽6638穿過夾板孔6637，腰部柔繩II 6633通過夾板6632夾緊于鋼板6631，夾板6632與鋼板6631通過配套使用的螺釘6634、螺母6635連接。如圖18所示，基座7由基座組焊件71及氣缸驅(qū)動(dòng)單元III 72組成?；M焊件71下部為法蘭面74，基座7通過法蘭面74與基礎(chǔ)相連，基座組焊件71上部加工有軸套73，基座7通過軸套73與腰部6的階梯軸62配合相連。氣缸驅(qū)動(dòng)單元III 72的結(jié)構(gòu)同上述氣缸驅(qū)動(dòng)單元I 65、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II 66。在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元的作用下，機(jī)器人各轉(zhuǎn)動(dòng)部位即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，又可單獨(dú)動(dòng)作。具體參見“一種多關(guān)節(jié)的鋼絲繩傳動(dòng)單元”。如果采用傳感器檢測(cè)各軸轉(zhuǎn)角并進(jìn)行反饋，在控制系統(tǒng)的作用下，就可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)精確的控制。實(shí)際上，對(duì)于驅(qū)動(dòng)單元，出氣動(dòng)、液動(dòng)外，也可直接選用電機(jī)、馬達(dá)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣，對(duì)該種機(jī)器人而言，由于動(dòng)力源可靈活布置在基座等處，減輕了機(jī)械臂的額外重量，從而在相同條件下，提高了對(duì)外做功的能力。本發(fā)明中，柔繩優(yōu)選鋼絲繩，但不局限于鋼絲繩，也可以是其他材料(如非金屬材料)的繩子。
權(quán)利要求
1.一種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，該繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人分為手部、腕部、小臂、上臂、肩部、腰部及基座，基座上設(shè)置腰部，腰部通過曲軸組件與肩部連接，肩部通過上臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與上臂連接，從動(dòng)輪組件III驅(qū)動(dòng)上臂；上臂通過小臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與小臂連接，從動(dòng)輪組件II驅(qū)動(dòng)小臂；小臂通過腕部的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與腕部連接，從動(dòng)輪組件I驅(qū)動(dòng)腕部；腕部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部連接，相互連接的各個(gè)部分之間形成多個(gè)關(guān)節(jié)，多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元通過柔繩分別與腰部、肩部、上臂、小臂、腕部、手部之一或兩個(gè)以上連接，經(jīng)過各個(gè)部分的柔繩分別為腕部柔繩、小臂柔繩、上臂柔繩、肩部柔繩、腰部柔繩，形成繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人。
2.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，腕部包括腕前部、孔用彈性擋圈、腕部柔繩I、腕銷軸I、滾動(dòng)軸套、滾動(dòng)軸承、空心軸、腕部柔繩II、實(shí)心軸、滾動(dòng)軸承、孔用彈性擋圈、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸、鍵、驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸、腕銷軸II、滾動(dòng)軸套、腕后部、螺母、上基座、下基座、上基座軸孔、下基座軸孔，具體結(jié)構(gòu)如下腕部分兩部分，由腕前部和腕后部組成，腕前部為框架結(jié)構(gòu)，所述框架結(jié)構(gòu)中設(shè)有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的一端伸至所述框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部的鍵槽孔相連，通過螺母鎖緊；腕前部的上下分別為上基座和下基座，上基座設(shè)有空心軸，下基座設(shè)有實(shí)心軸，實(shí)心軸與下基座通過鍵連接；空心軸與實(shí)心軸同心，二者軸線與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線垂直;腕后部為U形結(jié)構(gòu)，所述U形結(jié)構(gòu)的端部分別開有上基座軸孔、下基座軸孔，上基座軸孔、下基座軸孔相對(duì)設(shè)置，所述U形結(jié)