繩索驅動連續機器人的製作方法
2024-03-04 16:21:15 1
繩索驅動連續機器人的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種繩索驅動連續機器人，包括：安裝在基座上的第一級離散關節、第一級連續關節、第二級離散關節和第二級連續關節依次串聯形式連接；該第一級離散關節和第二級離散關節分別具有一個旋轉自由度，該第一級連續關節和第二級連續關節分別具有兩個彎曲自由度。本發明提供的種繩索驅動連續機器人，採用電機驅動與繩索傳動構成的關節運動方式，作為對工業機器人的傳動驅動方式的補充，能有效降低機器人的製造成本，且有效提高了傳統工業機器人對多障礙物作業環境的適應性。
【專利說明】繩索驅動連續機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種關節型機器人類，更具體地說，它涉及一種繩索驅動連續機器人。【背景技術】
[0002]隨著工業機器人在諸如機械製造、交通輸運、石油化工等領域的應用日趨廣泛，其工作環境存在各種障礙物，限制了機器人運動能力。另外，工業機器人的傳動部件為擺線針輪減速機與諧波減速機，雖然傳動精度高，但成本高。申請號為02145863.4，名稱為多關節工業機器人等公開文件中雖然有多關節工業機器人的報導，但均採用電機驅動，由高精度減速機傳動的運動結構方式，製造成本高，嚴重阻礙工業機器人的普及應用，迫切需要研製具有新型傳動與運動形式的關節型機器人用於該問題的解決。
【發明內容】
[0003]本發明的特徵和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發明而學習。
[0004]為克服現有技術的問題，本發明提供一種繩索驅動連續機器人，包括:安裝在基座上的第一級離散關節、第一級連續關節、第二級離散關節和第二級連續關節依次串聯形式連接；該第一級離散關節和第二級離散關節分別具有一個旋轉自由度，該第一級連續關節和第二級連續關節分別具有兩個彎曲自由度。
[0005]根據本發明的一個實施例，該第一級離散關節由第一級離散步進電機、聯軸器和轉動副構成，該第一級離散步進電機的輸出軸串聯到該聯軸器上，通過該聯軸器帶動轉動副做旋轉運動。
[0006]根據本發明的一個實施例，該第一級連續關節包括第一上固定圓盤、第一下固定圓盤，位於兩者之間的第一驅動繩索和第一彈性體以及位於該基座上的第一級連續步進電機；該第一驅動繩索的一端固定在該第一下固定圓盤上，另一端穿過該第一上固定圓盤，並纏繞在該第一級連續步進電機的輪轂上。
[0007]根據本發明的一個實施例，該第一級連續關節的第一上固定圓盤設有均勻分布的圓孔，用於供該第一驅動繩索穿過。
[0008]根據本發明的一個實施例，該第一驅動繩索為3條；該第一級連續步進電機為3個。
[0009]根據本發明的一個實施例，該第二級離散關節的旋轉軸心線與該第一級連續關節中第一彈性體的曲線切向相垂直。
[0010]根據本發明的一個實施例，該第二級離散關節由安裝在該基座上兩個第二級離散步進電機、兩條第二驅動繩索和轉動副構成；該第二驅動繩索對稱分布且纏繞在該第二級離散步進電機的輪轂上。
[0011]根據本發明的一個實施例，該第二級連續關節包括第二上固定圓盤、第二下固定圓盤，位於兩者之間的第二驅動繩索和第二彈性體以及位於該基座上的第二級連續步進電機，該第二驅動繩索的一端固定在該第二下固定圓盤上，另一端穿過該第二上固定圓盤，並纏繞在該第二級連續步進電機的輪轂上。
[0012]根據本發明的一個實施例，該第二級連續關節的第二上固定圓盤設有均勻分布的圓孔，用於供該第二驅動繩索穿過。
[0013]根據本發明的一個實施例，該的第二級離散關節的旋轉軸心線與該第二級連續關節中第二彈性體的曲線切向相垂直。
[0014]本發明針對傳統的工業機器人成本高，且不能用於多障礙物工作環境的問題，提供一種由電機驅動、繩索傳動的連續機器人機構，進一步提升傳統工業機器人的作業能力和降低製造成本，增加工業機器人對多障礙物作業環境的適應性。
[0015]通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特徵和內容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面通過參考附圖並結合實例具體地描述本發明，本發明的優點和實現方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用於對本發明的解釋說明，而不構成對本發明的任何意義上的限制，在附圖中:
