一種繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]繩驅(qū)動技術(shù)在近幾年逐漸受到重視，它主要通過將電機(jī)和調(diào)速裝置全部安裝在底座驅(qū)動箱上，通過繩來驅(qū)動關(guān)節(jié)的運動，從而大幅地降低了機(jī)械臂的重量?，F(xiàn)有的串聯(lián)繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計的難度比較大，需要巧妙設(shè)計繩索的繞組形式和布局方式，通過多組輪組的反復(fù)纏繞，充分利用繩索傳動完成減速功能?，F(xiàn)有方式為實現(xiàn)調(diào)速和遠(yuǎn)距離傳輸動力，輪組較多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，重量大，且無法解決關(guān)節(jié)運動耦合和驅(qū)動范圍較小的缺點。本發(fā)明提出的繩驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，能夠大幅減輕機(jī)械臂自重和機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高機(jī)械臂動態(tài)性能，解決了以往繩驅(qū)動技術(shù)中關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運動范圍小和關(guān)節(jié)運動耦合的問題;采用可拆裝結(jié)構(gòu)，方便維修和搬運;采用主要零件一體化設(shè)計，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了關(guān)節(jié)的運行效率。該機(jī)械臂結(jié)構(gòu)適用于安裝在輪椅、護(hù)理床等助殘助老設(shè)備上，可有效地幫助老年人、殘疾人實現(xiàn)生活自理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一機(jī)構(gòu)簡單、運動范圍大、無耦合的繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，包括同步帶輪軸、同步帶、角度傳感器、臂關(guān)節(jié)軸承端蓋、深溝球軸承、角接觸球軸承、設(shè)有連接孔及鋼絲繩通孔的機(jī)械臂連接夾塊，所述的同步帶輪軸由上至下包括帶輪端和軸端，沿同步帶輪軸的軸線依次設(shè)置有傳感器容納孔、傳感器輸出軸連接孔、十字沉頭螺釘內(nèi)螺紋孔，所述深溝球軸承和角接觸球軸承內(nèi)圈通過過渡配合分別固定在所述帶輪端上、下部，所述的帶輪端與同步帶相配合，所述的軸端與機(jī)械臂連接夾塊的連接孔固定連接;所述的同步帶的兩端分別通過鋼絲繩連接具正反轉(zhuǎn)功能的繩驅(qū)動裝置;所述的臂關(guān)節(jié)軸承端蓋固定在機(jī)械臂上，同時與深溝球軸承的外圈相配合；所述的角度傳感器設(shè)置在同步帶輪軸內(nèi)，其殼體與傳感器容納孔間隙配合，同時殼體頂部與臂關(guān)節(jié)軸承端蓋固定連接，所述角度傳感器的輸出軸與傳感器輸出軸連接孔固定連接。
[0004]本方案所述繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)利用連接鋼絲繩的同步帶帶動同步帶輪軸旋轉(zhuǎn)，同步帶輪軸的軸端固定在機(jī)械臂連接夾塊上，將動力傳至下一機(jī)械臂，帶動下一機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)。同步帶輪軸分別由兩個滾珠軸承支撐在臂關(guān)節(jié)軸承端蓋和機(jī)械臂底板上，實現(xiàn)豎直轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸的軸向和徑向的固定，保證了帶輪軸在做旋轉(zhuǎn)運動時的平穩(wěn)性。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)正、反轉(zhuǎn)時，帶動與其相連的同步帶運動，進(jìn)而拉動同步帶輪軸旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)完成相應(yīng)方向的動作。
[0005]進(jìn)一步地，還包括內(nèi)壁與角度傳感器的殼體緊密配合、外壁與傳感器容納孔間隙配合的柱狀傳感器保護(hù)套，所述傳感器保護(hù)套的頂部與臂關(guān)節(jié)軸承端蓋固定連接，底部居中設(shè)置有與所述角度傳感器的輸出軸間隙配合的階梯孔。
[0006]進(jìn)一步地，所述的傳感器保護(hù)套采用可拆裝分體式結(jié)構(gòu)，其中部設(shè)置有用于安置線路的矩形槽，方便角度傳感器的拆裝。
[0007]進(jìn)一步地，所述的傳感器保護(hù)套底部偏置地設(shè)置有通過沉頭螺釘連接同步帶輪軸的沉頭螺釘孔，使角度傳感器固定更加牢靠。