構(gòu)的根部軸孔兩側(cè)分別安裝驅(qū)動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸；基座上下兩軸分別穿過腕后部一端相應(yīng)的軸孔，上基座的空心軸穿過上基座軸孔，下基座的實(shí)心軸穿過下基座軸孔；腕后部的根部與小臂前端相連，由設(shè)在小臂外側(cè)的從動(dòng)輪組件I與從動(dòng)半軸鍵連接，腕后部由從動(dòng)輪組件I驅(qū)動(dòng)；空心軸與上基座軸孔之間通過滾動(dòng)軸承傳動(dòng)連接,滾動(dòng)軸承安裝在空心軸上,其外側(cè)由孔用彈性擋圈定位；腕部柔繩I的一端從空心軸穿過，該端纏繞于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸，腕部柔繩I的另一端沿配套使用的腕銷軸I、滾動(dòng)軸套，伸至小臂中；旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸由腕部柔繩I驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩I動(dòng)作時(shí)，手部同步旋轉(zhuǎn)；實(shí)心軸與下基座軸孔之間通過滾動(dòng)軸承傳動(dòng)連接，下基座軸孔中安裝滾動(dòng)軸承，其外側(cè)由孔用彈性擋圈定位；腕部柔繩II的一端纏繞于實(shí)心軸的槽輪，腕部柔繩II的另一端沿配套使用的腕銷軸II、滾動(dòng)軸套，伸至小臂中；實(shí)心軸由腕部柔繩II驅(qū)動(dòng)，腕部柔繩II動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)實(shí)心軸左右搖擺。
3.按照權(quán)利要求2所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，腕后部的前端軸孔上基座軸孔、下基座軸孔的軸線與后端半軸驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸的軸線垂直，腕后部的驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸分別穿過小臂上小臂側(cè)板前部的滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔，軸承外側(cè)用彈性擋圈定位，腕后部的半軸通過鍵連接，腕后部的驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸通過腕銷軸I連接，腕銷軸I外設(shè)有滾動(dòng)軸套；腕后部上開設(shè)軸孔，軸孔裝有腕銷軸II，腕銷軸II外側(cè)裝有滾動(dòng)軸套。
4.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，從動(dòng)輪組件I的輪槽中設(shè)置固定銷，柔繩纏繞在從動(dòng)輪組件I的固定銷上，同時(shí)柔繩通過墊片、固定銷與從動(dòng)輪組件I的輪槽側(cè)壁擠緊；從動(dòng)輪組件II、從動(dòng)輪組件III、從動(dòng)輪組件IV的結(jié)構(gòu)與此類同。
5.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，小臂采取整體式結(jié)構(gòu)或采用分體式結(jié)構(gòu)，小臂內(nèi)部中空，小臂由小臂基板、小臂基板兩側(cè)的小臂側(cè)板組成，小臂基板和小臂側(cè)板通過螺釘連接緊固；小臂側(cè)板的前部設(shè)有滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承通過彈性擋圈定位，腕后部的半軸驅(qū)動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸裝入滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔中；小臂側(cè)板的后部一側(cè)軸孔設(shè)有鍵槽，通過鍵與主動(dòng)半軸相連；小臂側(cè)板的后部另一側(cè)光孔裝配從動(dòng)半軸，由設(shè)在上臂外側(cè)的從動(dòng)輪組件II與從動(dòng)半軸鍵連接，小臂由從動(dòng)輪組件II驅(qū)動(dòng)；小臂側(cè)板上開設(shè)軸孔，軸孔裝有小臂銷軸I，小臂銷軸I外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套I，小臂銷軸I與小臂滾動(dòng)軸套I配套使用；在小臂基板兩側(cè)位置的小臂側(cè)板上開有長(zhǎng)條孔，長(zhǎng)條孔裝有小臂銷軸II，小臂銷軸II外側(cè)裝有小臂滾動(dòng)軸套II，小臂銷軸II與小臂滾動(dòng)軸套II配套使用；小臂側(cè)板的從動(dòng)半軸、主動(dòng)半軸通過小臂銷軸III連接，小臂銷軸III外設(shè)有小臂滾動(dòng)軸套III。
