[发明专利]一种绳驱动多关节机器人单元机构

说明书

本发明为一种绳驱动多关节机器人，专利属于多关节机器人技术研究领域。主要解决当今主流关节机械臂以下问题：1.采用电机，减速机，传送带等部件造成的体积大，“不能小”的问题。2.采用电机和减速机造成的关节荷重大，关节增加有限制，“不能多”的问题。3.关节电机，减速机多，元件贵，“不能省”的问题。技术方案：关节单元采取在穿线滑轮上面固定机械臂的方式，钢绳固定在滑轮上，拉动关节转动，带动小臂摆动。关节单元分水平平面转动垂直转动两种。水平平面转动关节，滑轮面与小臂面平行，在平行平面上运动，2关节以上到达平面任意点位置。一种垂直平面运动，滑轮面与小臂垂直，在垂直面运动，与平面运动组合，到达球面任意点位置。

技术领域

本发明属于关节机器人领域，具体为一种绳驱动，多维，多关节的机器人运动机构。

背景技术

目前机械臂多采取电机，减速机，旋转关节轴组成，这种机构要求电机安装在关节部位，荷重大，外观不流畅，不利于多样化外观设计。同时精度要求相当高，只适用于高要求工业场合，不利于批量生产和平民化。

目前已经公开的资料中，陶俊，袁建军等人的《用于机械臂的钢丝绳传动机构，公开号CN1995777A》对钢丝绳传动进行了有益的探索,未应用于机械臂，庄德胜的《一种绳驱动的多关节机器人》提供完整的解决方案，偏重于一种具体的应用的实用新型，未能普遍适用所有领域，不能发挥绳驱动机构的灵活性和多样性。

本发明针对绳驱动多关节机构采取多维度，提出一种自由组合的机构单元，可采用多种组合，适应所有工业与民用领域，如管道，医疗，仿人等领域提供多样化设计单元，适应不同应用场合，同时大大降低机器人的成本，实现机器人民用化。

发明内容

本发明目的在于提供一种多关节单元及其组合方式，解决民用机器人的标准化，小型化，多样化与低成本的问题。

本发明的技术方案是：

机械臂基本组合是由z关节单元（1），y关节单元（2），x关节单元（3）,手掌（4）组成，每个轴臂都由关节和手臂组成。

关节单元由滚轮(201)，手臂(202) 和导线柱 (203)组成，拉动绑定在滚轮圆周上的点的超过1圈的钢绳(901902)，手臂就会在平面上转动，活动范围±180度，覆盖整个圆周。手臂上带一个或两个安装杆(105)，装在滚轮圆周上，让手臂随着关节做大圆周运动，按笛卡尔坐标确定手指位置。

X关节单元（3）与Y关节单元（2）是一样的结构，导线柱与关节垂直。Z关节单元（1）与XY单元不一样的是，Z单元的关节与XY关节平面垂直，而且，XY关节（201）与手臂连接杆（204）与穿线孔垂直，而Z单元关节（101）与手臂连接杆（104）与穿线孔平行或成一直线。两种单元方式，组合，形成互相垂直的两个平面的球面运动。

机械臂基本组合由手指，Rθ平面XY两轴活动单元和垂直该平面的Z轴Rθ面活动单元组成。手掌部分（4）由手掌关节单元（401，402）和手指部分(403，404)组成，由带滚轮上，下两手指(404)转动，装在平面活动单元末端。上下两手指由钢绳驱动手掌左右两个滑轮转动带动，一左一右两个滑轮，一正一反，相向运动，带动上下两个手指上下相向运动，夹取物品。

机械手基本单元由平面运动单元与球面运动关节两部分组成。平面运动单元由两个Rθ轴运动的关节组成，各由一个基本单元带动，按笛卡尔坐标运动，到达两个运动臂组成的面域的任意点位置。两个运动臂又安装在垂直于运动臂平面转动的关节上，沿着球面运动，半径为手指到z轴根部距离，球面半径可以由调节平面运动Rθ来调节。

穿绳方案有石墨滑动直接穿绳方式和V槽滑轮穿绳方式两种。