一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂及其搬運(yùn)方法
【專利摘要】本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂及其搬運(yùn)方法；所述的混聯(lián)機(jī)械臂，包括：基座、大臂、傳動(dòng)齒輪箱、小臂、末端執(zhí)行器、柔索驅(qū)動(dòng)器。所述搬運(yùn)方法包括7個(gè)操作步驟。有益的技術(shù)效果：本發(fā)明避免純粹串聯(lián)機(jī)械臂重量、慣量大和純粹并聯(lián)機(jī)械臂工作空間相對(duì)較小兩類問題的出現(xiàn)。本發(fā)明除腕部驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，其余所有電機(jī)都通過柔索或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移至基座上，減輕了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)部件的負(fù)載，提高了其運(yùn)動(dòng)快速性。本發(fā)明具有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和具有緩沖作用的彈簧，提高了機(jī)構(gòu)安全性、可靠性；具有七個(gè)自由度，機(jī)械臂動(dòng)作靈活、軌跡多變且工作空間大。
【專利說明】
一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂及其搬運(yùn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)械臂領(lǐng)域，具體是一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂及其搬運(yùn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械臂是各種工程機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件，在工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。機(jī)械臂作為機(jī)器人的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接影響到的是末端執(zhí)行器的位置，故其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。現(xiàn)有市場(chǎng)上可實(shí)現(xiàn)重物搬運(yùn)的機(jī)械臂多為純粹的剛性結(jié)構(gòu)，其中又以關(guān)節(jié)型機(jī)械臂此類串聯(lián)型機(jī)械臂為代表性產(chǎn)品。關(guān)節(jié)型機(jī)械臂雖具有動(dòng)作較靈活、占用空間小的優(yōu)勢(shì)，但由于其每個(gè)關(guān)節(jié)都安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而這些電機(jī)在機(jī)械臂作業(yè)時(shí)會(huì)成為傳動(dòng)負(fù)載，所以關(guān)節(jié)型機(jī)械臂具有慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積的缺點(diǎn)，無法實(shí)現(xiàn)高速重載作業(yè)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一種新興構(gòu)型，憑借高剛度、高承載能力的優(yōu)點(diǎn)，向人類社會(huì)證明了自己的潛力，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)擁有良好的應(yīng)用前景。中國專利CN20141083584900涉及一種索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)碼垛機(jī)器人，擁有柔索并聯(lián)機(jī)構(gòu)，適用于高速重載場(chǎng)合，但仍有不足之處:第一，柔索只能提供單向的驅(qū)動(dòng)力，該機(jī)構(gòu)小臂在放下時(shí)只能依靠自重，減弱了定位準(zhǔn)確性;第二，機(jī)構(gòu)不具備自鎖功能，安全性、可靠性不強(qiáng);第三，機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)量限制了其工作空間的拓展。國際專利PCT/CA2003/000987公開了一系列采用柔索的輕型并聯(lián)機(jī)械臂，由于其過度追求快速性，機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)重載作業(yè)；同時(shí)該系列機(jī)械臂也存在工作空間小的缺點(diǎn)。由此看來，純粹的串聯(lián)或并聯(lián)機(jī)構(gòu)已經(jīng)漸漸無法適應(yīng)機(jī)械高精度化、高速化的發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂及其搬運(yùn)方法;基于現(xiàn)有的索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)碼垛機(jī)器人，進(jìn)行了機(jī)械臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，旨在整合純粹的串聯(lián)或并聯(lián)機(jī)械臂各自的優(yōu)點(diǎn)，避免純粹串聯(lián)機(jī)械臂重量、慣量大和純粹并聯(lián)機(jī)械臂工作空間相對(duì)較小兩類問題的出現(xiàn)。除腕部驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，其余所有電機(jī)都通過柔索或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移至基座(即機(jī)架)上，減輕了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)部件的負(fù)載，提高了其運(yùn)動(dòng)快速性。所述機(jī)械臂采用具有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如蝸輪蝸桿)和具有緩沖作用的彈簧，提高了機(jī)構(gòu)安全性、可靠性;具有七個(gè)自由度，機(jī)械臂動(dòng)作靈活、軌跡多變且工作空間大。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的:
[0005]—種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，包括基座1000、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、末端執(zhí)行器5000、和柔索驅(qū)動(dòng)器6000。其中，
[0006]基座1000安裝在地基上。在基座(1000)內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
[0007]大臂2000呈長(zhǎng)桿狀。大臂2000的一端與基座1000活動(dòng)連接。大臂2000的另一端與傳動(dòng)齒輪箱3000的一側(cè)端面活動(dòng)連接。通過大臂2000將由基座1000內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)絺鲃?dòng)齒輪箱3000中。
[0008]傳動(dòng)齒輪箱3000的另一側(cè)端面與小臂4000的一端活動(dòng)連接。傳動(dòng)齒輪箱3000起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，將基座1000、大臂2000傳輸來的轉(zhuǎn)矩傳遞到小臂4000。
[0009]小臂4000的另一端與末端執(zhí)行器5000活動(dòng)連接。
[0010]在基座1000周圍地基上設(shè)有2個(gè)以上的柔索驅(qū)動(dòng)器6000。在傳動(dòng)齒輪箱3000與每個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000之間配有柔索。通過傳動(dòng)齒輪箱3000與柔索驅(qū)動(dòng)器6000之間的柔索、大臂2000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪箱3000運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。
[0011]在傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000間配有柔索。在傳動(dòng)齒輪箱3000與小臂4000上配有一根柔索。通過傳動(dòng)齒輪箱3000與小臂4000之間的柔索、傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000之間的柔索、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000帶動(dòng)末端執(zhí)行器5000運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。
[0012]換言之，所述基座1000安裝在機(jī)架或地面上，通過虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)與大臂2000—端相連，故大臂2000能相對(duì)于基座1000做兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)為從動(dòng)結(jié)構(gòu)。大臂2000另一端通過另一虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)齒輪箱3000相連，所述虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)為主動(dòng)結(jié)構(gòu)，大臂2000相對(duì)于基座1000的旋轉(zhuǎn)自由度由其提供。所述大臂2000具有伸縮結(jié)構(gòu)，故其還擁有一個(gè)移動(dòng)自由度。所述小臂4000安裝在傳動(dòng)齒輪箱3000上，具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述末端執(zhí)行器5000在本發(fā)明中采用吸附式結(jié)構(gòu)，安裝在小臂4000上，其上安裝的腕部電機(jī)提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述傳動(dòng)齒輪箱3000還通過三根外部驅(qū)動(dòng)柔索分別與三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000相連，具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述柔索驅(qū)動(dòng)器呈品字型分布安裝在機(jī)架(或地面)上。
[0013]采用本發(fā)明進(jìn)行高速重載物料搬運(yùn)作業(yè)的步驟如下:
[0014]步驟I: “初始化”步驟，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行初始化，確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于初始位置。
[0015]步驟2: “粗定位”步驟，下分為步驟2.1和步驟2.2兩個(gè)并列步驟。
[0016]步驟2.1:三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器通過三根外部驅(qū)動(dòng)柔索對(duì)傳動(dòng)齒輪箱實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)定位控制。
[0017]步驟2.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過正反轉(zhuǎn)控制大臂的伸/縮動(dòng)作。
[0018]步驟3: “精定位”步驟，下分為步驟3.1和步驟3.2兩個(gè)并列步驟。
[0019]步驟3.1:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂空載平移。
[0020]步驟3.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂空載提升/放下。
[0021]步驟4:“重物抓取”步驟，末端執(zhí)行器吸附住操作對(duì)象。
[0022]步驟5: “重物搬運(yùn)”步驟，下分為步驟5.1和步驟5.2兩個(gè)并列步驟。
[0023]步驟5.1:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂帶動(dòng)操作對(duì)象平移。
[0024]步驟5.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂帶動(dòng)操作對(duì)象提升/放下。
[0025]步驟6: “重物放下”步驟，吸附式末端執(zhí)行器停止工作，重物落在目標(biāo)位置，單次作業(yè)結(jié)束。
[0026]步驟7:“循環(huán)”步驟，返回第2步。