6.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，上臂采用兩段式的結(jié)構(gòu)，該上臂分前段與后段，上臂前段的一端設(shè)有軸孔，連接小臂后部半軸從動(dòng)半軸、主動(dòng)半軸，上臂前段的另一端與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸相連，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸圓周上均布銷孔，銷孔裝有傳動(dòng)銷，傳動(dòng)銷的另一半則伸入到上臂前段的相應(yīng)孔中，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸伸至上臂前段中的部分由螺母鎖緊；上臂前段側(cè)面上開設(shè)軸孔，軸孔裝有上臂銷軸II、上臂銷軸III，上臂銷軸II、上臂銷軸III外側(cè)分別裝有上臂滾動(dòng)軸套II、上臂滾動(dòng)軸套III，上臂銷軸II與上臂滾動(dòng)軸套II配套使用，上臂銷軸III與上臂滾動(dòng)軸套III配套使用；上臂后段由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元和上臂基座組成，上臂后段的一端裝有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元，該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)單元的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸為空心軸；上臂基座上側(cè)面上安裝有基座，基座通過螺釘緊固于上臂基座；基座有孔，孔內(nèi)裝有上臂銷軸IV，上臂銷軸IV外側(cè)裝有上臂滾動(dòng)軸套IV，上臂銷軸IV與上臂滾動(dòng)軸套IV配套使用；上臂后段的另一端設(shè)有軸孔，兩側(cè)分別安裝主動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸，主動(dòng)半軸、從動(dòng)半軸與軸孔通過鍵連接，由設(shè)在肩部外側(cè)的從動(dòng)輪與從動(dòng)半軸鍵連接，上臂由從動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)；主動(dòng)半軸和從動(dòng)半軸之間安裝有上臂銷軸I，上臂銷軸I外設(shè)上臂滾動(dòng)軸套I。
7.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，肩部由肩組件、曲軸組件、柔繩導(dǎo)向座組件、基座部件、從動(dòng)輪組件IV、軸端擋圈、螺釘組成，曲軸組件、柔繩導(dǎo)向座組件安裝于基座部件，曲軸組件兩端穿過基座部件的部分分別連接肩組件和從動(dòng)輪組件IV，從動(dòng)輪組件IV由軸端擋圈定位，螺釘鎖緊，軸端擋圈、螺釘配套使用；基座部件由鋼球?qū)騿卧?、基座組件及孔用彈性擋圈組成，基座組件采用剖分式結(jié)構(gòu)，由基座、軸瓦及螺釘組成，基座與軸瓦形成的軸孔整體設(shè)有凹槽，以容納彈性擋圈；基座組件的剖分式結(jié)構(gòu)方便曲軸組件的安裝，基座底面開孔，孔內(nèi)安裝鋼球?qū)騿卧狪I ；鋼球?qū)騿卧狪I由兩側(cè)板滾道基座I和滾道基座II夾鋼球組成，滾道基座I和滾道基座II中心開孔，滾道基座I和滾道基座II內(nèi)表面開有球形滾道，以容納鋼球，兩側(cè)板滾道基座I和滾道基座II通過螺釘緊固；鋼球?qū)騿卧狪的結(jié)構(gòu)尺寸與鋼球?qū)騿卧狪I相同；柔繩導(dǎo)向座組件包括肩滾動(dòng)軸套III、肩銷軸III、導(dǎo)向座,柔繩導(dǎo)向座組件按不同的柔繩組，設(shè)置不同層次的肩銷軸III于導(dǎo)向座，肩銷軸III外設(shè)肩滾動(dòng)軸套III;曲軸組件由螺釘、接盤、曲軸、軸承、肩銷軸II、肩滾動(dòng)軸套II、鍵組成，曲軸的一端為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其外側(cè)安裝從動(dòng)輪組件IV ;曲軸的另一端為空心結(jié)構(gòu)，軸向相應(yīng)部位在圓周面上開孔，孔內(nèi)裝有肩銷軸II，肩銷軸II外設(shè)肩滾動(dòng)軸套II，肩銷軸II與肩滾動(dòng)軸套II配套使用；接盤于曲軸的空心結(jié)構(gòu)端與曲軸采用鍵連接，通過螺釘鎖緊，通過接盤與肩組件連接；曲軸外側(cè)與基座部件配合的部分安裝軸承；肩組采用U型結(jié)構(gòu)的肩，肩的兩側(cè)板開孔，以安裝配套使用的軸承及孔用彈性擋圈，并且與上臂相連；肩的一側(cè)板安裝有橫向銷軸和肩銷軸I，肩銷軸I外設(shè)肩滾動(dòng)軸套I，肩銷軸I與肩滾動(dòng)軸套I配套使用；橫向銷軸外設(shè)軸套，橫向銷軸與軸套配套使用；橫向銷軸與肩銷軸I的軸線垂直，肩的底板開孔，孔內(nèi)設(shè)有鋼球?qū)騿卧狪。
