本實用新型涉及一種基于繩體拉力傳動的機(jī)械手，屬于手術(shù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人是專門為殘疾人、重病人以及手腳不方便的老年人設(shè)計的。在醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人的研究中，歐洲和美國的起步較早。當(dāng)今國際上已有日常護(hù)理機(jī)器人系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可在殘疾人處于臥床狀態(tài)、身體不能自由活動的情況下，通過設(shè)置在床邊的護(hù)理裝置，幫助行動不便的人拾取物品，從而對人進(jìn)行飲食照料。

申請?zhí)枮镃N201410848341.4的中國專利公開了一種“一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手”，該主操作手前三個關(guān)節(jié)為鋼絲繩傳動，但是該繩傳動為摩擦傳動，需要較大的預(yù)緊力以提供足夠的摩擦力，另外在高負(fù)載下可能會造成打滑等危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于繩體拉力傳動的機(jī)械手，采用繩體拉力傳動，機(jī)構(gòu)更加緊湊且可避免現(xiàn)有技術(shù)中鋼絲繩摩擦傳動造成的打滑現(xiàn)象。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本實用新型的基于繩體拉力傳動的機(jī)械手包括基座、可轉(zhuǎn)動地安裝在 基座上的腰關(guān)節(jié)組件、與腰關(guān)節(jié)組件鉸接的大臂、與大臂鉸接的中臂、與中臂鉸接的小臂和安裝在小臂外端部的抓取機(jī)構(gòu)，所述基座內(nèi)設(shè)有驅(qū)動腰關(guān)節(jié)組件旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，所述腰關(guān)節(jié)組件包括由所述驅(qū)動裝置驅(qū)動的腰關(guān)節(jié)、固定在腰關(guān)節(jié)上方的電機(jī)倉和固定在電機(jī)倉上方的繞線軸安裝架，所述大臂通過第一傳動關(guān)節(jié)與所述繞線軸安裝架鉸接，所述中臂通過第二傳動關(guān)節(jié)與所述大臂鉸接，所述繞線軸安裝架內(nèi)盤繞有第一傳動繩組和第二傳動繩組，所述電機(jī)倉內(nèi)設(shè)有第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器，所述第一驅(qū)動器通過所述第一傳動繩組驅(qū)動第一傳動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，所述第一傳動關(guān)節(jié)帶動所述大臂旋轉(zhuǎn)，所述第二驅(qū)動器通過所述第二傳動繩組驅(qū)動所述第二傳動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，所述第二傳動關(guān)節(jié)帶動所述中臂旋轉(zhuǎn)。

本實用新型所述腰關(guān)節(jié)借助軸承可轉(zhuǎn)動地安裝在所述基座上方，所述驅(qū)動裝置為偏轉(zhuǎn)氣缸、伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。

本實用新型所述繞線軸安裝架內(nèi)設(shè)有第一繞線軸、第二繞線軸和導(dǎo)向輪組，所述第一繞線軸通過第一聯(lián)軸器與所述第一驅(qū)動器的主軸剛性連接，所述第二繞線軸通過第二聯(lián)軸器與所述第二驅(qū)動器的主軸剛性連接，所述導(dǎo)向輪組固定在繞線軸安裝架內(nèi)并位于第一繞線軸和第二繞線軸之間。

本實用新型所述第一傳動關(guān)節(jié)包括固定在大臂上的大臂繞線軸和可轉(zhuǎn)動地安裝在大臂繞線軸上的繞線套環(huán)，所述第二傳動關(guān)節(jié)包括固定在中臂上的中臂繞線軸，所述第一繞線軸上設(shè)置所述第一傳動繩組，所述第一傳動繩組經(jīng)過所述導(dǎo)向輪組繞接到所述大臂繞線軸上，所述第二繞線軸上設(shè)置所述第二傳動繩組，所述第二傳動繩組經(jīng)過所述導(dǎo)向輪組和繞線套環(huán)繞接到所述中臂繞線軸上。