[0027]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0028]1.機(jī)構(gòu)為七自由度的混聯(lián)機(jī)械臂，工作空間大而軌跡靈活多變。機(jī)構(gòu)模塊化，分為基座、大臂、傳動(dòng)齒輪箱、小臂和柔索驅(qū)動(dòng)器五個(gè)模塊。空間位置微調(diào)時(shí)采用單獨(dú)控制，正常作業(yè)時(shí)采用聯(lián)動(dòng)控制，提高了機(jī)構(gòu)的可操作性。
[0029]2.采用了具有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如蝸輪蝸桿傳動(dòng)，提高了機(jī)構(gòu)的安全性。采用了圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，安裝于小臂與旋轉(zhuǎn)軸之間，既可以在小臂空載時(shí)協(xié)助小臂快速復(fù)位，也可以在小臂提升重物時(shí)起到緩沖作用，提高機(jī)構(gòu)的定位準(zhǔn)確性和工作安全性、可靠性。
[0030]3.靈活利用了柔索、力的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(如滑輪)和轉(zhuǎn)矩傳輸機(jī)構(gòu)(如齒輪組)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)移至基座和機(jī)架，減小了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部位的運(yùn)動(dòng)慣量，提高了快速性，適用于高速重載、高速輕載等多類場(chǎng)合，應(yīng)用范圍廣。
【附圖說明】
[0031]圖1是七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂作業(yè)時(shí)的等軸測(cè)視圖。
[0032]圖2是七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂作業(yè)時(shí)的正視圖。
[0033]圖3是七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂作業(yè)時(shí)的側(cè)視圖。
[0034]圖4是七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂作業(yè)時(shí)的俯視圖。
[0035]圖5基座機(jī)構(gòu)爆炸視圖的局部視圖。
[0036]圖6基座機(jī)構(gòu)爆炸視圖的局部視圖。
[0037]圖7基座結(jié)構(gòu)的爆炸視圖。
[0038]圖8是回轉(zhuǎn)平臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖9是大臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖10是傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖11是傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖12是傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖13是小臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖14是柔索驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖15是圖5整體結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0046]圖16是圖5內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0047]圖17是圖6所示結(jié)構(gòu)組裝在一起后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0048]圖18是圖9中第一大臂分臂2004與第二大臂分臂2007連接關(guān)系的細(xì)節(jié)圖。
[0049 ]圖19是圖12所示結(jié)構(gòu)組裝在一起后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0050]圖中:基座1000、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、末端執(zhí)行器5000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000、機(jī)架7000、重物8000、基座本體1001、第一齒輪1002、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003、端蓋1004、第二齒輪1005、第三齒輪1006、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008、離合器1009、第一傳動(dòng)軸1010、第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011、第四齒輪1012、回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013、外圈回轉(zhuǎn)支承1014、內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015、第一卷筒1016、第五齒輪1017、第一連接筒1018、薄套筒1019、第一滾動(dòng)軸承1020、第二滾動(dòng)軸承1021、過渡筒1022、第一孔用擋圈1023、第三滾動(dòng)軸承1024、第二孔用擋圈1025、第二傳動(dòng)軸1026、第一驅(qū)動(dòng)柔索1027、第一滑輪1028、第一鉚釘1029、滾動(dòng)體1030、第一^h字軸2001、第三傳動(dòng)軸2002、第二連接筒2003、第一大臂分臂2004、第二十字軸2005、第三連接筒2006、第二大臂分臂2007、防塵透明罩2008、螺旋桿2009、第四連接筒3001、頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002、基礎(chǔ)箱體3003、第二卷筒3004、第一軸用擋圈3005、蝸桿3006、第二驅(qū)動(dòng)柔索3007、右箱體3008、第二鉚釘3009、第二滑輪3010、第三滑輪3011、第三鉚釘3012、導(dǎo)向滑輪座3013、第四滾動(dòng)軸承3014、第二軸用擋圈3015、滾動(dòng)軸承座3016、左箱體3017、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018、第三軸用擋圈3019、第五滾動(dòng)軸承3020、蝸輪3021、旋轉(zhuǎn)軸3022、第四軸用擋圈3023、第一錐齒輪3024、第二錐齒輪3025、第六滾動(dòng)軸承3026、第五軸用擋圈3027、柔索套3028、關(guān)節(jié)軸承3029、第六軸用擋圈3030、外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031、內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032、第七滾動(dòng)軸承3033、第三孔用擋圈3034、第四傳動(dòng)軸3035、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001、主小臂4002、副小臂4003、第一連接軸4004、第二連接軸4005、第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006、末端執(zhí)行器安裝座4007、柔索環(huán)4008、第四滑輪6001、第四鉚釘6002、第七軸用擋圈6003、滑輪座6004、第八滾動(dòng)軸承6005、第三驅(qū)動(dòng)柔索6006、電動(dòng)絞盤6007、驅(qū)動(dòng)器本體
6008 ο
【具體實(shí)施方式】
[0051 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0052]參見圖1至4是七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂作業(yè)時(shí)的具體效果圖。
[0053]一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，包括基座1000、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、末端執(zhí)行器5000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000。
[0054]參見圖5至7和圖17，基座1000安裝在地基或機(jī)架上?；?000負(fù)責(zé)支撐大臂2000的作用。在基座(1000)內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0055]參見圖9和圖18，大臂2000呈長(zhǎng)桿狀，且具有伸縮結(jié)構(gòu)。大臂2000的一端與基座1000活動(dòng)連接。大臂2000的另一端與傳動(dòng)齒輪箱3000的一側(cè)端面活動(dòng)連接。大臂2000能夠沿其長(zhǎng)度方向伸縮運(yùn)動(dòng)。通過大臂2000將由基座1000內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)絺鲃?dòng)齒輪箱3000中。
[0056]參見圖10至12、圖15、圖16和圖19，傳動(dòng)齒輪箱3000的另一側(cè)端面與小臂4000的一端活動(dòng)連接。傳動(dòng)齒輪箱3000起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，將基座1000、大臂2000傳輸來的轉(zhuǎn)矩傳遞到小臂4000。
[0057]參見圖13，小臂4000的另一端與末端執(zhí)行器5000活動(dòng)連接。末端執(zhí)行器5000，直接執(zhí)行機(jī)械臂的各種操作和任務(wù)。
[0058]參見圖1、8和14，在基座1000周圍地基地基也可換為機(jī)架上設(shè)有2個(gè)以上的柔索驅(qū)動(dòng)器6000優(yōu)選的方案是設(shè)有3個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000。在傳動(dòng)齒輪箱3000與每個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000之間配有柔索。通過傳動(dòng)齒輪箱3000與柔索驅(qū)動(dòng)器6000之間的柔索、大臂2000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪箱3000運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。
[0059]參見圖1至4，在傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000間配有柔索。優(yōu)選的方案是，在傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000之間配有六根柔索，且傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000之間的每根柔索長(zhǎng)度互等。
[0060]在傳動(dòng)齒輪箱3000與小臂4000上配有一根柔索。
[0061 ]通過傳動(dòng)齒輪箱3000與小臂4000之間的柔索、傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000之間的柔索、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000帶動(dòng)末端執(zhí)行器5000運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。
[0062]參見圖1至4，進(jìn)一步說，通過虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)將基座1000與大臂2000的一端相連，且大臂2000自身能沿其長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)或縮短。即大臂2000能相對(duì)于基座1000做兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。大臂2000包含第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007。所述第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007之間相對(duì)移動(dòng)，即大臂2000能夠伸縮。進(jìn)一步說，基座1000與大臂2000之間虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)為從動(dòng)結(jié)構(gòu)?；?000與大臂2000之間虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)由第一連接筒1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003組成。第二連接筒2003與第一大臂分臂2004固結(jié)。所述第一大臂分臂2004內(nèi)部設(shè)有螺旋桿2009，螺旋桿2009與第二大臂分臂2007螺紋連接，螺旋桿2009、第二大臂分臂2007之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即所述第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007之間能夠相對(duì)移動(dòng)，即大臂2000能夠伸縮。