[0008]進(jìn)一步地，所述的同步帶輪軸上沿轉(zhuǎn)動軸線垂直方向設(shè)置有第一內(nèi)螺紋通孔，所述第一內(nèi)螺紋通孔內(nèi)配合設(shè)置有用于固定所述角度傳感器的輸出軸的平頭緊定螺釘，進(jìn)一步保證角度傳感器的輸出軸與同步帶輪軸的固定連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述的同步帶的長度至少為帶輪端圓周長的1.5倍。保證水平轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0010]進(jìn)一步地，所述的軸端上設(shè)置有平槽，所述機(jī)械臂連接夾塊側(cè)面沿水平方向開有第二內(nèi)螺紋通孔，所述第二內(nèi)螺紋通孔內(nèi)配合設(shè)置有用于固定連接所述軸端的平頭緊定螺釘。該孔與其軸線方向通孔相交，緊定螺釘從內(nèi)螺紋通孔中擰入，以固定同步帶輪軸，實現(xiàn)軸端和所述機(jī)械臂連接夾塊之間的動力傳遞，繼而帶動與之連接的機(jī)械臂轉(zhuǎn)動。
[0011]進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂連接夾塊包括機(jī)械臂上夾塊和機(jī)械臂下夾塊，所述的機(jī)械臂上夾塊中部沿豎直方向設(shè)置有與軸端配合的帶輪軸連接通孔，兩側(cè)面設(shè)置有用于連接機(jī)械臂底板的連接螺孔，所述機(jī)械臂下夾塊的上部延豎直方向開有與軸端配合的帶輪軸連接沉孔，底部開有與第二十字沉頭螺釘配合的第二沉頭通孔，兩側(cè)面設(shè)置有用于連接機(jī)械臂底板的連接螺孔，所述機(jī)械臂上夾塊和機(jī)械臂下夾塊配合平面上分別設(shè)置兩段相互平行的階梯半圓槽，鋼絲繩套管從外部穿入直徑較大的半圓槽并由其固定，鋼絲繩從套管中穿出，通過直徑較小的半圓槽驅(qū)動下一個關(guān)節(jié)運動。
[0012]進(jìn)一步地，所述的階梯半圓槽的間距與帶輪端的直徑相匹配。
[0013 ] 進(jìn)一步地，所述鋼絲繩套管由外至內(nèi)包括外壁塑膠層及編織鋼絲繩層。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果:
本繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，驅(qū)動形式選用同步帶拉動同步帶輪旋轉(zhuǎn)，靠同步帶齒與同步帶輪齒之間的嚙合實現(xiàn)傳動，兩者無相對滑動，而使圓周速度同步。運行平穩(wěn)，傳動比恒定，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。
[0015]主要部件采用模塊化復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，同步帶輪軸將同步帶輪和關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)主軸結(jié)合起來，簡化了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，由于零件的減少提高了運行效率。同步帶輪軸設(shè)計有與滾珠軸承內(nèi)圈配合的臺階面，帶輪端由兩個滾珠軸承支撐，實現(xiàn)豎直轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸的軸向和徑向的固定。同步帶輪軸旋轉(zhuǎn)時，軸頸上兩個滾珠軸承內(nèi)圈同步旋轉(zhuǎn)，減少了摩擦阻力。
[0016]使用由拉線鋼絲繩和拉線套筒構(gòu)成的拉線，將套筒的端部固定，驅(qū)動電機(jī)帶動拉線鋼絲繩在拉線套筒中移動來達(dá)到傳動目的。一個關(guān)節(jié)的運動不會對其它關(guān)節(jié)產(chǎn)生影響，避免了繩驅(qū)動中關(guān)節(jié)運動耦合的問題。
[0017]在同步帶輪軸旋轉(zhuǎn)軸線方向加裝角度傳感器，角度傳感器軸由緊定螺釘固定在同步帶輪軸軸線通孔中。當(dāng)同步帶輪軸帶動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時，角度傳感器軸與其同步旋轉(zhuǎn)，可以精準(zhǔn)的記錄關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，便于控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器傳回的數(shù)據(jù)調(diào)整關(guān)節(jié)位姿，實現(xiàn)精確控制。角度傳感器外加裝分型式的角度傳感器保護(hù)套，實現(xiàn)對角度傳感器保護(hù)的同時又便于拆裝。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施方式中一種繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為圖1中同步帶輪軸的主視示意圖。