[0017]圖1為本發明實施例的繩索驅動連續機器人的結構示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例的第一級離散關節的結構示意圖。
[0019]圖3為本發明實施例的第一級連續關節的結構示意圖。
[0020]圖4為本發明實施例的第二級離散關節的結構示意圖。
[0021]圖5為本發明實施例的第二級連續關節的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明的特徵和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發明而學習。
[0023]為克服現有技術的問題，本發明提供一種繩索驅動連續機器人，包括:安裝在基座5上的第一級離散關節60、第一級連續關節70、第二級離散關節80和第二級連續關節90依次串聯形式連接；該第一級離散關節60和第二級離散關節80分別具有一個旋轉自由度，該第一級連續關節70和第二級連續關節90分別具有兩個彎曲自由度，即本發明提供的繩索驅動連續機器人具有6個自由度。
[0024]請同時參照圖2，該第一級離散關節60由第一級離散步進電機14、聯軸器15和轉動副構成，該第一級離散步進電機14的輸出軸串聯到聯軸器15上，通過該聯軸器15帶動轉動副做旋轉運動。也就是說，第一級離散關節60由第一級離散步進電機14通過聯軸器15直接驅動。
[0025]請同時參照圖3,該第一級連續關節70包括第一上固定圓盤18、第一下固定圓盤11，位於兩者之間的第一驅動繩索17和第一彈性體16以及位於該基座5上的第一級連續步進電機2、6、10 ;該第一驅動繩索17的一端固定在第一下固定圓盤11上,另一端穿過第一上固定圓盤18，並纏繞在第一級連續步進電機2、6、10的輪轂上，在第一級連續步進電機轉動時，會帶動輪轂8拉動驅動繩索17，從而實現彈性體16的彎曲運動。[0026]在本實施例中，第一驅動繩索17為3條；第一級連續步進電機為3個即2、6、10。且第一級連續關節70的第一上固定圓盤18上設有均勻分布的圓孔，用於供該第一驅動繩索17穿過，在第一彈性體16處於自由狀態時，同一根第一驅動繩索穿過的圓盤上的圓孔在同一平面內。
[0027]請參照圖4，該第二級離散關節80由安裝在基座5上兩個第二級離散步進電機3、
7、兩條第二驅動繩索19和轉動副構成；該第二驅動繩索19對稱分布且纏繞在該第二級離散步進電機3、7的輪轂上。在第二級離散步進電機3、7的作用下拉動轉動副做旋轉運動，第二級離散步進電機3、7通過固定在其上的輪轂，將旋轉運動轉換成拉動繩索的線運動。在本實施例中，該第二級離散關節的旋轉軸心線與該第一級連續關節中第一彈性體的曲線切向相垂直。所以第二級離散關節80是由第二級離散步進電機3、7通過第二驅動繩索19拉動實現旋轉運動。
[0028]請參照圖5，該第二級連續關節90包括第二上固定圓盤21、第二下固定圓盤13，位於兩者之間的第二驅動繩索22和第二彈性體20以及位於該基座上的第二級連續步進電機
1、4、9，該第二驅動繩索20的一端固定在該第二下固定圓盤13上，另一端穿過該第二上固定圓盤21，並纏繞在該第二級連續步進電機1、4、9的輪轂上。第二級連續步進電機轉動時通過輪轂8拉動第二驅動繩索22，實現第二彈性體20的彎曲運動。該第二級連續關節90的第二上固定圓盤21設有均勻分布的圓孔，用於供第二驅動繩索20穿過，在第二彈性體20處於自由狀態時，同一根第二驅動繩索穿過的圓盤上的圓孔在同一平面內。在本實施例中，第二級離散關節的旋轉軸心線與該第二級連續關節中第二彈性體的曲線切向相垂直。
[0029]可見在本發明中，第一級連續關節70和第二級連續關節90分別由步進電機、彈性體以及三根驅動繩索構成，彈性體作為骨架支持關節，三根驅動繩索與對應的3個步進電機構成驅動單元。第一級連續關節的繩索通過第一級離散關節到達位於基座上的步進電機。步進電機拉動繩索，改變繩索長度，從而使得彈性體發生彎曲，實現關節運動。也就是說，當三根驅動繩索的長度相等時，關節不產生運動，當其中有驅動繩索在步進電機驅動下縮短時，圓柱形彈性體向著縮短的繩索方向彎曲。電機控制繩索拉動彈性體在空間實現彎曲動作，實現關節的運動。
[0030]上述繩索驅動連續機器人具體運動過程如下:對於運動空間的某一點，首先驅動第一級離散關節的第一級離散步進電機轉動，第一級離散關節的輸出軸帶動第一級連續關節和第二級離散關節轉過一定角度。然後用第一級連續步進電機拉動第一級連續關節的第一驅動繩索，使第一彈性體彎曲，改變關節的位姿。然後用第二級離散電機拉動第二級離散關節的第二驅動繩索，使得第二級離散關節轉過一定角度，同時帶動第二級連續關節運動。再使用第二級連續步進電機拉動第二級連續關節的第二驅動繩索，使第二彈性體彎曲，使得機器人到達空間中的某一點，實現對該點物體的抓取。