本實用新型所述導(dǎo)向輪組包括第一導(dǎo)向輪、第二導(dǎo)向輪、第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪，所述第一傳動繩組包括第一繩體和第二繩體，所述第二傳動繩組包括第三繩體和第四繩體。

本實用新型所述第一繩體的一端固定在第一繞線軸的下方，在第一繞線軸的一側(cè)逆時針繞1～5匝，經(jīng)過第四導(dǎo)向輪繞至大臂繞線軸，在大臂繞線軸的一側(cè)逆時針繞1～5匝，最后將第一繩體的另一端張緊后固定在大臂繞線軸靠近第四導(dǎo)向輪的一端，所述第二繩體的一端固定在第一繞線軸的上方，在第一繞線軸上逆時針繞1～5匝，經(jīng)過第一導(dǎo)向輪繞至大臂繞線軸，在大臂繞線軸的另一側(cè)逆時針繞1～5匝，最后將第二繩體的另一端張緊后固定在繞線軸靠近第一導(dǎo)向輪的一端。

本實用新型所述第三繩體的一端固定在第二繞線軸的下方，在第二繞線軸上順時針繞1～5匝，然后經(jīng)過第二導(dǎo)向輪繞至繞線套環(huán)上，在繞線套環(huán)的一側(cè)順時針繞1匝，再繞至中臂繞線軸的一側(cè)并順時針繞1～5匝，最后將第三繩體的另一端張緊后固定在中臂靠近所述大臂一端的上部，所述第四繩體的一端固定在第二繞線軸的上方，在第二繞線軸上順時針繞1～5匝，然后經(jīng)過第三導(dǎo)向輪繞至繞線套環(huán)上，在繞線套環(huán)的另一側(cè)順時針繞1匝，再繞至中臂繞線軸的另一側(cè)順時針繞1～5匝，最后將第四繩體的另一端張緊后通過固定在中臂靠近所述大臂一端的下部。

本實用新型所述小臂的另外一端設(shè)有第二直驅(qū)關(guān)節(jié)，第二直驅(qū)關(guān)節(jié)包括固定在小臂上的抓取支撐架，所述抓取支撐架上安裝第二直驅(qū)電機(jī)，所述第二直驅(qū)電機(jī)的輸出軸與抓取機(jī)構(gòu)的底盤固定。

本實用新型所述小臂的另外一端設(shè)有抓取支撐架，所述抓取支撐架上安裝第二直驅(qū)電機(jī)，所述第二直驅(qū)電機(jī)的輸出軸與抓取機(jī)構(gòu)的底盤固定。

本實用新型所述第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器均為伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。

本實用新型基于繩體拉力傳動的機(jī)械手具有以下的效果：本實用新型基于繩體拉力傳動的機(jī)械手包括基座、可轉(zhuǎn)動地安裝在基座上的腰關(guān)節(jié)組件、與腰關(guān)節(jié)組件鉸接的大臂、與大臂鉸接的中臂、與中臂鉸接的小臂和安裝在小臂外端部的抓取機(jī)構(gòu)，其中，基座內(nèi)設(shè)有驅(qū)動腰關(guān)節(jié)組件旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置前置至基座內(nèi)，該種布局結(jié)構(gòu)可極大減小機(jī)械手各部件的質(zhì)量，進(jìn)而減小機(jī)械手的轉(zhuǎn)動慣量，有利于提高機(jī)構(gòu)的剛度。腰關(guān)節(jié)組件包括由驅(qū)動裝置驅(qū)動的腰關(guān)節(jié)、固定在腰關(guān)節(jié)上方的電機(jī)倉和固定在電機(jī)倉上方的繞線軸安裝架，大臂通過第一傳動關(guān)節(jié)與繞線軸安裝架鉸接，中臂通過第二傳動關(guān)節(jié)與大臂鉸接，繞線軸安裝架內(nèi)盤繞有第一傳動繩組和第二傳動繩組，電機(jī)倉內(nèi)設(shè)有第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器，第一驅(qū)動器通過第一傳動繩組驅(qū)動第一傳動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，第一傳動關(guān)節(jié)帶動大臂旋轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動器通過第二傳動繩組驅(qū)動第二傳動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，第二傳動關(guān)節(jié)帶動中臂旋轉(zhuǎn)，第一傳動關(guān)節(jié)和第二傳動關(guān)節(jié)采用鋼絲繩傳動，有效減小了機(jī)構(gòu)中各部件的體積，與鋼絲繩摩擦傳動相比，機(jī)構(gòu)更加緊湊，而且可減少鋼絲繩磨損，采用鋼絲繩拉力傳動，通過適當(dāng)張緊，可有效避免回差問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的基座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的繞線軸安裝架內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的第一傳動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的第二傳動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實用新型的基于鋼絲繩拉力傳動機(jī)器人操作手的抓取機(jī)構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：基座1，驅(qū)動裝置11，軸承12；