[0063]通過虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)，大臂2000的另一端與傳動(dòng)齒輪箱3000相連。進(jìn)一步說，大臂2000與傳動(dòng)齒輪箱3000之間的虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)為主動(dòng)結(jié)構(gòu)。大臂2000與傳動(dòng)齒輪箱3000之間的虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)，由第三連接筒2006、第二十字軸2005、第四連接筒3001組成。第三連接筒2006與第二大臂分臂2007固結(jié)。
[0064]所述小臂4000安裝在傳動(dòng)齒輪箱3000上。所述小臂4000具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述小臂4000包含主小臂4002和副小臂4003。
[0065]末端執(zhí)行器5000安裝在小臂4000上。進(jìn)一步說，末端執(zhí)行器5000為吸附式結(jié)構(gòu)。在末端執(zhí)行器5000上安裝的腕部電機(jī)，即其具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
[0066]傳動(dòng)齒輪箱3000通過三根柔索分別與三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000相連。即傳動(dòng)齒輪箱3000具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。傳動(dòng)齒輪箱3000內(nèi)含有一對(duì)錐齒輪和一對(duì)蝸輪蝸桿，通過傳動(dòng)齒輪箱3000內(nèi)的錐齒輪和蝸輪蝸桿改變轉(zhuǎn)矩方向。
[0067]在基座1000周圍設(shè)有3個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000。柔索驅(qū)動(dòng)器6000呈品字型分布。
[0068]結(jié)合圖1-4，針對(duì)本混聯(lián)機(jī)械臂自由度進(jìn)一步闡述如下:所述基座1000安裝在機(jī)架7000上，通過虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)與大臂2000—端相連，故大臂2000能相對(duì)于基座1000做兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)由第一連接筒1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003組成。大臂2000另一端通過另一虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)齒輪箱3000相連，該虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)為主動(dòng)結(jié)構(gòu)，由第三連接筒2006、第二十字軸2005、第四連接筒3001組成，而由第一連接筒
1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003組成的虎克鉸鏈?zhǔn)菑膭?dòng)結(jié)構(gòu)，兩者中主動(dòng)虎克鉸鏈賦予了大臂2000兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，從動(dòng)虎克鉸鏈不增加機(jī)械臂的自由度。所述大臂2000具有伸縮結(jié)構(gòu)，具體體現(xiàn)是第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007的相對(duì)移動(dòng)，故其還擁有一個(gè)移動(dòng)自由度。所述小臂4000安裝在傳動(dòng)齒輪箱3000上，具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度:沿加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018軸線的旋轉(zhuǎn)、沿圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001軸線的旋轉(zhuǎn)。所述末端執(zhí)行器5000在本發(fā)明中采用吸附式結(jié)構(gòu)，工作時(shí)通過吸附對(duì)重物8000進(jìn)行“抓取”，其通過第一連接軸4004、第二連接軸4005安裝在小臂4000上，其上安裝的腕部電機(jī)即第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述傳動(dòng)齒輪箱3000還通過三根外部驅(qū)動(dòng)柔索即第三驅(qū)動(dòng)柔索6006分別與三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000相連，具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。所述柔索驅(qū)動(dòng)器6000呈品字型分布安裝在機(jī)架7000 上。
[0069]所述基座1000安裝在機(jī)架7000上，主要起支撐和安裝部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用，基座1000上總計(jì)安裝有四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)?？紤]到機(jī)械臂的作業(yè)環(huán)境，基座1000安裝平面與水平面的夾角設(shè)置為四十五度，有效地?cái)U(kuò)大有效工作空間。
[0070]所述傳動(dòng)齒輪箱3000處于整個(gè)機(jī)構(gòu)的最上方，具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，是連接大臂2000與小臂4000的關(guān)鍵部件。傳動(dòng)齒輪箱3000中分別設(shè)有一對(duì)錐齒輪和一對(duì)蝸輪蝸桿，以此改變轉(zhuǎn)矩方向滿足需求。此處機(jī)構(gòu)盡量采用了蝸桿傳動(dòng)等具有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，防止機(jī)構(gòu)在閑置時(shí)亂竄，提高機(jī)構(gòu)安全性。所述傳動(dòng)齒輪箱3000通過一根加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018與小臂4000相連，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018軸線與傳動(dòng)齒輪箱3000安裝平面的夾角為四十五度。
[0071]所述小臂4000分為主小臂4002和副小臂4003，安裝在加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018上，具有兩個(gè)自由度。小臂4000與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018之間安裝有圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，既可以在小臂4000空載時(shí)協(xié)助小臂4000的復(fù)位動(dòng)作，也可以在小臂4000提升重物8000時(shí)起到一定緩沖作用，提高機(jī)構(gòu)的可靠性。小臂4000最前端連接有末端執(zhí)行器安裝座4007，設(shè)有腕部驅(qū)動(dòng)電機(jī)以驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器5000的回轉(zhuǎn)自由度。同時(shí)為了保持機(jī)械臂末端執(zhí)行器5000的軸線與地面始終垂直，小臂4000的機(jī)構(gòu)利用了 “平行四邊形”原理，末端執(zhí)行器5000軸線與旋轉(zhuǎn)軸軸線始終平行?！捌叫兴倪呅巍钡南嗷ヱ詈献饔?，增加了整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)的剛度，減小了系統(tǒng)在啟動(dòng)與急停情況下造成的機(jī)械臂顫動(dòng)。小臂4000的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度由基座1000傳遞至小臂4000的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)。所述轉(zhuǎn)矩在傳輸時(shí)米用兩套并行的傳輸機(jī)構(gòu)，具體分為內(nèi)轉(zhuǎn)矩傳輸機(jī)構(gòu)和外轉(zhuǎn)矩傳輸機(jī)構(gòu)兩部分，兩套機(jī)構(gòu)同軸且相互之間不干涉。
[0072]進(jìn)一步說，基座1000包括第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊、支承模塊、轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊。在基座1000的每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中，第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊分別與支承模塊相連接，其中第一驅(qū)動(dòng)模塊還與轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊相連接。
[0073]第一驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)收放柔索，使柔索在大臂2000進(jìn)行伸縮動(dòng)作時(shí)，保持拉緊的狀態(tài)。第二驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)小臂4000的平移動(dòng)作。第三驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)大臂2000的伸縮動(dòng)作。第四驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)小臂4000在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊負(fù)責(zé)將第四驅(qū)動(dòng)模塊的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成牽引力傳輸?shù)叫”?000。支承模塊負(fù)責(zé)保持基座1000內(nèi)的第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊之間的相對(duì)位置關(guān)系。
[0074]參見圖1、圖3、圖5至7、圖18，進(jìn)一步說，第一驅(qū)動(dòng)模塊包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003、第一齒輪1002、第五齒輪1017、第一卷筒1016。
[0075]第二驅(qū)動(dòng)模塊包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007、第三齒輪1006、第二齒輪1005、第二傳動(dòng)軸1026、第一孔用擋圈1023、第三滾動(dòng)軸承1024、第二孔用擋圈1025第一連接筒1018、薄套筒
1019、第一滾動(dòng)軸承1020、過渡筒1022。
[0076]第三驅(qū)動(dòng)模塊包括第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008、離合器1009、第一傳動(dòng)軸1010。
[0077]第四驅(qū)動(dòng)模塊包括第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011、第四齒輪1012、外圈回轉(zhuǎn)支承1014、回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013、內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015。
[0078]支承模塊包括基座本體1001、端蓋1004、第二滾動(dòng)軸承1021。
[0079]轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊包括第一驅(qū)動(dòng)柔索1027、第一滑輪1028、第一鉚釘1029、滾動(dòng)體1030。
[0080]參見圖1、圖5至7、圖18，進(jìn)一步說，基座本體1001為一端封口的圓筒。在基座本體1001封口端端面上開有貫穿孔，在貫穿孔的外部、封口端端面的外側(cè)設(shè)有I個(gè)環(huán)形凸臺(tái)。在環(huán)形凸臺(tái)同側(cè)的基座本體1001的端面上設(shè)有2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架，且分別配有第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007。其中，第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011與第四齒輪1012相連，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007與第三齒輪1006相連。
