[发明专利]一种双钢丝绳驱动的机械臂大角度可控回转式关节装置

说明书

技术领域

本发明属于机械臂关节技术领域，具体涉及双钢丝绳驱动的机械臂大角度可控回转式关节装置。

背景技术

现有的机械臂通常由多级关节串接而成，并作为末端操作器的支撑部件，多用于远端操控、目标检测等多自由度位姿及避障应用的场合。机械臂的可控回转式关节结构是决定机械臂末端定位精度以及空间运动能力的关键要素。

在狭小纵深运动空间内，对机械臂的避障能力要求较高，为减轻多级串接机械臂的自重以提高其末端携载能力，到目前为止将钢丝绳用于关节驱动已有较多应用，主要利用钢丝绳缠绕在驱动轮或驱动轴上的方式，依靠钢丝绳与驱动轮或驱动轴之间缠绕部分的摩擦力传递动力，由于钢丝绳缠绕部分与驱动轮或驱动轴之间存在相对滑转，钢丝绳的传递效率不高，关节控制精度低，因此需要足够的钢丝绳预紧力以提高钢丝绳的传递效率，且对钢丝绳预紧装置的要求较高。

中国专利申请公开号CN 101323110A提出的一种机械臂的大角度回转式关节机构，其中第一钢丝轮盘、第三钢丝轮盘和第一关节轴分别固定安装在第一臂的根部，第二钢丝轮盘、第四钢丝轮盘和第二关节轴分别固定安装在第二臂的根部，关节轴连杆安装在第一关节轴和第二关节轴上，可分别沿第一关节轴和第二关节轴的轴线自由转动。第一钢丝绳至第四钢丝绳分别缠绕在第一钢丝轮盘至第四钢丝轮盘的U型凹槽上，缠绕后呈8字形状并且保持张紧状态。该结构虽然可以实现关节接近正负180度的大角度回转，但这种关节不具有主动运动功能，其利用钢丝绳与钢丝绳轮间的摩擦力传递动力，传递效率低，且难以实现四根钢丝绳预紧力调节的一致性。

中国专利公告号CN 100443770C所介绍的一种用于机械臂的钢丝绳传动机构，大臂和小臂的横截面都为中空筒状；小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过轴承安装在大臂根部，大臂驱动轴固定在大臂根部，与小臂驱动轴保持同轴；小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，与小臂根部固定连接，两端通过轴承安装在大臂顶部，钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间并且保持张紧状态，钢丝绳的端部固定在小臂上；钢丝绳张紧装置整体安装在大臂内部、小臂驱动轴和小臂从动轴之间，通过调整螺栓与张紧调整棒之间的拉力与钢丝绳传动过程的有效张力相平衡实现钢丝绳有效张力的调整。该机构的钢丝绳缠绕在小臂驱动轴和小臂从动轴的V形槽之间，通过静摩擦力带动小臂相对于大臂转动，小臂驱动轴与钢丝绳缠绕部分之间存在相对滑转，钢丝绳的传递效率不高，关节控制精度低，并且其钢丝绳张紧装置整体安装在大臂内部，调节不方便，由于张紧调整棒与钢丝绳之间存在摩擦消耗大，钢丝绳传递效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种双钢丝绳驱动的机械臂大角度可控回转式关节装置，以解决钢丝绳与关节驱动轮或驱动轴之间的滑转问题，减小钢丝绳预紧过程中的摩擦损耗，提高钢丝绳传递效率和关节的控制精度。

本发明双钢丝绳驱动的机械臂大角度可控回转式关节装置，其特征在于：

钢丝轮盘的盘面开有沿圆周均布的盘面通孔，钢丝轮盘的轮缘内开有并列的两道截面为U形的凹槽用来分别缠绕左旋钢丝绳和右旋钢丝绳，每个U形凹槽底部均开有与盘面通孔相通的凹槽通孔；

左旋钢丝绳和右旋钢丝绳的一端均压制有钢丝绳球头，球头直径大于凹槽通孔的直径且小于盘面通孔的直径，左旋钢丝绳和右旋钢丝绳分别经由盘面通孔穿过凹槽通孔，钢丝绳球头卡在盘面通孔与凹槽通孔交接处，关节运动过程中钢丝绳预紧后与钢丝轮盘保持相对固定；

钢丝轮盘的转轴两端各有一个凸缘，分别与前级机械臂的上、下凸台固定连接，凸缘的外侧面位于钢丝轮盘的转轴轴心处开有型腔，角度传感器的非输出轴一端固定在型腔的底部，角度传感器的输出轴端部开有矩形凹槽，角度传感器的输出轴与钢丝轮盘的转轴保持同轴关系；

前级机械臂和后级机械臂均采用中空筒状的机械臂，每级机械臂的端部平行于机械臂长度方向对称设有相互平行的上、下两个凸台，后级机械臂的上、下凸台的内侧面间距大于前级机械臂的上、下凸台的外侧面间距，前级机械臂的上、下凸台的外侧面位于后级机械臂的上、下凸台的内侧面之间，前级机械臂的上、下凸台外侧面有同轴心的轴承座孔，分别与第一轴承和第二轴承的外圈配合，轴承座孔底部开有与轴承座孔同轴心的轴承通孔，轴承通孔直径大于第一轴承或第二轴承的内圈直径，后级机械臂上、下凸台有同轴心的通孔，分别与第一转轴和第二转轴配合；