专利名称：一种助残/助老用绳驱动机械臂的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种助残/助老用绳驱动机械臂的结构。
背景技术：
机械臂在日常生产生活中已得到广泛应用。传统机械臂将驱动机构直接安装在关节处，为了克服驱动机构较大的重量，必须增加驱动电机的功率和机 械结构的强度。这样大大增加了机械臂的重量和转动惯量，降低了负载能力和运动性能。为了降低机械臂的重量，满足某些场合下高负载自重比和快速响应的要求，有人提出了单马达驱动和绳驱动技术。单马达驱动技术通过改变机械臂的运动传递机构来减少动力源的数量，使整个机械臂只有一个动力源。但单马达驱动技术只是将电机从机械臂中移出，调速机构等装置仍安装在机械臂中，没有大幅减轻机械臂的重量，同时机械结构也比较复杂。绳驱动技术在近几年逐渐受到重视，它主要通过将电机和调速装置全部安装在底座驱动箱上，通过绳来驱动关节的运动，从而大幅地降低了机械臂的重量。绳驱动技术可以分为绳驱动并联机构和绳驱动串联机构。由于绳只能承受单向拉力的性质，使并联机构只能通过增加电机和绳的数量来实现机械臂的力闭合，增加了能耗和结构复杂程度；同时并联机构有其先天的缺点，即工作空间较小，不能满足某些场合大工作空间的要求。现有的绳驱动串联机构无法解决关节运动耦合和驱动范围较小的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种助残/助老用绳驱动机械臂，本实用新型的目的通过如下技术方案实现一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于包括回旋关节、上下转动关节、水平转动关节、第一关节连接板、滑块、导轨、底座驱动箱、驱动电机和绳驱动系统，回旋关节完成绕轴向的转动，上下转动关节完成在垂直面内的绕轴转动，水平转动关节完成水平面内的绕轴转动；回旋关节、上下转动关节和水平转动关节串联连接，水平转动关节与滑块间通过关节连接板连接，滑块安装在导轨上且能沿着导轨上下滑动，导轨固定在底座驱动箱上；每个关节均各自由一个驱动电机驱动，完成正反转运动，各关节的驱动电机安装在底座驱动箱内，每个驱动电机各自利用一个绳驱动系统将动力传到各个关节，各个绳驱动系统的拉线在机械臂内的走线为弯折形。进一步优化的，所述水平转动关节个数为三个以上，三个以上的水平转动关节通过关节连接板串联安装，靠近滑块的水平转动关节也通过关节连接板与滑块连接。进一步优化的，所述绳驱动系统包括主动同步带、主动带轮、第一带夹、底座套筒固定装置和两根拉线；所述两根拉线由两根第一拉线套筒和两根第一拉线钢丝绳组成；主动带轮与驱动电机通过平键连接，主动同步带套在主动带轮上，两根第一拉线钢丝绳的一端各自通过一个第一带夹与主动同步带的两端连接，第一拉线套筒通过底座套筒固定装置固定在底座驱动箱上，两根第一拉线钢丝绳的另一端与相应关节连接，通过调节底座套筒固定装置的安装位置来预紧第一拉线钢丝绳及主动同步带；当驱动电机转动时，主动同步带带动一根第一拉线钢丝绳在第一拉线套筒内移动，第一拉线钢丝绳带动关节转动，同时关节拉动另一根第一拉线钢丝绳在拉线套筒内移动，完成将驱动电机的动力传到转动关节。进一步优化的，所述拉线的走线方式为将所有拉线分为两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂，八个弹性圈均匀分布在该节机械臂的两侧，即一侧有四个弹性圈，各弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，其中一组穿过一侧的第一弹性圈后，绕到另一侧的第二弹性圈，再依次绕过第三弹性圈、第四弹性圈、第九弹性圈，将每根拉线绕到对应的关节处，另一组拉线穿过第五弹性圈后，再依次穿过第六弹性圈、第七弹性圈和第八弹性 圈，将每根拉线绕到对应的关节处；此种将拉线走线的形状呈弯折形绕线方法，使拉线可在各节机械臂内蓄积一定多余长度的拉线；弹性圈的作用主要是整理拉线，弹性圈具有弹性可以拉伸和缩短，当关节运动时，弯折形的拉线可逐渐被拉直，来满足关节转动时的需要。