[0081 ] 基座本體1001上的環(huán)形凸臺(tái)與端蓋1004相連接。即基座本體1001的端面、環(huán)形凸臺(tái)與端蓋1004構(gòu)成I個(gè)腔室。在由基座本體1001的端面、環(huán)形凸臺(tái)與端蓋1004構(gòu)成的腔室內(nèi)設(shè)有第二齒輪1005。
[0082]所述端蓋1004為環(huán)形。端蓋1004的外側(cè)邊緣為圓形，端蓋1004的內(nèi)側(cè)邊緣為矩形。其中，在端蓋1004的外側(cè)邊緣設(shè)有I個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架。在與端蓋1004相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架上設(shè)有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003。所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003與第一齒輪1002相連接?；倔w1001上的2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架、端蓋1004上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架成“品”字形分布。在端蓋1004的矩形邊緣設(shè)有向外突起的矩形板。在向外突起的矩形板上設(shè)有I個(gè)圓孔和I個(gè)齒輪窗口。向外突起的矩形板上的圓孔的位置與基座本體1001上貫穿孔的位置相對(duì)應(yīng)，向外突起的矩形板上的齒輪窗口的位置與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007的位置相對(duì)應(yīng)，通過該齒輪窗口，令與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007相連的第三齒輪1006與第二齒輪1005相互嚙合。
[0083]參見圖1、圖5至7、圖18，進(jìn)一步說，第二驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的連接關(guān)系為，第二傳動(dòng)軸1026的一端穿過基座本體1001的貫穿孔與第二齒輪1005之間通過鍵連接。所述第二傳動(dòng)軸1026通過一對(duì)第三滾動(dòng)軸承1024和一對(duì)第二孔用擋圈1025安裝在基座本體1001的貫穿孔內(nèi)。進(jìn)一步說，第三滾動(dòng)軸承1024的內(nèi)圈與第二傳動(dòng)軸1026軸身相連，第三滾動(dòng)軸承1024的外圈與基座本體1001的貫穿孔孔壁相連，每只第三滾動(dòng)軸承1024的外側(cè)端面分別貼合有一只第二孔用擋圈1025，所述第二孔用擋圈1025固定在基座本體1001的貫穿孔孔壁上。第二傳動(dòng)軸1026另一端穿過過渡筒1022與第一連接筒1018相連接。進(jìn)一步說，第二傳動(dòng)軸1026通過第一滾動(dòng)軸承1020安裝在過渡筒1022內(nèi)部。所述第一滾動(dòng)軸承1020—側(cè)端面與薄套筒1019的一側(cè)端面貼合。薄套筒1019的另一側(cè)端面緊貼在第一連接筒1018的一側(cè)端面上。第一連接筒1018與大臂2000相連接。在第一驅(qū)動(dòng)模塊與柔索驅(qū)動(dòng)模塊的連接關(guān)系為，在過渡筒1022的外部設(shè)有第二滾動(dòng)軸承1021，第二滾動(dòng)軸承1021的外圈與第一卷筒1016的內(nèi)壁相連接。第一卷筒1016朝向基座本體1001內(nèi)部的一側(cè)端部與第五齒輪1017相連。第五齒輪1017與第一齒輪1002相互嚙合。
[0084]所述第一卷筒1016另一端與第一驅(qū)動(dòng)柔索1027相連。進(jìn)一步說，第一卷筒1016部分外表面設(shè)有六道矩形齒槽，齒槽深而窄，第一驅(qū)動(dòng)柔索1027共有六根，每根第一驅(qū)動(dòng)柔索1027間相互獨(dú)立，分別纏于每道矩形齒槽內(nèi)。第一驅(qū)動(dòng)柔索1027經(jīng)滾動(dòng)體1030、第一滑輪1028的導(dǎo)向作用從回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013內(nèi)部穿出與傳動(dòng)齒輪箱3000相連。進(jìn)一步說，滾動(dòng)體1030安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013內(nèi)部，數(shù)量與第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的數(shù)量相同。第一滑輪1028通過第一鉚釘1029安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013內(nèi)部，第一滑輪1028、第一鉚釘1029的數(shù)量與第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的數(shù)量相同。
[0085]與第一卷筒1016相連接。在朝向外圈回轉(zhuǎn)支承1014—側(cè)的第一卷筒1016的外表面的端部設(shè)有齒，第一卷筒1016的另一側(cè)端部與第五齒輪1017相連。其中，第一齒輪1002與第五齒輪1017相互嚙合，
[0086]參見圖1至2、圖5至7、圖18，進(jìn)一步說，在第三驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi):在端蓋1004向外突起的矩形板的外端面上設(shè)有第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008。通過離合器1009將第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008的轉(zhuǎn)軸與第一傳動(dòng)軸1010的一端相連接。在第二傳動(dòng)軸1026、第一連接筒1018的軸心處設(shè)有圓孔，位置與基座本體1001上貫穿孔的位置相對(duì)應(yīng)。第一傳動(dòng)軸1010的桿身穿過向外突起的矩形板的圓孔后依次穿過所述第二傳動(dòng)軸1026、第一連接筒1018軸心處的圓孔，與大臂2000的第三傳動(dòng)軸2002相連接。進(jìn)一步說，基座1000的第一傳動(dòng)軸1010與大臂2000的第三傳動(dòng)軸2002通過球鉸鏈連接。所述球鉸鏈在安裝時(shí)，其旋轉(zhuǎn)中心重合于第一連接筒1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003組成的虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心。
[0087]參見圖1、圖4至7、圖18，進(jìn)一步說，在第四驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)，回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013為圓筒狀?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)1013的軸向一端與外圈回轉(zhuǎn)支承1014的軸向一端相連接。外圈回轉(zhuǎn)支承1014為圓環(huán)狀，且外表面設(shè)有齒。外圈回轉(zhuǎn)支承1014通過回轉(zhuǎn)支承滾動(dòng)體與內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015組合成一回轉(zhuǎn)支承，外圈回轉(zhuǎn)支承1014與內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015間能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015朝向基座本體1001內(nèi)部的一側(cè)端面固結(jié)在基座本體1001上。外圈回轉(zhuǎn)支承1014與第四齒輪1012相互嚙合。
[0088]參考圖5至圖7，基座1000內(nèi)各零件之間的連接、運(yùn)動(dòng)機(jī)理為:
[0089]第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007為第二驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)矩先通過一對(duì)嚙合的減速齒輪組第三齒輪1006和第二齒輪1005進(jìn)行放大，其中第三齒輪1006通過鍵連接與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007相連。所述第二齒輪1005上通過鍵連接安裝有第二傳動(dòng)軸1026，第二傳動(dòng)軸1026通過一對(duì)第三滾動(dòng)軸承1024和一對(duì)第一孔用擋圈1023安裝在基座本體1001上。所述第二傳動(dòng)軸1026的另一端安裝有第一連接筒1018，為減小第二傳動(dòng)軸1026的晃動(dòng)，另設(shè)有薄套筒1019和第一滾動(dòng)軸承1020與過渡筒1022配合，故第一連接筒1018的轉(zhuǎn)動(dòng)由第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007驅(qū)動(dòng)。
[0090]其中，位于第二傳動(dòng)軸1026內(nèi)部并與之同軸的第一傳動(dòng)軸1010通過離合器1009與第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008相連。第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008為第三驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，離合器1009接合時(shí)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0091]所述第四驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011，其電機(jī)軸上安裝有第四齒輪1012，通過第四齒輪1012和外圈回轉(zhuǎn)支承1014的嚙合作用將轉(zhuǎn)矩傳輸給與外圈回轉(zhuǎn)支承1014固結(jié)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013。外圈回轉(zhuǎn)支承1014通過回轉(zhuǎn)支承滾動(dòng)體與內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015組合成一回轉(zhuǎn)支承，外圈回轉(zhuǎn)支承1014與內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015間能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)。所述內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015固結(jié)在基座本體1001上，所以回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013可相對(duì)與基座本體1001做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力由第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011提供。
[0092]第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003為所述第一驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其電機(jī)軸上安裝有第一齒輪1002，通過第一齒輪1002與第五齒輪1017的嚙合作用將轉(zhuǎn)矩傳輸給與第五齒輪1017固結(jié)的第一卷筒1016。在過渡筒1022的外部設(shè)有第二滾動(dòng)軸承1021，第二滾動(dòng)軸承1021的外圈與第一卷筒1016的內(nèi)壁相連接，第一卷筒1016能夠相對(duì)于過渡筒1022轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003提供。
[0093]第一卷筒1016的轉(zhuǎn)動(dòng)引導(dǎo)第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的運(yùn)動(dòng)。所述第一驅(qū)動(dòng)柔索1027經(jīng)滾動(dòng)體1030、第一滑輪1028的導(dǎo)向作用從回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013內(nèi)部穿出與傳動(dòng)齒輪箱3000的基礎(chǔ)箱體3003相連，將第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003的轉(zhuǎn)矩傳遞給傳動(dòng)齒輪箱3000。
[0094]參見圖4、圖9和圖19，進(jìn)一步說，大臂2000包括第一^h字軸2001、第三傳動(dòng)軸2002、第二連接筒2003、第一大臂分臂2004、第二十字軸2005、第三連接筒2006、第二大臂分臂2007、防塵透明罩2008、螺旋桿2009。
