繩索驅(qū)動連續(xù)機器人的制作方法

繩索驅(qū)動連續(xù)機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，包括：安裝在基座上的第一級離散關(guān)節(jié)、第一級連續(xù)關(guān)節(jié)、第二級離散關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)依次串聯(lián)形式連接；該第一級離散關(guān)節(jié)和第二級離散關(guān)節(jié)分別具有一個旋轉(zhuǎn)自由度，該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)分別具有兩個彎曲自由度。本發(fā)明提供的種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，采用電機驅(qū)動與繩索傳動構(gòu)成的關(guān)節(jié)運動方式，作為對工業(yè)機器人的傳動驅(qū)動方式的補充，能有效降低機器人的制造成本，且有效提高了傳統(tǒng)工業(yè)機器人對多障礙物作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性。
【專利說明】繩索驅(qū)動連續(xù)機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)型機器人類，更具體地說，它涉及一種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著工業(yè)機器人在諸如機械制造、交通輸運、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，其工作環(huán)境存在各種障礙物，限制了機器人運動能力。另外，工業(yè)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?zhí)枮?2145863.4，名稱為多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人等公開文件中雖然有多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人的報道，但均采用電機驅(qū)動，由高精度減速機傳動的運動結(jié)構(gòu)方式，制造成本高，嚴重阻礙工業(yè)機器人的普及應(yīng)用，迫切需要研制具有新型傳動與運動形式的關(guān)節(jié)型機器人用于該問題的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的特征和優(yōu)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(fā)明而學(xué)習(xí)。
[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，包括:安裝在基座上的第一級離散關(guān)節(jié)、第一級連續(xù)關(guān)節(jié)、第二級離散關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)依次串聯(lián)形式連接；該第一級離散關(guān)節(jié)和第二級離散關(guān)節(jié)分別具有一個旋轉(zhuǎn)自由度，該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)分別具有兩個彎曲自由度。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一級離散關(guān)節(jié)由第一級離散步進電機、聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，該第一級離散步進電機的輸出軸串聯(lián)到該聯(lián)軸器上，通過該聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)動副做旋轉(zhuǎn)運動。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)包括第一上固定圓盤、第一下固定圓盤，位于兩者之間的第一驅(qū)動繩索和第一彈性體以及位于該基座上的第一級連續(xù)步進電機；該第一驅(qū)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，并纏繞在該第一級連續(xù)步進電機的輪轂上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)的第一上固定圓盤設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供該第一驅(qū)動繩索穿過。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第一驅(qū)動繩索為3條；該第一級連續(xù)步進電機為3個。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)中第一彈性體的曲線切向相垂直。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二級離散關(guān)節(jié)由安裝在該基座上兩個第二級離散步進電機、兩條第二驅(qū)動繩索和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成；該第二驅(qū)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(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)包括第二上固定圓盤、第二下固定圓盤，位于兩者之間的第二驅(qū)動繩索和第二彈性體以及位于該基座上的第二級連續(xù)步進電機，該第二驅(qū)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，并纏繞在該第二級連續(xù)步進電機的輪轂上。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)的第二上固定圓盤設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供該第二驅(qū)動繩索穿過。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該的第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)中第二彈性體的曲線切向相垂直。
[0014]本發(fā)明針對傳統(tǒng)的工業(yè)機器人成本高，且不能用于多障礙物工作環(huán)境的問題，提供一種由電機驅(qū)動、繩索傳動的連續(xù)機器人機構(gòu)，進一步提升傳統(tǒng)工業(yè)機器人的作業(yè)能力和降低制造成本，增加工業(yè)機器人對多障礙物作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性。