腰關(guān)節(jié)組件2，第一驅(qū)動器21，第二驅(qū)動器22，繞線軸安裝架23，第一聯(lián)軸器231，第一繞線軸232，第二聯(lián)軸器233，第二繞線軸234，導(dǎo)向輪組235，第一導(dǎo)向輪2351，第二導(dǎo)向輪2352，第三導(dǎo)向輪2353，第四導(dǎo)向輪2354；

大臂3；中臂4；小臂5；抓取機(jī)構(gòu)6；

第一傳動關(guān)節(jié)7，大臂繞線軸71，繞線套環(huán)72；

第二傳動關(guān)節(jié)8，中臂繞線軸81；

第一直驅(qū)關(guān)節(jié)91，第一直驅(qū)電機(jī)911，小臂支撐架912，小臂連接架913，第二直驅(qū)關(guān)節(jié)92，第二直驅(qū)電機(jī)921，抓取支撐架922。

具體實施方式

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“徑向”、“軸向”、“上”、“下”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和 操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

如圖1-6所示，本實施例的基于繩體拉力傳動的機(jī)械手包括基座1、可轉(zhuǎn)動地安裝在基座1上的腰關(guān)節(jié)組件2、與腰關(guān)節(jié)組件2鉸接的大臂3、與大臂3鉸接的中臂4、與中臂4鉸接的小臂5和安裝在小臂5外端部的抓取機(jī)構(gòu)6。其中，基座1內(nèi)設(shè)有驅(qū)動腰關(guān)節(jié)組件2旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置11，腰關(guān)節(jié)組件2包括由驅(qū)動裝置11驅(qū)動的腰關(guān)節(jié)、固定在腰關(guān)節(jié)上方的電機(jī)倉和固定在電機(jī)倉上方的繞線軸安裝架23，大臂3通過第一傳動關(guān)節(jié)7與繞線軸安裝架23鉸接，中臂4通過第二傳動關(guān)節(jié)8與大臂3鉸接，繞線軸安裝架23內(nèi)盤繞有第一傳動繩組和第二傳動繩組，電機(jī)倉內(nèi)設(shè)有第一驅(qū)動器21和第二驅(qū)動器22，第一驅(qū)動器21通過第一傳動繩組驅(qū)動第一傳動關(guān)節(jié)7旋轉(zhuǎn)，第一傳動關(guān)節(jié)7帶動大臂3旋轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動器22通過第二傳動繩組驅(qū)動第二傳動關(guān)節(jié)8旋轉(zhuǎn)，第二傳動關(guān)節(jié)8帶動中臂4旋轉(zhuǎn)。

本實施例的基于繩體拉力傳動的機(jī)械手的驅(qū)動裝置11前置至基座1內(nèi)，該種布局結(jié)構(gòu)可極大減小機(jī)械手各部件的質(zhì)量，進(jìn)而減小機(jī)械手的轉(zhuǎn)動慣量，有利于提高機(jī)構(gòu)的剛度。

本實施例的腰關(guān)節(jié)借助軸承12可轉(zhuǎn)動地安裝在基座1上方，驅(qū)動裝 置11為偏轉(zhuǎn)氣缸、伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動裝置11驅(qū)動腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)機(jī)械手整體繞Z軸轉(zhuǎn)動。