[0095]第二連接筒2003的一端與第一大臂分臂2004的一端相連。在第二連接筒2003的另一端連接有第一^h字軸2001。所述第一大臂分臂2004、第二連接筒2003、第一^h字軸2001皆為空心結(jié)構(gòu)，第三傳動(dòng)軸2002分別穿過第一^h字軸2001、第二連接筒2003、第一大臂分臂2004內(nèi)部與位于第一大臂分臂2004內(nèi)部的螺旋桿2009相連接。所述第三傳動(dòng)軸2002通過球鉸鏈與基座1000的第一傳動(dòng)軸1010相連接將基座1000傳輸來的轉(zhuǎn)矩傳遞到螺旋桿2009。
[0096]第一大臂分臂2004的另一端經(jīng)直線型導(dǎo)軌與第二大臂分臂2007的一端相連，在直線型導(dǎo)軌外設(shè)有防塵透明罩2008。防塵透明罩2008的兩端分別與第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007的一端相連。在第二大臂分臂2007朝向螺旋桿2009—側(cè)端面上設(shè)有螺紋孔，第二大臂分臂2007與螺旋桿2009螺紋連接。基座1000的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)铰菪龡U2009，驅(qū)動(dòng)螺旋桿2009、第二大臂分臂2007間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)由直線型導(dǎo)軌引導(dǎo)的第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007間的軸向前后移動(dòng)，S卩大臂2000能夠伸縮。
[0097]進(jìn)一步說，防塵透明罩2008的材質(zhì)為軟體材料，防塵透明罩2008隨第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007之間的軸向前后移動(dòng)而形變。第二大臂分臂2007的另一端與第三連接筒2006的一端相連接。在第三連接筒2006的另一端設(shè)有第二十字軸2005。
[0098]所述第一^h字軸2001用于與基座1000相連接，所述第二十字軸2005用于與傳動(dòng)齒輪箱3000相連接。
[0099]使用時(shí)，基座1000的第一連接筒1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003之間組成虎克鉸鏈。所述第二連接筒2003與第一大臂分臂2004固結(jié)，第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007組合成移動(dòng)副，第二大臂分臂2007與第三連接筒2006固結(jié)，故第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007的轉(zhuǎn)矩由第一連接筒1018傳遞至第三連接筒2006。所述第三連接筒2006、第二十字軸2005、傳動(dòng)齒輪箱3000的第四連接筒3001之間組成另一虎克鉸鏈，故第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007的轉(zhuǎn)矩由第三連接筒2006傳遞至傳動(dòng)齒輪箱3000。
[0100]參見圖10至圖13、圖18，進(jìn)一步說，傳動(dòng)齒輪箱3000包括第四連接筒3001、頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002、基礎(chǔ)箱體3003、第二卷筒3004、第一軸用擋圈3005、蝸桿3006、第二驅(qū)動(dòng)柔索3007、右箱體3008、第二鉚釘3009、第二滑輪3010、第三滑輪3011、第三鉚釘3012、導(dǎo)向滑輪座3013、第四滾動(dòng)軸承3014、第二軸用擋圈3015、滾動(dòng)軸承座3016、左箱體3017、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018、第三軸用擋圈3019、第五滾動(dòng)軸承3020、蝸輪3021、旋轉(zhuǎn)軸3022、第四軸用擋圈3023、第一錐齒輪3024、第二錐齒輪3025、第六滾動(dòng)軸承3026、第五軸用擋圈3027、柔索套3028、關(guān)節(jié)軸承3029、第六軸用擋圈3030、外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031、內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032、第七滾動(dòng)軸承3033、第三孔用擋圈3034、第四傳動(dòng)軸3035。
[0101]傳動(dòng)齒輪箱3000內(nèi)部的具體連接關(guān)系為:
[0102]基礎(chǔ)箱體3003呈圓筒狀?；A(chǔ)箱體3003的底部與頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002相連。所述頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002呈階梯形圓筒狀，在頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002的底部設(shè)有第四連接筒3001。所述第四連接筒3001用于與大臂2000相連接。
[0103]在基礎(chǔ)箱體3003底部設(shè)有空腔，基礎(chǔ)箱體3003的空腔的頂部與外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031相連接。外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031通過回轉(zhuǎn)支承滾動(dòng)體與內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032組合成一回轉(zhuǎn)支承，外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031與內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032間能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng)。所述頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002包括3級(jí)圓臺(tái):頂部圓臺(tái)、中部圓臺(tái)、底部圓臺(tái)。在底部圓臺(tái)的底部設(shè)有底部圓環(huán)。所述頂部圓臺(tái)、中部圓臺(tái)、底部圓臺(tái)、底部圓環(huán)的半徑逐個(gè)增大。所述底部圓環(huán)的底面上等角度設(shè)有六個(gè)圓孔，柔索套3028通過關(guān)節(jié)軸承3029安裝在圓孔內(nèi)。柔索套3028、關(guān)節(jié)軸承3029與圓孔數(shù)量相同。在底部圓臺(tái)的頂部、中部圓臺(tái)上套有內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032。在中部圓臺(tái)的頂部、頂部圓臺(tái)上套有蝸輪3021。在頂部圓臺(tái)的頂端設(shè)有貫穿圓孔，第四傳動(dòng)軸3035穿過頂部圓臺(tái)頂端的貫穿圓孔與第四連接筒3001相連。進(jìn)一步說，第四傳動(dòng)軸3035通過第七滾動(dòng)軸承3033與第三孔用擋圈3034安裝在頂部圓臺(tái)頂端的貫穿圓孔內(nèi)部。第七滾動(dòng)軸承3033的內(nèi)圈與第四傳動(dòng)軸3035軸身相連，第七滾動(dòng)軸承3033的外圈與頂部圓臺(tái)頂端的貫穿圓孔內(nèi)壁相連，每只第七滾動(dòng)軸承3033的外側(cè)端面分別貼合有一只第三孔用擋圈3034，所述第三孔用擋圈3034固定在頂部圓臺(tái)頂端的貫穿圓孔內(nèi)壁上。第四傳動(dòng)軸3035的另一端通過鍵連接第二錐齒輪3025，第二錐齒輪3025底面和第四傳動(dòng)軸3035軸身安裝有第六軸用擋圈3030。
[0104]在基礎(chǔ)箱體3003的側(cè)壁上等角度設(shè)有三個(gè)圓環(huán)，基礎(chǔ)箱體3003上的圓環(huán)負(fù)責(zé)與柔索驅(qū)動(dòng)器6000中第三驅(qū)動(dòng)柔索6006的一端相連。
[0105]在基礎(chǔ)箱體3003的頂部設(shè)有一凸臺(tái)，基礎(chǔ)箱體3003上的凸臺(tái)的頂部設(shè)有左箱體3017、右箱體3008，左箱體3017、右箱體3008內(nèi)部的形狀結(jié)構(gòu)關(guān)于其接合面對(duì)稱。左箱體3017、右箱體3008為頂部封口、底部開口的圓筒。由基礎(chǔ)箱體3003將第二錐齒輪3025、蝸輪3021、蝸桿3006罩住。在左箱體3017、右箱體3008的側(cè)壁上設(shè)有側(cè)壁箱體。所述側(cè)壁箱體為底部開口、頂部封口的圓筒。在側(cè)壁箱體內(nèi)設(shè)有加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018、第三軸用擋圈3019、第五滾動(dòng)軸承3020、旋轉(zhuǎn)軸3022、第四軸用擋圈3023與第一錐齒輪3024。其中，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018的一端與小臂4000相連，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018的另一端自側(cè)壁箱體的底部開口伸入，且穿過第三軸用擋圈3019、第五滾動(dòng)軸承3020、第四軸用擋圈3023與第一錐齒輪3024相連。進(jìn)一步說，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018通過一對(duì)第三軸用擋圈3019和一對(duì)第五滾動(dòng)軸承3020安裝在左箱體3017、右箱體3008的側(cè)壁箱體內(nèi)，第一錐齒輪3024的底面與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018軸身安裝有第四軸用擋圈3023。第一錐齒輪3024與第二錐齒輪3025相互嚙合。
[0106]在左箱體3017、右箱體3008的側(cè)壁上設(shè)有水平箱體。在水平箱體內(nèi)設(shè)有第六滾動(dòng)軸承3026和蝸桿3006。蝸桿3006通過一對(duì)對(duì)稱安裝的第六滾動(dòng)軸承3026固定在左箱體3017、右箱體3008內(nèi)。所述蝸桿3006與蝸輪3021相互嚙合。在水平箱體上設(shè)有圓孔。蝸桿3006的一端自水平箱體上的圓孔伸出，在蝸桿3006上依次設(shè)有第一軸用擋圈3005、第二卷筒3004。
[0107]在左箱體3017、右箱體3008的頂部設(shè)有一斜向上的短桿。短桿與滾動(dòng)軸承座3016相連接。滾動(dòng)軸承座3016呈圓筒狀。在滾動(dòng)軸承座3016內(nèi)設(shè)有第四滾動(dòng)軸承3014、第二軸用擋圈3015。滾動(dòng)軸承座3016的頂部與導(dǎo)向滑輪座3013相連，導(dǎo)向滑輪座3013通過第四滾動(dòng)軸承3014、第二軸用擋圈3015安裝在滾動(dòng)軸承座3016上。通過第三鉚釘3012將第三滑輪3011固定在導(dǎo)向滑輪座3013上。
[0108]通過第二鉚釘3009將第二滑輪3010固定在右箱體3008上，第二驅(qū)動(dòng)柔索3007的一端經(jīng)第二滑輪3010，繞在第二卷筒3004上。第二驅(qū)動(dòng)柔索3007的另一端穿過安裝在滾動(dòng)軸承座3016上的導(dǎo)向滑輪座3013與小臂4000相連接。
[0109]參見圖1、圖4、圖13，進(jìn)一步說，小臂4000包括圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001、主小臂4002、副小臂4003、第一連接軸4004、第二連接軸4005、第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006、末端執(zhí)行器安裝座4007、柔索環(huán)4008。
[0110]主小臂4002、副小臂4003均為矩形條，且主小臂4002位于副小臂4003的上方，且兩者相互平行。通過第一連接軸4004、第二連接軸4005將末端執(zhí)行器安裝座4007與位于同一側(cè)的主小臂4002、副小臂4003端部連接在一起。主小臂4002、副小臂4003的另一側(cè)端部通過第一連接軸4004、第二連接軸4005與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018從傳動(dòng)齒輪箱3000中伸出的一端連接在一起。連接加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018、主小臂4002的第一連接軸4004兩端等軸線安裝有圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001。位于圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001同一側(cè)的主小臂4002的左右側(cè)壁上設(shè)有對(duì)稱的矩形平板，與圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001的L型引腳相連。圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001另一側(cè)的線型引腳與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018相連，故主小臂4002、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018可相對(duì)于連接兩者的第一連接軸4004產(chǎn)生角度轉(zhuǎn)動(dòng)。所述末端執(zhí)行器安裝座4007的底部與第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006相連接。第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006的底部接末端執(zhí)行器5000。在靠近末端執(zhí)行器安裝座4007—側(cè)的主小臂4002的頂部設(shè)有柔索環(huán)4008。