[0015]通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些技術(shù)方案的特征和內(nèi)容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面通過參考附圖并結(jié)合實例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內(nèi)容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中:
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例的第一級離散關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例的第一級連續(xù)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例的第二級離散關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明實施例的第二級連續(xù)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的特征和優(yōu)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(fā)明而學(xué)習(xí)。
[0023]為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，包括:安裝在基座5上的第一級離散關(guān)節(jié)60、第一級連續(xù)關(guān)節(jié)70、第二級離散關(guān)節(jié)80和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)90依次串聯(lián)形式連接；該第一級離散關(guān)節(jié)60和第二級離散關(guān)節(jié)80分別具有一個旋轉(zhuǎn)自由度，該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)70和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)90分別具有兩個彎曲自由度，即本發(fā)明提供的繩索驅(qū)動連續(xù)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(guān)節(jié)60由第一級離散步進電機14、聯(lián)軸器15和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，該第一級離散步進電機14的輸出軸串聯(lián)到聯(lián)軸器15上，通過該聯(lián)軸器15帶動轉(zhuǎn)動副做旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，第一級離散關(guān)節(jié)60由第一級離散步進電機14通過聯(lián)軸器15直接驅(qū)動。
[0025]請同時參照圖3,該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)70包括第一上固定圓盤18、第一下固定圓盤11，位于兩者之間的第一驅(qū)動繩索17和第一彈性體16以及位于該基座5上的第一級連續(xù)步進電機2、6、10 ;該第一驅(qū)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，并纏繞在第一級連續(xù)步進電機2、6、10的輪轂上，在第一級連續(xù)步進電機轉(zhuǎn)動時，會帶動輪轂8拉動驅(qū)動繩索17，從而實現(xiàn)彈性體16的彎曲運動。[0026]在本實施例中，第一驅(qū)動繩索17為3條；第一級連續(xù)步進電機為3個即2、6、10。且第一級連續(xù)關(guān)節(jié)70的第一上固定圓盤18上設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供該第一驅(qū)動繩索17穿過，在第一彈性體16處于自由狀態(tài)時，同一根第一驅(qū)動繩索穿過的圓盤上的圓孔在同一平面內(nèi)。
[0027]請參照圖4，該第二級離散關(guān)節(jié)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(qū)動繩索19和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成；該第二驅(qū)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(zhuǎn)動副做旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成拉動繩索的線運動。在本實施例中，該第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與該第一級連續(xù)關(guān)節(jié)中第一彈性體的曲線切向相垂直。所以第二級離散關(guān)節(jié)80是由第二級離散步進電機3、7通過第二驅(qū)動繩索19拉動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。
[0028]請參照圖5，該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)90包括第二上固定圓盤21、第二下固定圓盤13，位于兩者之間的第二驅(qū)動繩索22和第二彈性體20以及位于該基座上的第二級連續(xù)步進電機
1、4、9，該第二驅(qū)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，并纏繞在該第二級連續(xù)步進電機1、4、9的輪轂上。第二級連續(xù)步進電機轉(zhuǎn)動時通過輪轂8拉動第二驅(qū)動繩索22，實現(xiàn)第二彈性體20的彎曲運動。該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)90的第二上固定圓盤21設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供第二驅(qū)動繩索20穿過，在第二彈性體20處于自由狀態(tài)時，同一根第二驅(qū)動繩索穿過的圓盤上的圓孔在同一平面內(nèi)。在本實施例中，第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與該第二級連續(xù)關(guān)節(jié)中第二彈性體的曲線切向相垂直。
[0029]可見在本發(fā)明中，第一級連續(xù)關(guān)節(jié)70和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)90分別由步進電機、彈性體以及三根驅(qū)動繩索構(gòu)成，彈性體作為骨架支持關(guān)節(jié)，三根驅(qū)動繩索與對應(yīng)的3個步進電機構(gòu)成驅(qū)動單元。第一級連續(xù)關(guān)節(jié)的繩索通過第一級離散關(guān)節(jié)到達位于基座上的步進電機。步進電機拉動繩索，改變繩索長度，從而使得彈性體發(fā)生彎曲，實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動。也就是說，當(dāng)三根驅(qū)動繩索的長度相等時，關(guān)節(jié)不產(chǎn)生運動，當(dāng)其中有驅(qū)動繩索在步進電機驅(qū)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(xiàn)彎曲動作，實現(xiàn)關(guān)節(jié)的運動。