繞線軸安裝架23內(nèi)設(shè)有第一繞線軸232、第二繞線軸234和導(dǎo)向輪組235，第一繞線軸232通過第一聯(lián)軸器231與第一驅(qū)動器21的主軸剛性連接，第二繞線軸234通過第二聯(lián)軸器233與第二驅(qū)動器22的主軸剛性連接，導(dǎo)向輪組235固定在繞線軸安裝架23內(nèi)并位于第一繞線軸232和第二繞線軸234之間。

第一傳動關(guān)節(jié)7包括固定在大臂3上的大臂繞線軸71和可轉(zhuǎn)動地安裝在大臂繞線軸71上的繞線套環(huán)72，第二傳動關(guān)節(jié)8包括固定在中臂4上的中臂繞線軸81，第一繞線軸232上設(shè)置第一傳動繩組，第一傳動繩組經(jīng)過導(dǎo)向輪組235繞接到大臂繞線軸71上，第二繞線軸234上設(shè)置第二傳動繩組，第二傳動繩組經(jīng)過導(dǎo)向輪組235和繞線套環(huán)72繞接到中臂繞線軸81上。

其中，導(dǎo)向輪組235包括第一導(dǎo)向輪2351、第二導(dǎo)向輪2352、第三導(dǎo)向輪2353和第四導(dǎo)向輪2354，第一傳動繩組包括第一繩體和第二繩體，第二傳動繩組包括第三繩體和第四繩體，第一傳動繩組和第二傳動繩組的具體繞接方式如下：第一繩體的一端固定在第一繞線軸232的下方，在第一繞線軸232的一側(cè)逆時針繞1～5匝，經(jīng)過第四導(dǎo)向輪2354繞至大臂繞線軸71，在大臂繞線軸71的一側(cè)逆時針繞1～5匝，最后將第一繩體的另一端張緊后固定在大臂繞線軸71靠近第四導(dǎo)向輪2354的一端，第二繩體的一端固定在第一繞線軸232的上方，在第一繞線軸232上逆時針繞1～5匝，經(jīng)過第一導(dǎo)向輪2351繞至大臂繞線軸71，在大臂繞線軸71的另一側(cè)逆時針繞1～5匝，最后將第二繩體的另一端張緊后固定在大臂繞線軸 71靠近第一導(dǎo)向輪2351的一端。

第三繩體的一端固定在第二繞線軸234的下方，在第二繞線軸234上順時針繞1～5匝，然后經(jīng)過第二導(dǎo)向輪2352繞至繞線套環(huán)72上，在繞線套環(huán)72的一側(cè)順時針繞1匝，再繞至中臂繞線軸81的一側(cè)并順時針繞1～5匝，最后將第三繩體的另一端張緊后固定在中臂4靠近大臂3一端的上部，第四繩體的一端固定在第二繞線軸234的上方，在第二繞線軸234上順時針繞1～5匝，然后經(jīng)過第三導(dǎo)向輪2353繞至繞線套環(huán)72上，在繞線套環(huán)72的另一側(cè)順時針繞1匝，再繞至中臂繞線軸81的另一側(cè)順時針繞1～5匝，最后將第四繩體的另一端張緊后通過固定在中臂4靠近大臂3一端的下部。

當(dāng)?shù)谝或?qū)動器21通電順時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動力通過第一聯(lián)軸器231傳遞給第一繞線軸232，再帶動第一繩體在第一繞線軸232上逆時針纏繞，經(jīng)過第四導(dǎo)向輪2354、大臂繞線軸71，最終力作用在第一繩體在大臂繞線軸71上的固定處，旋轉(zhuǎn)軸線為大臂繞線軸71的軸線，力的作用點(diǎn)為大臂繞線軸71靠近第四導(dǎo)向輪2354的一端，因此產(chǎn)生一個力矩，驅(qū)使大臂3逆時針轉(zhuǎn)動。