[0111]參見圖14，進(jìn)一步說，柔索驅(qū)動(dòng)器6000包括第四滑輪6001、第四鉚釘6002、第七軸用擋圈6003、滑輪座6004、第八滾動(dòng)軸承6005、第三驅(qū)動(dòng)柔索6006、電動(dòng)絞盤6007、驅(qū)動(dòng)器本體6008 ο
[0112]所述驅(qū)動(dòng)器本體6008為一個(gè)中空的矩形塊。在驅(qū)動(dòng)器本體6008內(nèi)設(shè)有電動(dòng)絞盤6007 ο在驅(qū)動(dòng)器本體6008的頂部開有圓孔。
[0113]第三驅(qū)動(dòng)柔索6006的一端與電動(dòng)絞盤6007相連，第三驅(qū)動(dòng)柔索6006的另一端穿過驅(qū)動(dòng)器本體6008頂部的孔后與傳動(dòng)齒輪箱3000中基礎(chǔ)箱體3003的側(cè)壁圓環(huán)相連。。
[0114]在第四滑輪6001上配有第四鉚釘6002。所述第四滑輪6001通過第四鉚釘6002安裝在滑輪座6004頂端。在滑輪座6004上依次設(shè)有第七軸用擋圈6003、第八滾動(dòng)軸承6005?；喿?004通過一對(duì)第七軸用擋圈6003、一對(duì)第八滾動(dòng)軸承6005安裝在驅(qū)動(dòng)器本體6008頂部圓孔內(nèi)。
[0115]優(yōu)選的技術(shù)方案是:本混聯(lián)機(jī)械臂，包括基座1000、大臂2000、傳動(dòng)齒輪箱3000、小臂4000、末端執(zhí)行器5000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000。
[0116]基座1000安裝在地基或機(jī)架上。大臂2000的一端與基座1000活動(dòng)連接。大臂2000的另一端與傳動(dòng)齒輪箱3000的一側(cè)端面活動(dòng)連接。傳動(dòng)齒輪箱3000的另一側(cè)端面與小臂4000的一端活動(dòng)連接。小臂4000的另一端與末端執(zhí)行器5000活動(dòng)連接。在基座1000周圍地基或機(jī)架上設(shè)有3個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000。
[0117]在傳動(dòng)齒輪箱3000與柔索驅(qū)動(dòng)器6000之間配有柔索。進(jìn)一步說，所述柔索為驅(qū)動(dòng)柔索6006，數(shù)量與柔索驅(qū)動(dòng)器6000相同，通過驅(qū)動(dòng)柔索6006將電動(dòng)絞盤6007動(dòng)力傳至傳動(dòng)齒輪箱3000。通過所述柔索、大臂2000、柔索驅(qū)動(dòng)器6000帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪箱3000兩自由度的運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。
[0118]在傳動(dòng)齒輪箱3000與基座1000間配有若干柔索。進(jìn)一步說，所述柔索為第一驅(qū)動(dòng)柔索1027，數(shù)量為六根。第一驅(qū)動(dòng)柔索1027—端固定于傳動(dòng)齒輪箱3000的頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002，第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的另一端纏繞在基座1000的第一卷筒1016上。故第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003的轉(zhuǎn)矩由第一齒輪1002、第五齒輪1017傳輸給第一卷筒1016，從而第一驅(qū)動(dòng)柔索1027傳至與頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002固結(jié)的蝸輪3021。
[0119]在傳動(dòng)齒輪箱3000上另配有一根柔索，所述柔索穿過傳動(dòng)齒輪箱3000內(nèi)部結(jié)構(gòu)后與小臂4000活動(dòng)連接。進(jìn)一步說，所述柔索為第二驅(qū)動(dòng)柔索3007，第二驅(qū)動(dòng)柔索3007纏于第二卷筒3004上。第二卷筒3004固結(jié)于蝸桿3006，蝸桿3006與蝸輪3021嚙合，故第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003的轉(zhuǎn)矩經(jīng)蝸桿3006、蝸輪3021的嚙合作用傳輸給第二驅(qū)動(dòng)柔索3007，從而驅(qū)動(dòng)小臂4000在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即主小臂4002、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018可相對(duì)于連接主小臂4002、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018的第一連接軸4004產(chǎn)生角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0120]進(jìn)一步指明的是:大臂2000兩端采用虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)分別與基座1000傳動(dòng)齒輪箱3000相活動(dòng)連接。第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007的轉(zhuǎn)矩經(jīng)第二齒輪1005、第三齒輪1006的嚙合作用傳至第二傳動(dòng)軸1026，由大臂2000的一對(duì)虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)傳輸給第四傳動(dòng)軸3035—端的第二錐齒輪3025，再經(jīng)第一錐齒輪3024、第二錐齒輪3025的嚙合作用傳給加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018，帶動(dòng)加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018繞自身中心軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，即實(shí)現(xiàn)小臂4000的平移動(dòng)作。
[0121]大臂2000可伸縮。大臂2000分為第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007兩部分，能夠沿軸向前后相互移動(dòng)。其中，第一大臂分臂2004內(nèi)部設(shè)有螺旋桿2009與第一大臂分臂2004螺紋連接。第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008的轉(zhuǎn)矩經(jīng)離合器1009、第一傳動(dòng)軸1010、第三傳動(dòng)軸2002傳輸至螺旋桿2009，螺旋桿2009、第一大臂分臂2004相互轉(zhuǎn)動(dòng)，故第一大臂分臂2004、第二大臂分臂2007能夠沿軸向前后移動(dòng)，S卩實(shí)現(xiàn)大臂2000的伸縮動(dòng)作。
[0122]第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的長(zhǎng)度隨大臂2000伸縮動(dòng)作而變化，實(shí)時(shí)保持拉緊狀態(tài)。第一驅(qū)動(dòng)柔索1027經(jīng)第一卷筒1016、第五齒輪1017、第一齒輪1002由第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003驅(qū)動(dòng)。大臂2000伸長(zhǎng)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003放松，任由第一驅(qū)動(dòng)柔索1027隨大臂2000伸長(zhǎng)而移動(dòng)。大臂2000縮短，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003以第一卷筒1016繞緊第一驅(qū)動(dòng)柔索1027的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)第一卷筒1016纏繞第一驅(qū)動(dòng)柔索1027。
[0123]采用本發(fā)明所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂的搬運(yùn)方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0124]步驟I: “初始化”步驟，對(duì)所有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電動(dòng)絞盤進(jìn)行初始化，確保均處于初始位置。
[0125]步驟2:“粗定位”步驟:通過柔索驅(qū)動(dòng)器、大臂與第三驅(qū)動(dòng)柔索6006的配合，對(duì)傳動(dòng)齒輪箱實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)定位控制。通過與大臂相連的第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，控制并實(shí)現(xiàn)大臂的伸或縮動(dòng)作。
[0126]步驟3:“精定位”步驟:由與小臂相連的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007，控制小臂空載平移。由與小臂相連的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003，控制小臂空載提升/放下。
[0127]步驟4:“重物抓取”步驟，由末端執(zhí)行器吸附住需要操作的對(duì)象。
[0128]步驟5:“重物搬運(yùn)”步驟:由與小臂相連的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007，控制吸附有需要操作對(duì)象的小臂平移。由與小臂相連的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1003，控制吸附有需要操作對(duì)象的小臂提升或放下。
[0129]步驟6:“重物放下”步驟:由第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)4006控制吸附式末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)，調(diào)整操作對(duì)象至合適角度。令吸附式末端執(zhí)行器停止工作，則與末端執(zhí)行器相連的、需要操作對(duì)象自由下落在目標(biāo)位置，完成作業(yè)操作。
[0130]步驟7:“循環(huán)”步驟:如需要搬運(yùn)下一個(gè)需要操作對(duì)象，則返回第2步。反之，關(guān)閉系統(tǒng)。
[0131]結(jié)合本混聯(lián)機(jī)械臂的各結(jié)構(gòu)單元，對(duì)前述的搬運(yùn)方法進(jìn)一步闡述如下:
[0132]步驟I: “初始化”步驟，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行初始化，確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于初始位置。
[0133]步驟2: “粗定位”步驟，下分為步驟2.1和步驟2.2兩個(gè)并列步驟。
[0134]步驟2.1:三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000通過三根外部驅(qū)動(dòng)柔索對(duì)傳動(dòng)齒輪箱3000實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)定位控制:每個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器6000轉(zhuǎn)速不同時(shí)，相應(yīng)的外部驅(qū)動(dòng)柔索即第三驅(qū)動(dòng)柔索6006分別有著不同的長(zhǎng)度，由于此處為聯(lián)動(dòng)控制，第三驅(qū)動(dòng)柔索6006的長(zhǎng)度是互相關(guān)聯(lián)的。如此，柔索驅(qū)動(dòng)器6000通過牽引第三驅(qū)動(dòng)柔索6006帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪箱3000的空間位置變化。