[0030]上述繩索驅(qū)動連續(xù)機器人具體運動過程如下:對于運動空間的某一點，首先驅(qū)動第一級離散關(guān)節(jié)的第一級離散步進電機轉(zhuǎn)動，第一級離散關(guān)節(jié)的輸出軸帶動第一級連續(xù)關(guān)節(jié)和第二級離散關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過一定角度。然后用第一級連續(xù)步進電機拉動第一級連續(xù)關(guān)節(jié)的第一驅(qū)動繩索，使第一彈性體彎曲，改變關(guān)節(jié)的位姿。然后用第二級離散電機拉動第二級離散關(guān)節(jié)的第二驅(qū)動繩索，使得第二級離散關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過一定角度，同時帶動第二級連續(xù)關(guān)節(jié)運動。再使用第二級連續(xù)步進電機拉動第二級連續(xù)關(guān)節(jié)的第二驅(qū)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(xiàn)對該點物體的抓取。
[0031]本發(fā)明提供的種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，采用電機驅(qū)動與繩索傳動構(gòu)成的關(guān)節(jié)運動方式，作為對工業(yè)機器人的傳動驅(qū)動方式的補充，能有效降低機器人的制造成本，且有效提高了傳統(tǒng)工業(yè)機器人對多障礙物作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性。
[0032]以上參照【專利附圖】

【附圖說明】了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)，可以有多種變型方案實現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，包括:安裝在基座上的第一級離散關(guān)節(jié)、第一級連續(xù)關(guān)節(jié)、第二級離散關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)依次串聯(lián)形式連接；所述第一級離散關(guān)節(jié)和第二級離散關(guān)節(jié)分別具有一個旋轉(zhuǎn)自由度，所述第一級連續(xù)關(guān)節(jié)和第二級連續(xù)關(guān)節(jié)分別具有兩個彎曲自由度。
2.如權(quán)利要求1所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第一級離散關(guān)節(jié)由第一級離散步進電機、聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，所述第一級離散步進電機的輸出軸串聯(lián)到所述聯(lián)軸器上,通過所述聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)動副做旋轉(zhuǎn)運動。
3.如權(quán)利要求1所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第一級連續(xù)關(guān)節(jié)包括第一上固定圓盤、第一下固定圓盤，位于兩者之間的第一驅(qū)動繩索和第一彈性體以及位于所述基座上的第一級連續(xù)步進電機；所述第一驅(qū)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，并纏繞在所述第一級連續(xù)步進電機的輪轂上。
4.如權(quán)利要求3所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第一級連續(xù)關(guān)節(jié)的第一上固定圓盤設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供所述第一驅(qū)動繩索穿過。
5.如權(quán)利要求3所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第一驅(qū)動繩索為3條；所述第一級連續(xù)步進電機為3個。
6.如權(quán)利要求3所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與所述第一級連續(xù)關(guān)節(jié)中第一彈性體的曲線切向相垂直。
7.如權(quán)利要求1所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第二級離散關(guān)節(jié)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(qū)動繩索和轉(zhuǎn)動副構(gòu)成；所述第二驅(qū)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(quán)利要求1所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第二級連續(xù)關(guān)節(jié)包括第二上固定圓盤、第二下固定圓盤，位于兩者之間的第二驅(qū)動繩索和第二彈性體以及位于所述基座上的第二級連續(xù)步進電機，所述第二驅(qū)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，并纏繞在所述第二級連續(xù)步進電機的輪轂上。
9.如權(quán)利要求8所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述第二級連續(xù)關(guān)節(jié)的第二上固定圓盤設(shè)有均勻分布的圓孔，用于供所述第二驅(qū)動繩索穿過。
10.如權(quán)利要求8所述的繩索驅(qū)動連續(xù)機器人，其特征在于，所述的第二級離散關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸心線與所述第二級連續(xù)關(guān)節(jié)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(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)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(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院, 常州市先進制造技術(shù)研究所