CN103963069A

CN103963069A - 绳索驱动连续机器人

Info

Publication number: CN103963069A
Application number: CN201410163465.9A
Authority: CN
Inventors: 赵江海; 章小建; 张志华; 方世辉; 钱文欢; 张春霞
Original assignee: CHANGZHOU XIANJIN MANUFACTURING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE; Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: CHANGZHOU XIANJIN MANUFACTURING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE; Hefei Institutes of Physical Science of CAS; Institute of Advanced Manufacturing Technology
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2014-08-06

Abstract

本发明提供一种绳索驱动连续机器人，包括：安装在基座上的第一级离散关节、第一级连续关节、第二级离散关节和第二级连续关节依次串联形式连接；该第一级离散关节和第二级离散关节分别具有一个旋转自由度，该第一级连续关节和第二级连续关节分别具有两个弯曲自由度。本发明提供的种绳索驱动连续机器人，采用电机驱动与绳索传动构成的关节运动方式，作为对工业机器人的传动驱动方式的补充，能有效降低机器人的制造成本，且有效提高了传统工业机器人对多障碍物作业环境的适应性。

Description

绳索驱动连续机器人

技术领域

本发明涉及一种关节型机器人类，更具体地说，它涉及一种绳索驱动连续机器人。

背景技术

随着工业机器人在诸如机械制造、交通输运、石油化工等领域的应用日趋广泛，其工作环境存在各种障碍物，限制了机器人运动能力。另外，工业机器人的传动部件为摆线针轮减速机与谐波减速机，虽然传动精度高，但成本高。申请号为02145863.4，名称为多关节工业机器人等公开文件中虽然有多关节工业机器人的报道，但均采用电机驱动，由高精度减速机传动的运动结构方式，制造成本高，严重阻碍工业机器人的普及应用，迫切需要研制具有新型传动与运动形式的关节型机器人用于该问题的解决。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种绳索驱动连续机器人，包括：安装在基座上的第一级离散关节、第一级连续关节、第二级离散关节和第二级连续关节依次串联形式连接；该第一级离散关节和第二级离散关节分别具有一个旋转自由度，该第一级连续关节和第二级连续关节分别具有两个弯曲自由度。

根据本发明的一个实施例，该第一级离散关节由第一级离散步进电机、联轴器和转动副构成，该第一级离散步进电机的输出轴串联到该联轴器上，通过该联轴器带动转动副做旋转运动。

根据本发明的一个实施例，该第一级连续关节包括第一上固定圆盘、第一下固定圆盘，位于两者之间的第一驱动绳索和第一弹性体以及位于该基座上的第一级连续步进电机；该第一驱动绳索的一端固定在该第一下固定圆盘上，另一端穿过该第一上固定圆盘，并缠绕在该第一级连续步进电机的轮毂上。

根据本发明的一个实施例，该第一级连续关节的第一上固定圆盘设有均匀分布的圆孔，用于供该第一驱动绳索穿过。

根据本发明的一个实施例，该第一驱动绳索为3条；该第一级连续步进电机为3个。

根据本发明的一个实施例，该第二级离散关节的旋转轴心线与该第一级连续关节中第一弹性体的曲线切向相垂直。

根据本发明的一个实施例，该第二级离散关节由安装在该基座上两个第二级离散步进电机、两条第二驱动绳索和转动副构成；该第二驱动绳索对称分布且缠绕在该第二级离散步进电机的轮毂上。

根据本发明的一个实施例，该第二级连续关节包括第二上固定圆盘、第二下固定圆盘，位于两者之间的第二驱动绳索和第二弹性体以及位于该基座上的第二级连续步进电机，该第二驱动绳索的一端固定在该第二下固定圆盘上，另一端穿过该第二上固定圆盘，并缠绕在该第二级连续步进电机的轮毂上。

