[实用新型]绳索驱动多自由度串联机械臂

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多关节机械臂技术领域，特别是涉及一种绳索驱动的、关节耦合的绳索驱动多自由度串联机械臂。

背景技术

目前，传统多自由度串联机械臂多采用液压、电机驱动，且驱动系统安装在机械臂关节处，各关节的驱动单元又成为下一级关节的负载，存在结构复杂、体积重量大、转动惯量大、系统柔性差、负载自重比低等缺点，限制了机械臂的承载能力、高速运动和快速响应能力。传统机械臂的高刚性、大惯量，使得不得不考虑人-机器、环境-机器之间交互的安全性。此外，为了克服传统机械臂存在的缺点，提高系统的负载自重比，提升系统的安全性能，提出一种绳索驱动多自由度串联机械臂。绳索能容易地实现在任意路径实现拉力的传递，因此可以将传统机械臂关节上的驱动电机安装后置于基座位置，利用绳索的自由走线配置，将驱动力传至关节处，实现机械臂关节的运动。驱动机构后置，能极大地减小机械臂的重量、降低关节惯量，结构简单，易于实现，同时系统的负载自重比得到了提升。但是，关节绳索之间的耦合现象又不可避免，这是实现机械臂运动首要解决的问题。

通过对现有公开技术文献检索发现，上海交通大学的陶俊等人的专利(公开号：CN1995777A，名称：用于机械臂的钢丝绳传动机构)及相关论文《钢丝绳传动四自由度机械臂的机构设计》、《钢丝绳传动5自由度机器人的机构设计》等对钢丝绳索传动机构进行了有益探索，但是其设计的多自由度机械臂，也只实现单个关节的绳索驱动，其余关节依旧依靠电机直接驱动的方式，无法更好地发挥绳索驱动方式的优点，且在多关节绳驱的机械臂上的推广存在缺陷。华南理工大学的张勤等人的专利(专利公布号：CN102672715A，名称：一种助残/助老用绳驱动机械臂)，公布了一种助残/助老用绳驱动机械臂，将各个转动关节的驱动电机都安装在底座驱动箱内，采用套筒-绳索传动方式，实现了各个关节驱动单元的后置，虽然避免了各个转动关节驱动绳索的耦合现象，但是绳索与套筒之间的摩擦带来了死区、间隙、迟滞等诸多非线性特性，机械臂的控制精度、动态特性、驱动效率难以保证。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种绳索驱动多自由度串联机械臂，解决了多关节机械臂中绳索传动、布置、张紧等问题，并为关节驱动绳索耦合问题提供了简单、有益的解决方法。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种绳索驱动多自由度串联机械臂，其特征在于：

包括基座底板、腰部平台、大臂单元、小臂单元、末端平台单元；

所述腰部平台上还安装有腰部驱动单元、大臂驱动单元、小臂驱动单元和末端驱动单元；上述腰部驱动单元、大臂驱动单元、小臂驱动单元和末端驱动单元均由电机、联轴器、绳索绞盘及绕于绳索绞盘上的绳索组成；

所述腰部平台通过腰部单元安装于基座底板上；腰部单元包括和腰部转轴和腰部支座，腰部转轴的旋转轴沿竖直方向，腰部支座与基座底板固接，腰部转轴与腰部平台固联，腰部转轴套于腰部支座上，两者之间通过轴承相连；腰部驱动单元的腰部绳索两端分别绕于腰部转轴并与其固定；

所述腰部平台上固定有一对腰部左、右侧板，腰部左右侧板之间安装有一水平布置的大臂关节转轴；大臂关节转轴上还安装有大臂关节从动轮、小臂关节滑轮、第一末端关节滑轮；大臂单元的下端和大臂关节从动轮均与大臂关节转轴固联；大臂驱动单元的大臂绳索两端分别绕于大臂关节从动轮并与其固定；大臂单元上还安装有小臂绳索张紧装置；

所述小臂单元的下端通过水平布置的小臂关节转轴与大臂单元的上端相连；小臂关节转轴上还安装有小臂关节从动轮和第二末端关节滑轮；小臂单元的下端、小臂关节从动轮均与小臂关节转轴固联；小臂绳索两端依次经过小臂关节滑轮、小臂绳索张紧装置后，分别绕于小臂关节从动轮并与其固定；小臂单元还安装有末端绳索张紧装置；

所述末端平台单元的下端通过水平布置的末端关节转轴与小臂单元的上端相连；上述末端关节转轴上还安装有末端关节从动轮；末端平台单元的下端、末端关节从动轮均与末端关节轴固连；末端驱动单元的末端绳索两端依次经过第一末端关节滑轮、第二末端关节滑轮、末端绳索张紧装置后，分别绕于末端关节从动轮并与其固定。

绳驱动机械臂的驱动单元安装在远离各关节的腰部平台上，通过绳索连接各关节与驱动单元，传递运动和力，改变了传统机械臂将减速装置、驱动装置安装在各关节处导致机械臂整体质量大、惯量大的不足，减小了机械臂伸展部分的质量体积，降低了驱动电机的负载，有利于系统的运动性能及动态响应的提升。

所述的绳索驱动多自由度串联机械臂，其特征在于：