进一步优化的，所述底座套筒固定装置包括底座套筒固定上板和底座套筒固定下板，底座套筒固定下板放在底座驱动箱上，底座套筒固定上板放在底座套筒固定下板上，使用螺栓穿过螺栓孔将底座套筒固定上板和底座套筒固定下板固定在底座驱动箱上。进一步优化的，所述水平转动关节包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、第四固定板、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、水平转动关节轴、圆柱销、被动带轮、被动同步带；第一固定板、第二固定板安装在两块关节连接板上，第三固定板、第四固定板安装在另外两块关节连接板上；第一角接触球轴承和第二角接触球轴承以面对面安装方式分别安装在第一固定板和第二固定板中，对水平转动关节轴作轴向和径向的固定，第三固定板通过圆柱销与水平转动关节轴连接；被动带轮安装在两轴承之间，被动同步带套在被动带轮上，其两端分别通过第二带夹与驱动本关节的拉线钢丝绳连接；当该拉线钢丝绳拉动时，通过被动同步带带动被动带轮和水平转动关节轴转动，从而带动第三固定板、第四固定板转动。进一步优化的，所述上下转动关节包括两个深沟球轴承、两块第二关节连接板、两块上下转动关节臂、上下转动关节轴；两个深沟球轴承分别安装在两块第二关节连接板中，上下转动关节轴的两端安装在两个深沟球轴承中，上下转动关节臂通过平键与上下转动关节轴联接；第二拉线套筒通过第二套筒固定装置固定，从第二套筒固定装置伸出的第二拉线钢丝绳绕在第一绕线槽上，其端部用压紧第一螺钉固定，另一根拉线钢丝绳绕在上下转动关节轴的另一个第一绕线槽上，与上一根绕法相同，绕向相反。进一步优化的，所述回旋关节包括两个深沟球轴承、第五固定板、第六固定板、回旋关节轴；两个深沟球轴承分别安装在第五固定板和第六固定板中，两块固定板安装在上下转动关节臂上，回旋关节轴安装在两个深沟球轴承中；第三拉线套筒通过第三套筒固定装置固定，从第三套筒固定装置中伸出的第三拉线钢丝绳绕过绕线轮后，绕在第二绕线槽上，其端部用压紧螺钉固定，另一根拉线钢丝绳与上一根绕法相同，绕向相反。进一步优化的，所述驱动水平转动关节的主动同步带长度应至少为位于该关节上被动带轮节圆的周长与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为关节上被动带轮节圆的周长，便能保证水平转动关节的360°范围内转动；驱动上下转动关节的主动同步带长度应至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度，便能保证上下转动关节能至少做180°转动；驱动回旋关节的主动同步带长度应至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度，便能保证回旋关节至少能做180°转 动。上述的助残/助老用绳驱动机械臂中，驱动电机的动力通过主动带轮、主动同步带和两根拉线传递到各个转动关节。水平转动关节通过被动带轮和被动同步带完成拉线钢丝绳的移动向关节转动的转化；上下转动关节和回旋关节通过将两根拉线钢丝绳以不同的绕向绕在轴的绕线槽上，完成拉线钢丝绳的移动向关节转动的转化。拉线分成两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂。弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，在关节连接板上均匀分布，两组拉线分别从机械臂的不同侧开始以弯折形穿过弹性圈。上述的助残/助老用绳驱动机械臂中，所述绳驱动系统是利用两根拉线、主动同步带和主动带轮来完成把位于底座驱动箱的驱动电机的动力传递到转动关节处。上述的助残/助老用绳驱动机械臂中，所述水平转动关节中，被动带轮安装在两个角接触球轴承间，通过平键与水平转动关节轴联接。第三固定板和第四固定板安装在另外两块关节连接板上，第三固定板与水平转动关节轴通过销钉联接。被动同步带套在被动带轮上，两端分别与驱动该关节的两根拉线钢丝绳连接，通过拉线钢丝绳的拉动带动被动同步带和关节运动。