根据本发明的一个实施例，该第二级连续关节的第二上固定圆盘设有均匀分布的圆孔，用于供该第二驱动绳索穿过。

根据本发明的一个实施例，该的第二级离散关节的旋转轴心线与该第二级连续关节中第二弹性体的曲线切向相垂直。

本发明针对传统的工业机器人成本高，且不能用于多障碍物工作环境的问题，提供一种由电机驱动、绳索传动的连续机器人机构，进一步提升传统工业机器人的作业能力和降低制造成本，增加工业机器人对多障碍物作业环境的适应性。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的绳索驱动连续机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例的第一级离散关节的结构示意图。

图3为本发明实施例的第一级连续关节的结构示意图。

图4为本发明实施例的第二级离散关节的结构示意图。

图5为本发明实施例的第二级连续关节的结构示意图。

具体实施方式

为克服现有技术的问题，本发明提供一种绳索驱动连续机器人，包括：安装在基座5上的第一级离散关节60、第一级连续关节70、第二级离散关节80和第二级连续关节90依次串联形式连接；该第一级离散关节60和第二级离散关节80分别具有一个旋转自由度，该第一级连续关节70和第二级连续关节90分别具有两个弯曲自由度，即本发明提供的绳索驱动连续机器人具有6个自由度。

请同时参照图2，该第一级离散关节60由第一级离散步进电机14、联轴器15和转动副构成，该第一级离散步进电机14的输出轴串联到联轴器15上，通过该联轴器15带动转动副做旋转运动。也就是说，第一级离散关节60由第一级离散步进电机14通过联轴器15直接驱动。

请同时参照图3，该第一级连续关节70包括第一上固定圆盘18、第一下固定圆盘11，位于两者之间的第一驱动绳索17和第一弹性体16以及位于该基座5上的第一级连续步进电机2、6、10；该第一驱动绳索17的一端固定在第一下固定圆盘11上，另一端穿过第一上固定圆盘18，并缠绕在第一级连续步进电机2、6、10的轮毂上，在第一级连续步进电机转动时，会带动轮毂8拉动驱动绳索17，从而实现弹性体16的弯曲运动。

在本实施例中，第一驱动绳索17为3条；第一级连续步进电机为3个即2、6、10。且第一级连续关节70的第一上固定圆盘18上设有均匀分布的圆孔，用于供该第一驱动绳索17穿过，在第一弹性体16处于自由状态时，同一根第一驱动绳索穿过的圆盘上的圆孔在同一平面内。

请参照图4，该第二级离散关节80由安装在基座5上两个第二级离散步进电机3、7、两条第二驱动绳索19和转动副构成；该第二驱动绳索19对称分布且缠绕在该第二级离散步进电机3、7的轮毂上。在第二级离散步进电机3、7的作用下拉动转动副做旋转运动，第二级离散步进电机3、7通过固定在其上的轮毂，将旋转运动转换成拉动绳索的线运动。在本实施例中，该第二级离散关节的旋转轴心线与该第一级连续关节中第一弹性体的曲线切向相垂直。所以第二级离散关节80是由第二级离散步进电机3、7通过第二驱动绳索19拉动实现旋转运动。

请参照图5，该第二级连续关节90包括第二上固定圆盘21、第二下固定圆盘13，位于两者之间的第二驱动绳索22和第二弹性体20以及位于该基座上的第二级连续步进电机1、4、9，该第二驱动绳索20的一端固定在该第二下固定圆盘13上，另一端穿过该第二上固定圆盘21，并缠绕在该第二级连续步进电机1、4、9的轮毂上。第二级连续步进电机转动时通过轮毂8拉动第二驱动绳索22，实现第二弹性体20的弯曲运动。该第二级连续关节90的第二上固定圆盘21设有均匀分布的圆孔，用于供第二驱动绳索20穿过，在第二弹性体20处于自由状态时，同一根第二驱动绳索穿过的圆盘上的圆孔在同一平面内。在本实施例中，第二级离散关节的旋转轴心线与该第二级连续关节中第二弹性体的曲线切向相垂直。