當(dāng)?shù)谝或?qū)動器21通電逆時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動力通過第一聯(lián)軸器231傳遞給第一繞線軸232，再帶動第二繩體在第一繞線軸232上順時針纏繞，經(jīng)過第一導(dǎo)向輪2351、大臂繞線軸71，最終力作用在第二繩體在大臂3上的固定處，旋轉(zhuǎn)軸線為大臂繞線軸71的軸線，力的作用點(diǎn)為大臂繞線軸71靠近第一導(dǎo)向輪2351的一端，因此產(chǎn)生一個力矩，驅(qū)使大臂3順時針轉(zhuǎn)動。

當(dāng)?shù)诙?qū)動器22通電順時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動力通過第二聯(lián)軸器233傳 遞給第二繞線軸234，再帶動第三繩體在第二繞線軸234上逆時針纏繞，經(jīng)過第二導(dǎo)向輪2352、繞線套環(huán)72和中臂繞線軸81，最終力作用在第三繩體在中臂4上的固定處，旋轉(zhuǎn)軸線為中臂繞線軸81的軸線，力的作用點(diǎn)為中臂4靠近大臂3一端的上部，因此產(chǎn)生一個力矩，驅(qū)使中臂4逆時針轉(zhuǎn)動。

當(dāng)?shù)诙?qū)動器22通電逆時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動力通過第讓聯(lián)軸器傳遞給第二繞線軸234，再帶動第四繩體在第二繞線軸234上順時針纏繞，經(jīng)過第三導(dǎo)向輪2353、繞線套環(huán)72和中臂繞線軸81，最終力作用在第四繩體在中臂4上的固定處，旋轉(zhuǎn)軸線為中臂繞線軸81的軸線，力的作用點(diǎn)為中臂4靠近大臂3一端的下部，因此產(chǎn)生一個力矩，驅(qū)使中臂4順時針轉(zhuǎn)動。

其中，第一傳動繩組和第二傳動繩組可采用鋼絲繩制成，第一驅(qū)動器21和第二驅(qū)動器22包括但不限于伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，第一傳動關(guān)節(jié)7和第二傳動關(guān)節(jié)8采用鋼絲繩拉力傳動，有效減小了機(jī)構(gòu)中各部件的體積，與鋼絲繩摩擦傳動相比，機(jī)構(gòu)更加緊湊，而且可減少鋼絲繩磨損，避免鋼絲繩摩擦傳動造成的打滑現(xiàn)象，采用鋼絲繩拉力傳動，通過適當(dāng)張緊，可有效避免回差問題。

本實施例中的小臂5靠近中臂4的一端通過第一直驅(qū)關(guān)節(jié)91與中臂4連接，第一直驅(qū)關(guān)節(jié)91包括固定在中臂4上的小臂支撐架912、固定在小臂5上的小臂連接架913和第一直驅(qū)電機(jī)911，第一直驅(qū)電機(jī)911的輸出軸與小臂支撐架912固定相連，第一直驅(qū)電機(jī)911的機(jī)體固定在小臂連接架913上。小臂5的另外一端設(shè)有第二直驅(qū)關(guān)節(jié)92，第二直驅(qū)關(guān)節(jié)92包括固定在小臂5上的抓取支撐架922，抓取支撐架922上安裝第二直驅(qū) 電機(jī)921，第二直驅(qū)電機(jī)921的輸出軸與抓取機(jī)構(gòu)6的底盤固定。

當(dāng)?shù)谝恢彬?qū)電機(jī)911轉(zhuǎn)動時，小臂5就會沿著第一直驅(qū)電機(jī)911的輸出軸轉(zhuǎn)動，從而帶動抓取機(jī)構(gòu)6轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)诙彬?qū)電機(jī)921轉(zhuǎn)動時，抓取機(jī)構(gòu)6就會沿著第二直驅(qū)電機(jī)921的輸出軸轉(zhuǎn)動。

通過腰關(guān)節(jié)組件2、大臂3、中臂4和小臂5的傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了抓取機(jī)構(gòu)6的萬向運(yùn)動，抓取機(jī)構(gòu)6運(yùn)動靈活多變。

應(yīng)當(dāng)理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。由本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護(hù)范圍之中。