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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107253182A(43)申请公布日2017.10.17(21)申请号201710494707.6(22)申请日2017.06.26(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人陈柏徐伟王尧尧李彬彬华达人蒋素荣缪群华吴青聪鞠锋曹燕飞(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J9/06(2006.01)B25J9/12(2006.01)B25J9/10(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图13页(54)发明名称绳索驱动多自由度串联机械臂及其驱动方法(57)摘要本发明公开了一种绳索驱动多自由度串联机械臂及其驱动方法,属于机械臂领域。该绳驱动机械臂包括基座、腰部关节单元、腰部平台、大臂单元、小臂单元、末端平台单元等。钢丝绳索一端固定于关节处从动轮,一端固定于腰部平台处的驱动单元绞盘处,实现了驱动力依靠绳索从腰部平台绞盘处传递至后端关节从动轮,从而驱动各关节单元绕各自关节轴做旋转运动。各关节驱动绳索依靠导向滑轮导向,并依次绕过前端各关节轴,通过规定的轴导向轮直径的设置,建立了一种驱动方法,实现机械臂前端任意关节转动,而末端相对世界坐标系的姿态保持不变。绳索自身柔性增加机械臂与环境接触的缓冲效果,尤其适用于对机械臂与人、环境交互安全性需求高的场合。CN107253182ACN107253182A权利要求书1/3页1.一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(1)、腰部平台(3)、大臂单元(9)、小臂单元(11)、末端平台单元(13);所述腰部平台(3)上还安装有腰部驱动单元(4)、大臂驱动单元(5)、小臂驱动单元(6)和末端驱动单元(7);上述腰部驱动单元(4)、大臂驱动单元(5)、小臂驱动单元(6)和末端驱动单元(7)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(3)通过腰部单元(2)安装于基座底板(1)上;腰部单元(2)包括和腰部转轴(204)和腰部支座(202),腰部转轴(204)的旋转轴沿竖直方向,腰部支座(202)与基座底板(1)固接,腰部转轴(204)与腰部平台(3)固联,腰部转轴(204)套于腰部支座(202)上,两者之间通过轴承相连;腰部驱动单元(4)的腰部绳索(20)两端分别绕于腰部转轴(204)并与其固定;所述腰部平台(3)上固定有一对腰部左、右侧板(302-1,302-2),腰部左右侧板之间安装有一水平布置的大臂关节转轴(901);大臂关节转轴(901)上还安装有大臂关节从动轮(8)、小臂关节滑轮(16)、第一末端关节滑轮(17-1);大臂单元(9)的下端和大臂关节从动轮(8)均与大臂关节转轴(901)固联;大臂驱动单元(5)的大臂绳索(21)两端分别绕于大臂关节从动轮(8)并与其固定;大臂单元(9)上还安装有小臂绳索张紧装置(14-1);所述小臂单元(11)的下端通过水平布置的小臂关节转轴(1101)与大臂单元的上端相连;小臂关节转轴(1101)上还安装有小臂关节从动轮(10)和第二末端关节滑轮(17-2);小臂单元(11)的下端、小臂关节从动轮(10)均与小臂关节转轴(1101)固联;小臂绳索(22)两端依次经过小臂关节滑轮(16)、小臂绳索张紧装置(14-1)后,分别绕于小臂关节从动轮(10)并与其固定;小臂单元(11)还安装有末端绳索张紧装置(14-2);所述末端平台单元(13)的下端通过水平布置的末端关节转轴(1301)与小臂单元(13)的上端相连;上述末端关节转轴(1301)上还安装有末端关节从动轮(12);末端平台单元(13)的下端、末端关节从动轮(12)均与末端关节轴固连;末端驱动单元(7)的末端绳索(23)两端依次经过第一末端关节滑轮(17-1)、第二末端关节滑轮(17-2)、末端绳索张紧装置(14-2)后,分别绕于末端关节从动轮(12)并与其固定。2.根据权利要求1所述的绳索驱动多自由度串联机械臂,其特征在于:所述小臂绳索(22)卷绕过的小臂关节滑轮(16)与小臂关节从动轮(10)直径相等;所述末端绳索(23)卷绕过的第一末端关节滑轮(17-1)、第二末端关节滑轮(17-2)与末端关节从动轮(12)直径相同;所述小臂绳索(22)、末端绳索(23)与小臂绳索绞盘(602)、末端绳索绞盘(702)构成的卷绕回路中,不存在交叉。3.根据权利要求1所述的绳索驱动多自由度串联机械臂,其特征在于:所述的小臂绳索张紧装置(14-1)和末端绳索张紧装置(14-2)结构如下,包括基板(1410)和左、右两个张紧臂(1404-1,1404-2);基板(1410)上设置有