可见在本发明中，第一级连续关节70和第二级连续关节90分别由步进电机、弹性体以及三根驱动绳索构成，弹性体作为骨架支持关节，三根驱动绳索与对应的3个步进电机构成驱动单元。第一级连续关节的绳索通过第一级离散关节到达位于基座上的步进电机。步进电机拉动绳索，改变绳索长度，从而使得弹性体发生弯曲，实现关节运动。也就是说，当三根驱动绳索的长度相等时，关节不产生运动，当其中有驱动绳索在步进电机驱动下缩短时，圆柱形弹性体向着缩短的绳索方向弯曲。电机控制绳索拉动弹性体在空间实现弯曲动作，实现关节的运动。

上述绳索驱动连续机器人具体运动过程如下：对于运动空间的某一点，首先驱动第一级离散关节的第一级离散步进电机转动，第一级离散关节的输出轴带动第一级连续关节和第二级离散关节转过一定角度。然后用第一级连续步进电机拉动第一级连续关节的第一驱动绳索，使第一弹性体弯曲，改变关节的位姿。然后用第二级离散电机拉动第二级离散关节的第二驱动绳索，使得第二级离散关节转过一定角度，同时带动第二级连续关节运动。再使用第二级连续步进电机拉动第二级连续关节的第二驱动绳索，使第二弹性体弯曲，使得机器人到达空间中的某一点，实现对该点物体的抓取。

本发明提供的种绳索驱动连续机器人，采用电机驱动与绳索传动构成的关节运动方式，作为对工业机器人的传动驱动方式的补充，能有效降低机器人的制造成本，且有效提高了传统工业机器人对多障碍物作业环境的适应性。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种绳索驱动连续机器人，其特征在于，包括：安装在基座上的第一级离散关节、第一级连续关节、第二级离散关节和第二级连续关节依次串联形式连接；所述第一级离散关节和第二级离散关节分别具有一个旋转自由度，所述第一级连续关节和第二级连续关节分别具有两个弯曲自由度。

2.如权利要求1所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第一级离散关节由第一级离散步进电机、联轴器和转动副构成，所述第一级离散步进电机的输出轴串联到所述联轴器上，通过所述联轴器带动转动副做旋转运动。

3.如权利要求1所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第一级连续关节包括第一上固定圆盘、第一下固定圆盘，位于两者之间的第一驱动绳索和第一弹性体以及位于所述基座上的第一级连续步进电机；所述第一驱动绳索的一端固定在所述第一下固定圆盘上，另一端穿过所述第一上固定圆盘，并缠绕在所述第一级连续步进电机的轮毂上。

4.如权利要求3所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第一级连续关节的第一上固定圆盘设有均匀分布的圆孔，用于供所述第一驱动绳索穿过。

5.如权利要求3所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第一驱动绳索为3条；所述第一级连续步进电机为3个。

6.如权利要求3所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第二级离散关节的旋转轴心线与所述第一级连续关节中第一弹性体的曲线切向相垂直。

7.如权利要求1所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第二级离散关节由安装在所述基座上两个第二级离散步进电机、两条第二驱动绳索和转动副构成；所述第二驱动绳索对称分布且缠绕在所述第二级离散步进电机的轮毂上。

8.如权利要求1所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第二级连续关节包括第二上固定圆盘、第二下固定圆盘，位于两者之间的第二驱动绳索和第二弹性体以及位于所述基座上的第二级连续步进电机，所述第二驱动绳索的一端固定在所述第二下固定圆盘上，另一端穿过所述第二上固定圆盘，并缠绕在所述第二级连续步进电机的轮毂上。

9.如权利要求8所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述第二级连续关节的第二上固定圆盘设有均匀分布的圆孔，用于供所述第二驱动绳索穿过。

10.如权利要求8所述的绳索驱动连续机器人，其特征在于，所述的第二级离散关节的旋转轴心线与所述第二级连续关节中第二弹性体的曲线切向相垂直。