[0031]本發明提供的種繩索驅動連續機器人，採用電機驅動與繩索傳動構成的關節運動方式，作為對工業機器人的傳動驅動方式的補充，能有效降低機器人的製造成本，且有效提高了傳統工業機器人對多障礙物作業環境的適應性。
[0032]以上參照【專利附圖】
【附圖說明】了本發明的優選實施例，本領域技術人員不脫離本發明的範圍和實質，可以有多種變型方案實現本發明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特徵可用於另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發明較佳可行的實施例而已，並非因此局限本發明的權利範圍，凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含於本發明的權利範圍之內。
【權利要求】
1.一種繩索驅動連續機器人，其特徵在於，包括:安裝在基座上的第一級離散關節、第一級連續關節、第二級離散關節和第二級連續關節依次串聯形式連接；所述第一級離散關節和第二級離散關節分別具有一個旋轉自由度，所述第一級連續關節和第二級連續關節分別具有兩個彎曲自由度。
2.如權利要求1所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第一級離散關節由第一級離散步進電機、聯軸器和轉動副構成，所述第一級離散步進電機的輸出軸串聯到所述聯軸器上,通過所述聯軸器帶動轉動副做旋轉運動。
3.如權利要求1所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第一級連續關節包括第一上固定圓盤、第一下固定圓盤，位於兩者之間的第一驅動繩索和第一彈性體以及位於所述基座上的第一級連續步進電機；所述第一驅動繩索的一端固定在所述第一下固定圓盤上，另一端穿過所述第一上固定圓盤，並纏繞在所述第一級連續步進電機的輪轂上。
4.如權利要求3所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第一級連續關節的第一上固定圓盤設有均勻分布的圓孔，用於供所述第一驅動繩索穿過。
5.如權利要求3所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第一驅動繩索為3條；所述第一級連續步進電機為3個。
6.如權利要求3所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第二級離散關節的旋轉軸心線與所述第一級連續關節中第一彈性體的曲線切向相垂直。
7.如權利要求1所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第二級離散關節由安裝在所述基座上兩個第二級離散步進電機、兩條第二驅動繩索和轉動副構成；所述第二驅動繩索對稱分布且纏繞在所述第二級離散步進電機的輪轂上。
8.如權利要求1所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第二級連續關節包括第二上固定圓盤、第二下固定圓盤，位於兩者之間的第二驅動繩索和第二彈性體以及位於所述基座上的第二級連續步進電機，所述第二驅動繩索的一端固定在所述第二下固定圓盤上，另一端穿過所述第二上固定圓盤，並纏繞在所述第二級連續步進電機的輪轂上。
9.如權利要求8所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述第二級連續關節的第二上固定圓盤設有均勻分布的圓孔，用於供所述第二驅動繩索穿過。
10.如權利要求8所述的繩索驅動連續機器人，其特徵在於，所述的第二級離散關節的旋轉軸心線與所述第二級連續關節中第二彈性體的曲線切向相垂直。
【文檔編號】B25J17/02GK103963069SQ201410163465
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】趙江海, 章小建, 張志華, 方世輝, 錢文歡, 張春霞 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院, 常州市先進位造技術研究所