[0135]步驟2.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過正反轉(zhuǎn)控制大臂的伸/縮動(dòng)作:此時(shí)離合器1009使第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008的電機(jī)軸與第一傳動(dòng)軸1010結(jié)合。由于第一傳動(dòng)軸1010通過球籠式萬向節(jié)與第三傳動(dòng)軸2002相連，第三傳動(dòng)軸2002與螺旋桿2009相連，第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)1008正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007間沿公共軸線的相對(duì)滑動(dòng)，即大臂2000的伸/縮動(dòng)作。
[0136]步驟3: “精定位”步驟，下分為步驟3.1和步驟3.2兩個(gè)并列步驟。
[0137]步驟3.1:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂空載平移:所述內(nèi)轉(zhuǎn)矩傳輸機(jī)構(gòu)為該步驟提供動(dòng)力，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)1007運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)轉(zhuǎn)矩，內(nèi)轉(zhuǎn)矩通過減速齒輪組第三齒輪1006、齒輪B1005的放大，傳遞至第二傳動(dòng)軸1026。
[0138]所述第二傳動(dòng)軸1026的另一端安裝有第一連接筒1018，第一連接筒1018、第一^h字軸2001、第二連接筒2003組成虎克鉸鏈，第二連接筒2003與第一大臂分臂2004固結(jié)，第一大臂分臂2004和第二大臂分臂2007相連，第二大臂分臂2007與第三連接筒2006固結(jié)，內(nèi)轉(zhuǎn)矩進(jìn)而傳遞至第三連接筒2006。
[0139]所述第三連接筒3006通過第二十字軸2005與第四連接筒3001組成虎克鉸鏈，第四連接筒3001與第四傳動(dòng)軸3035相連，第四傳動(dòng)軸3035上安裝有第二錐齒輪3025，第二錐齒輪3025與第一錐齒輪3024嚙合，最后內(nèi)轉(zhuǎn)矩傳遞至加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018，驅(qū)動(dòng)小臂4000沿加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸3018軸線的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
[0140]步驟3.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂空載提升/放下:所述外轉(zhuǎn)矩傳輸機(jī)構(gòu)為該步驟提供動(dòng)力，第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生外轉(zhuǎn)矩，第四齒輪1012安裝在第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)1011的電機(jī)軸上，并與外圈回轉(zhuǎn)支承1014嚙合，外圈回轉(zhuǎn)支承1014與回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013固結(jié)，又內(nèi)圈回轉(zhuǎn)支承1015固結(jié)在基座本體1001上，故外轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013相對(duì)基座本體1001做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0141]回轉(zhuǎn)平臺(tái)1013通過六根第一驅(qū)動(dòng)柔索1027與頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002相連，所述頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002與內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3032固結(jié)，外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承3031又與基礎(chǔ)箱體3003固結(jié)，以此外轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002相對(duì)基礎(chǔ)箱體3003做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0142]蝸輪3021安裝在頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)3002上，蝸輪3021與蝸桿3006嚙合，安裝于蝸桿3006的第二卷筒3004上纏繞有第二驅(qū)動(dòng)柔索3007，第二驅(qū)動(dòng)柔索3007通過第三滑輪3010、導(dǎo)向滑輪座3013和第四滑輪3011的導(dǎo)向，將外轉(zhuǎn)矩傳遞至小臂4000，驅(qū)動(dòng)小臂4000沿圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧4001軸線的旋轉(zhuǎn)。
[0143]步驟4:“重物抓取”步驟，末端執(zhí)行器吸附住操作對(duì)象。
[0144]步驟5: “重物搬運(yùn)”步驟，下分為步驟5.1和步驟5.2兩個(gè)并列步驟。
[0145]步驟5.1:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂帶動(dòng)操作對(duì)象平移，運(yùn)作方法與步驟3.1類似。
[0146]步驟5.2:驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小臂帶動(dòng)操作對(duì)象提升/放下，運(yùn)作方法與步驟3.2類似。
[0147]步驟6: “重物放下”步驟，吸附式末端執(zhí)行器停止工作，重物落在目標(biāo)位置，單次作業(yè)結(jié)束。
[0148]步驟7:循環(huán)或停止的步驟:若需要搬運(yùn)下一個(gè)需要操作對(duì)象，即為“循環(huán)步”，返回第2步;若不需要搬運(yùn)下一個(gè)需要操作對(duì)象，即為“停止”，關(guān)閉本混聯(lián)機(jī)械臂，并斷電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:包括基座(1000)、大臂(2000)、傳動(dòng)齒輪箱(3000)、小臂(4000)、末端執(zhí)行器(5000)、和柔索驅(qū)動(dòng)器(6000);其中， 基座(1000)安裝在地基上;在基座(1000)內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 大臂(2000)的一端與基座(1000)活動(dòng)連接;大臂(2000)的另一端與傳動(dòng)齒輪箱(3000)的一側(cè)端面活動(dòng)連接;通過大臂(2000)將由基座(1000)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)絺鲃?dòng)齒輪箱(3000)中； 傳動(dòng)齒輪箱(3000)的另一側(cè)端面與小臂(4000)的一端活動(dòng)連接;傳動(dòng)齒輪箱(3000)起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，將基座(1000)、大臂(2000)傳輸來的轉(zhuǎn)矩傳遞到小臂(4000); 小臂(4000)的另一端與末端執(zhí)行器(5000)活動(dòng)連接； 在基座(1000)周圍地基上設(shè)有2個(gè)以上的柔索驅(qū)動(dòng)器(6000);在傳動(dòng)齒輪箱(3000)與每個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)之間配有柔索;通過傳動(dòng)齒輪箱(3000)與柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)之間的柔索、大臂(2000)、柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪箱(3000)運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位； 在傳動(dòng)齒輪箱(3000)與基座(1000)間配有柔索;在傳動(dòng)齒輪箱(3000)與小臂(4000)上配有一根柔索;通過傳動(dòng)齒輪箱(3000)與小臂(4000)之間的柔索、傳動(dòng)齒輪箱(3000)與基座(1000)之間的柔索、大臂(2000)、傳動(dòng)齒輪箱(3000)、小臂(4000)、柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)帶動(dòng)末端執(zhí)行器(5000)運(yùn)動(dòng)及協(xié)同定位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:通過虎克鉸鏈結(jié)構(gòu)將基座(1000)與大臂(2000)的一端相連，且大臂(2000)自身能沿其長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)或縮短;大臂(2000)的另一端與傳動(dòng)齒輪箱(3000)相連;第三連接筒(2006)與第二大臂分臂(2007)固結(jié);所述小臂(4000)安裝在傳動(dòng)齒輪箱(3000)上;末端執(zhí)行器(5000)安裝在小臂(4000)上;在末端執(zhí)行器(5000)上安裝的腕部電機(jī)，即其具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度;傳動(dòng)齒輪箱(3000)通過三根柔索分別與三個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)相連;在基座(1000)周圍設(shè)有3個(gè)柔索驅(qū)動(dòng)器(6000);柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)呈品字型分布。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:基座(1000)包括第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊、支承模塊、轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊;其中，第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊分別與支承模塊相連接，其中第一驅(qū)動(dòng)模塊還與轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊相連接； 第一驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)收放柔索，使柔索在大臂(2000)進(jìn)行伸縮動(dòng)作時(shí)保持拉緊的狀態(tài)； 第二驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)小臂(4000)的平移動(dòng)作； 第三驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)大臂(2000)的伸縮動(dòng)作； 第四驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)小臂(4000)在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)； 轉(zhuǎn)矩導(dǎo)向模塊負(fù)責(zé)將第四驅(qū)動(dòng)模塊的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成牽引力傳輸?shù)叫”?4000); 支承模塊負(fù)責(zé)保持基座(1000)內(nèi)第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊、第三驅(qū)動(dòng)模塊、第四驅(qū)動(dòng)模塊之間的相對(duì)位置關(guān)系。