8.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，腰部由滾動(dòng)軸承、階梯軸、推力軸承、鋼框組件、氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II、頂板、底板組成，鋼框組件為鋼板拼焊成的框架結(jié)構(gòu)，鋼框組件上安裝氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II，氣缸驅(qū)動(dòng)單元I設(shè)置于鋼框組件外側(cè)，氣缸驅(qū)動(dòng)單元II設(shè)置于鋼框組件內(nèi)側(cè)；頂板的開孔與基座的開孔相對(duì)應(yīng)，頂板上通過螺栓安裝肩部；底板焊接有階梯軸，階梯軸與基座相連，階梯軸上分別安裝推力軸承和兩個(gè)滾動(dòng)軸承；按不同的制動(dòng)方式，氣缸驅(qū)動(dòng)單元I、氣缸驅(qū)動(dòng)單元II分兩種一種是柔繩制動(dòng)方式，在柔繩張緊機(jī)構(gòu)I里增加制動(dòng)器，通過制動(dòng)導(dǎo)向輪II的方式制動(dòng)柔繩，導(dǎo)向輪I為自由輪，選用普通氣缸；另一種是活塞桿制動(dòng)方式，選用帶鎖止功能的鎖止氣缸，直接使用柔繩張緊機(jī)構(gòu)II，帶鎖止功能的鎖止氣缸通過制動(dòng)腰部柔繩II的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
9.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元I或帶制動(dòng)器的氣缸驅(qū)動(dòng)單元II包括氣缸座組件、普通氣缸、柔繩張緊機(jī)構(gòu)I、柔繩接頭單元，普通氣缸的一端安裝于氣缸座組件，普通氣缸的另一端通過柔繩接頭單元安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)I;氣缸帶鎖緊倉(cāng)的氣缸驅(qū)動(dòng)單元包括氣缸座組件、鎖止氣缸、柔繩張緊機(jī)構(gòu)II，鎖止氣缸的一端安裝于氣缸座組件，鎖止氣缸的另一端安裝柔繩張緊機(jī)構(gòu)II ；柔繩張緊機(jī)構(gòu)I包括導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II、制動(dòng)器、腰部柔繩I，導(dǎo)向輪II上安裝制動(dòng)器，導(dǎo)向輪I上安裝腰部柔繩I ;柔繩張緊機(jī)構(gòu)II包括導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II、腰部柔繩I，導(dǎo)向輪I、導(dǎo)向輪II通過腰部柔繩I連接；柔繩接頭單元由鋼板、夾板、腰部柔繩II、螺釘、螺母組成，鋼板上下表面加工有V形槽，以便腰部柔繩II定位；鋼板的一端加工有通孔，氣缸的活塞桿穿過通孔，與柔繩接頭單元連接；鋼板的另一端上下設(shè)置夾板，夾板上開有夾板孔，腰部柔繩II的一端沿V形槽穿過夾板孔，腰部柔繩II通過夾板夾緊于鋼板，夾板與鋼板通過配套使用的螺釘、螺母連接。
10.按照權(quán)利要求I所述的繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其特征在于，基座由基座組焊件及氣缸驅(qū)動(dòng)單元III組成，基座組焊件下部為法蘭面，基座通過法蘭面與基礎(chǔ)相連，基座組焊件上部加工有軸套，基座通過軸套與腰部的階梯軸配合相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于關(guān)節(jié)機(jī)器人領(lǐng)域，具體為一種繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人，解決了多關(guān)節(jié)的鋼絲繩傳動(dòng)及布置的問題。該繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人分為手部、腕部、小臂、上臂、肩部、腰部及基座，基座上設(shè)置腰部，腰部通過曲軸組件與肩部連接，肩部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與上臂連接，上臂通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上的從動(dòng)輪組件Ⅱ與小臂連接，小臂通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上的從動(dòng)輪組件Ⅰ與腕部連接，腕部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸與手部連接，相互連接的各個(gè)部分之間形成多個(gè)關(guān)節(jié)，多關(guān)節(jié)的繩傳動(dòng)單元通過柔繩分別與腰部、肩部、上臂、小臂、腕部、手部之一或兩個(gè)以上連接，形成繩驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)器人。本發(fā)明機(jī)器人共8個(gè)自由度，可以更加充分地發(fā)揮鋼絲繩傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，如傳動(dòng)精度高，易于布置等。
文檔編號(hào)B25J17/02GK102941573SQ201210454658
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者莊德勝 申請(qǐng)人:莊德勝