[0020]圖3為圖1中同步帶輪軸的左視示意圖。
[0021]圖4為圖1中同步帶輪軸的剖視示意圖。
[0022]圖5為圖1中臂關(guān)節(jié)軸承端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為圖1中機(jī)械臂上/下夾塊的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖7為圖1中機(jī)械臂下夾塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖8為圖1中角度傳感器保護(hù)套的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖9為圖1中角度傳感器保護(hù)套的局域結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中所示為:1-同步帶輪軸;2-臂關(guān)節(jié)軸承端蓋;3-第一十字沉頭螺釘;4-傳感器保護(hù)套;5-角度傳感器;6-深溝球軸承;7-帶輪小端墊圈;8-同步帶;9-帶輪大端墊圈；10-角接觸球軸承；11-第一平頭緊定螺釘；12-機(jī)械臂上夾塊；13-第二平頭緊定螺釘；14-第三平頭緊定螺釘；15-機(jī)械臂下夾塊；16-第二十字沉頭螺釘；17-帶輪端；18-平槽；19-軸端;20-第一內(nèi)螺紋通孔;21-保護(hù)套容納孔;22-傳感器輸出軸連接孔;23-十字沉頭螺釘內(nèi)螺紋孔；24-臺階面;25-第一沉頭通孔;26-帶輪軸連接通孔;27-第二內(nèi)螺紋通孔;28-鋼絲繩;29-連接螺孔;30-階梯半圓槽;31-帶輪軸連接沉孔;32-第二沉頭通孔;33-第三內(nèi)螺紋通孔;34-矩形槽;35-傳感器固定內(nèi)腔;36-階梯孔;37-第一機(jī)械臂;38-第二機(jī)械臂;39-沉頭螺釘孔。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實施不限于此。
[0029]如圖1至圖4所示，一種繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，包括同步帶輪軸1、同步帶
8、角度傳感器5、臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2、深溝球軸承6、角接觸球軸承10、設(shè)有連接孔及鋼絲繩通孔的機(jī)械臂連接夾塊，所述的同步帶輪軸I由上至下包括帶輪端17和軸端19，沿同步帶輪軸I的軸線依次設(shè)置有傳感器容納孔21、傳感器輸出軸連接孔22、十字沉頭螺釘內(nèi)螺紋孔23，所述深溝球軸承6和角接觸球軸承10內(nèi)圈分別固定在所述帶輪端17上、下部，同時，深溝球軸承6內(nèi)圈端面和帶輪端17軸肩之間設(shè)置有帶輪小端墊圈7，所述角接觸球軸承10與帶輪端17軸肩之間設(shè)置有帶輪大端墊圈9，實現(xiàn)軸承的軸向和徑向精確定位，所述的帶輪端17與同步帶8相配合，所述的軸端19與機(jī)械臂連接夾塊的連接孔固定連接;所述的同步帶8的兩端分別通過鋼絲繩28連接具正反轉(zhuǎn)功能的繩驅(qū)動裝置;所述的臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2固定在第一機(jī)械臂37上，同時與深溝球軸承6的外圈相配合，所述的臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2外圓弧面與第一機(jī)械臂37底板圓弧面配合，兩側(cè)面開有連接螺孔29，用螺釘將其固定在第一機(jī)械臂37底板上，中間開有直徑與深溝球軸承6外圈過盈配合的臺階面24，其圓心與同步帶輪軸I軸線在同一條線上，頂部中心位置開有四個第一沉頭通孔25(見圖5)，用第一十字沉頭螺釘3將傳感器保護(hù)套4與臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2聯(lián)接，臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2外延端開槽。
[0030]為了精確測量關(guān)節(jié)實時轉(zhuǎn)動角度所述的角度，傳感器5設(shè)置在同步帶輪軸I內(nèi)，其殼體與傳感器容納孔21間隙配合，同時殼體頂部與臂關(guān)節(jié)軸承端蓋2固定連接，所述角度傳感器5的輸出軸與傳感器輸出軸連接孔22通過過渡配合固定連接。
[0031 ]本實施例所述繩驅(qū)動機(jī)械臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)利用連接鋼絲繩的同步帶8帶動同步帶輪軸旋轉(zhuǎn)，同步帶輪軸I的軸端19固定在機(jī)械臂連接夾塊上，將動力傳至第二機(jī)械臂38，帶動第二機(jī)械臂38旋轉(zhuǎn)。帶輪端17采用標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格，尺寸、牙