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:大臂(2000)包括第一^h字軸(2001)、第三傳動(dòng)軸(2002)、第二連接筒(2003)、第一大臂分臂(2004)、第二十字軸(2005)、第三連接筒(2006)、第二大臂分臂(2007)、防塵透明罩(2008)、螺旋桿(2009); 第二連接筒(2003)的一端與第一大臂分臂(2004)的一端相連;在第二連接筒(2003)的另一端連接有第一^h字軸(2001);所述第一大臂分臂(2004)、第二連接筒(2003)、第一^h字軸(2001)皆為空心結(jié)構(gòu)，第三傳動(dòng)軸(2002)分別穿過第一^h字軸(2001)、第二連接筒(2003)、第一大臂分臂(2004)內(nèi)部與位于第一大臂分臂(2004)內(nèi)部的螺旋桿(2009)相連接;所述第三傳動(dòng)軸(2002)通過球鉸鏈與基座(1000)的第一傳動(dòng)軸(1010)相連接將基座(1000)傳輸來的轉(zhuǎn)矩傳遞到螺旋桿(2009); 第一大臂分臂(2004)的另一端經(jīng)直線型導(dǎo)軌與第二大臂分臂(2007)的一端相連，在直線型導(dǎo)軌外設(shè)有防塵透明罩(2008);防塵透明罩(2008)的兩端分別與第一大臂分臂(2004)、第二大臂分臂(2007)的一端相連;在第二大臂分臂(2007)朝向螺旋桿(2009)一側(cè)端面上設(shè)有螺紋孔，第二大臂分臂(2007)與螺旋桿(2009)螺紋連接;基座(1000)的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)铰菪龡U(2009)，驅(qū)動(dòng)螺旋桿(2009)、第二大臂分臂(2007)間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)由直線型導(dǎo)軌引導(dǎo)的第一大臂分臂(2004)、第二大臂分臂(2007)間的軸向前后移動(dòng)，即大臂(2000)能夠伸縮;第二大臂分臂(2007)的另一端與第三連接筒(2006)的一端相連接;在第三連接筒(2006)的另一端設(shè)有第二十字軸(2005)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:傳動(dòng)齒輪箱(3000)內(nèi)部的具體連接關(guān)系為: 基礎(chǔ)箱體(3003)呈圓筒狀;基礎(chǔ)箱體(3003)的底部與頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)(3002)相連;所述頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)(3002)呈階梯形圓筒狀，在頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)(3002)的底部設(shè)有第四連接筒(3001);所述第四連接筒(3001)用于與大臂(2000)相連接； 在基礎(chǔ)箱體(3003)底部設(shè)有空腔，基礎(chǔ)箱體(3003)的空腔的頂部與外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3031)相連接;外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3031)通過回轉(zhuǎn)支承滾動(dòng)體與內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3032)組合成一回轉(zhuǎn)支承，外圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3031)與內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3032)間能夠相互轉(zhuǎn)動(dòng);所述頂部回轉(zhuǎn)平臺(tái)(3002)包括3級(jí)圓臺(tái):頂部圓臺(tái)、中部圓臺(tái)、底部圓臺(tái)；在底部圓臺(tái)的底部設(shè)有底部圓環(huán);所述頂部圓臺(tái)、中部圓臺(tái)、底部圓臺(tái)、底部圓環(huán)的半徑逐個(gè)增大;所述底部圓環(huán)的底面上等角度設(shè)有六個(gè)圓孔，柔索套(3028)通過關(guān)節(jié)軸承(3029)安裝在圓孔內(nèi)；柔索套(3028)、關(guān)節(jié)軸承(3029)與圓孔數(shù)量相同；在底部圓臺(tái)的頂部、中部圓臺(tái)上套有內(nèi)圈無齒式回轉(zhuǎn)支承(3032);在中部圓臺(tái)的頂部、頂部圓臺(tái)上套有蝸輪(3021);在頂部圓臺(tái)的頂端設(shè)有貫穿圓孔，第四傳動(dòng)軸(3035)穿過頂部圓臺(tái)頂端的貫穿圓孔與第四連接筒(3001)相連； 在基礎(chǔ)箱體(3003)的側(cè)壁上等角度設(shè)有三個(gè)圓環(huán)，基礎(chǔ)箱體(3003)上的圓環(huán)負(fù)責(zé)與柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)中第三驅(qū)動(dòng)柔索(6006)的一端相連； 在基礎(chǔ)箱體(3003)的頂部設(shè)有一凸臺(tái)，基礎(chǔ)箱體(3003)上的凸臺(tái)的頂部設(shè)有左箱體(3017)、右箱體(3008)，左箱體(3017)、右箱體(3008)內(nèi)部的形狀結(jié)構(gòu)關(guān)于其接合面對(duì)稱；左箱體(3017)、右箱體(3008)為頂部封口、底部開口的圓筒；由基礎(chǔ)箱體(3003)將第二錐齒輪(3025)、蝸輪(3021)、蝸桿(3006)罩住;在左箱體(3017)、右箱體(3008)的側(cè)壁上設(shè)有側(cè)壁箱體；所述側(cè)壁箱體為底部開口、頂部封口的圓筒；在側(cè)壁箱體內(nèi)設(shè)有加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)、第三軸用擋圈(3019)、第五滾動(dòng)軸承(3020)、旋轉(zhuǎn)軸(3022)、第四軸用擋圈(3023)與第一錐齒輪(3024);其中，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)的一端與小臂(4000)相連，加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)的另一端自側(cè)壁箱體的底部開口伸入，且穿過第三軸用擋圈(3019)、第五滾動(dòng)軸承(3020)、第四軸用擋圈(3023)與第一錐齒輪(3024)相連;第一錐齒輪(3024)與第二錐齒輪(3025)相互嗤合； 在左箱體(3017)、右箱體(3008)的側(cè)壁上設(shè)有水平箱體;在水平箱體內(nèi)設(shè)有第六滾動(dòng)軸承(3026)和蝸桿(3006);所述蝸桿(3006)與蝸輪(3021)相互嚙合;在水平箱體上設(shè)有圓孔;蝸桿(3006)的一端自水平箱體上的圓孔伸出； 在左箱體(3 017 )、右箱體(3 O O 8)的頂部設(shè)有一斜向上的短桿；短桿與滾動(dòng)軸承座(3016)相連接; 通過第二鉚釘(3009)將第二滑輪(3010)固定在右箱體(3008)上，第二驅(qū)動(dòng)柔索(3007)的一端經(jīng)第二滑輪(3010)，繞在第二卷筒(3004)上;第二驅(qū)動(dòng)柔索(3007)的另一端穿過安裝在滾動(dòng)軸承座(3016)上的導(dǎo)向滑輪座(3013)與小臂(4000)相連接；6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:小臂(4000)包括圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(4001)、主小臂(4002)、副小臂(4003)、第一連接軸(4004)、第二連接軸(4005)、第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4006)、末端執(zhí)行器安裝座(4007)、柔索環(huán)(4008)； 主小臂(4002)、副小臂(4003)均為矩形條，且主小臂(4002)位于副小臂(4003)的上方，且兩者相互平行;通過第一連接軸(4004)、第二連接軸(4005)將末端執(zhí)行器安裝座(4007)與位于同一側(cè)的主小臂(4002)、副小臂(4003)端部連接在一起；主小臂(4002)、副小臂(4003)的另一側(cè)端部通過第一連接軸(4004)、第二連接軸(4005)與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)從傳動(dòng)齒輪箱(3000)中伸出的一端連接在一起;連接加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)、主小臂(4002)的第一連接軸(4004)兩端等軸線安裝有圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(4001);位于圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(4001)同一側(cè)的主小臂(4002)的左右側(cè)壁上設(shè)有對(duì)稱的矩形平板，與圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(4001)的L型引腳相連;圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧(4001)另一側(cè)的線型引腳與加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)相連，故主小臂(4002)、加長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)軸(3018)可相對(duì)于連接兩者的第一連接軸(4004)產(chǎn)生角度轉(zhuǎn)動(dòng);所述末端執(zhí)行器安裝座(4007)的底部與第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4006)相連接;第五驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4006)的底部接末端執(zhí)行器(5000);在靠近末端執(zhí)行器安裝座(4007)—側(cè)的主小臂(4002)的頂部設(shè)有柔索環(huán)(4008)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂，其特征在于:柔索驅(qū)動(dòng)器(6000)包括第四滑輪(6001)、第四鉚釘(6002)、第七軸用擋圈(6003)、滑輪座(6004)、第八滾動(dòng)軸承(6005)、第三驅(qū)動(dòng)柔索(6006)、電動(dòng)絞盤(6007)、驅(qū)動(dòng)器本體(6008); 所述驅(qū)動(dòng)器本體(6008)為一個(gè)中空的矩形塊;在驅(qū)動(dòng)器本體(6008)內(nèi)設(shè)有電動(dòng)絞盤(6007)；在驅(qū)動(dòng)器本體(6008)的頂部開有圓孔； 第三驅(qū)動(dòng)柔索(6006)的一端與電動(dòng)絞盤(6007)相連，第三驅(qū)動(dòng)柔索(6006)的另一端穿過驅(qū)動(dòng)器本體(6008)頂部的孔后與傳動(dòng)齒輪箱(3000)中基礎(chǔ)箱體(3003)的側(cè)壁圓環(huán)相連； 在第四滑輪(6001)上配有第四鉚釘(6002);所述第四滑輪(6001)通過第四鉚釘(6002)安裝在滑輪座(6004)頂端;在滑輪座(6004)上依次設(shè)有第七軸用擋圈(6003)、第八滾動(dòng)軸承(6005);滑輪座(6004)通過一對(duì)第七軸用擋圈(6003)、一對(duì)第八滾動(dòng)軸承(6005)安裝在驅(qū)動(dòng)器本體(6008)頂部圓孔內(nèi)。8.采用權(quán)利要求1或2所述的一種七自由度索桿復(fù)合驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)械臂的搬運(yùn)方法，其特征在于:按如下步驟進(jìn)行: 步驟I: “初始化”步驟:對(duì)所有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電動(dòng)絞盤進(jìn)行初始化，確保均處于初始位置； 步驟2: “粗定位”步驟:通過柔索驅(qū)動(dòng)器、大臂與柔索的配合，對(duì)傳動(dòng)齒輪箱實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)定位控制;通過與大臂相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，控制并實(shí)現(xiàn)大臂的伸或縮動(dòng)作； 步驟3: “精定位”步驟:由與小臂相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制小臂空載平移；由與小臂相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制小臂空載提升/放下； 步驟4: “重物抓取”步驟:由末端執(zhí)行器吸附住需要操作的對(duì)象； 步驟5:“重物搬運(yùn)”步驟:由與小臂相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制吸附有需要操作對(duì)象的小臂平移；由與小臂相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制吸附有需要操作對(duì)象的小臂提升或放下； 步驟6: “重物放下”步驟:由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制吸附式末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)，調(diào)整操作對(duì)象至合適角度;令吸附式末端執(zhí)行器停止工作，則與末端執(zhí)行器相連的、需要操作對(duì)象自由下落在目標(biāo)位置，完成作業(yè)操作； 步驟7:“循環(huán)”步驟:如需要搬運(yùn)下一個(gè)需要操作對(duì)象，則返回第2步;反之，關(guān)閉系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B25J18/02GK106078800SQ201610435865
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】訾斌, 謝彬, 錢森, 王炳堯
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)