上述的助残/助老用绳驱动机械臂中，弹性圈具有弹性可以被拉伸，当关节运动时，弯折形的拉线可逐渐被拉直，此种绕线方法使拉线在各节机械臂内蓄积一定多余长度的拉线，来满足当关节转动时，需要更长拉线的要求，并使拉线在机械臂内分布整齐。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和效果本实用新型将所有转动关节的驱动电机安装在底座驱动箱内，利用绳驱动系统将动力传递到各个关节，简化了关节处的机械结构，大大减轻了机械臂的自重，提高了机械臂的负载自重比和动态性能。利用两根拉线驱动一个关节，并对拉线施加一定预紧力的绳驱动方法，解决了绳驱动只能拉伸，不能压缩的单向性问题。采用本实用新型所提出的拉线走线方法，能够满足本机械臂的工作需要，且解决了绳驱动的多线干涉问题。使用由拉线钢丝绳和拉线套筒构成的拉线，将套筒的端部固定，驱动电机带动拉线钢丝绳在拉线套筒中移动来达到传动目的。一个关节的运动不会对其它关节产生影响，避免了绳驱动中关节运动耦合的问题。机械臂采用串行结构，克服了并联结构的工作空间较小和需要通过增加电机和绳的数量来实现机械臂的力闭合的问题，简化了控制算法，降低了控制难度。与以往绳驱动串联机械臂相比，本实用新型的绳驱动范围较大，水平转动关节可实现360°范围内转动，上下转动关节和回旋关节可实现至少180°的转动。总之，本实用新型提出的绳驱动系统，能够大幅减轻机械臂自重和机构的复杂程度，提闻机械臂动态性能，解决了以往绳驱动技术中关节运动范围小和关节运动I禹合的问题；采用模块化的设计理念，可以根据操作目标要求，增加或减少机械臂的关节数，应用范围更广。该机械臂结构适用于安装在轮椅、护理床等助残助老设备上，可有效地帮助老年人、残疾人实现生活自理。主体采用水平关节结构，可在断电时防止机械臂落下砸伤人员，具有较高的安全性。
图I为实施方式中一种助残/助老用绳驱动机械臂的整体结构示意图。图2为图I中通过关节连接板与滑块5连接的水平转动关节及其绳驱动系统的结构原理图。图3为图2中底座套筒固定装置13 —端的结构原理图。图4为图I中水平转动关节3的结构示意图。图5为图I中上下转动关节2的结构示意图。图6为图I中回旋关节I的结构示意图。图7为与滑块5连接的一节机械臂内拉线套筒走线示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。本实施方式中驱动箱设计五个转动关节驱动电机固定在底座驱动箱上，电机轴与主动带轮通过平键连接。主动同步带选用的长度与所驱动的关节有关。驱动水平转动关节的主动同步带长度应至少为位于该关节上被动带轮节圆的周长与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为关节上被动带轮节圆的周长，便能保证水平转动关节的360°范围内转动；驱动上下转动关节的主动同步带长度应至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度，便能保证上下转动关节的至少180°转动；驱动回旋关节的主动同步带长度应至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度，便能保证回旋关节的至少180°转动。主动同步带两端通过同步带夹与两根拉线钢丝绳连接，拉线钢丝绳套筒通过底座套筒固定装置固定，通过调节底座套筒固定装置的安装位置来预紧拉线钢丝绳和主动同步带。各关节的设计包括水平转动关节，上下转动关节和回旋关节。所述水平转动关节包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、第四固定板、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、水平转动关节轴、圆柱销、被动带轮和被动同步带。第一固定板、第二固定板固定在两块关节连接板上，第一角接触球轴承、第二角接触球轴承面对面分别安装在第一固定板、第二固定板中，实现水平转动关节轴的轴向和径向的固定。带轮安装在两个角接触球轴承之间，与水平转动关节轴通过平键连接。第三固定板、第四固定板固定在另两块关节连接板上，第三固定板通过销钉与水平转动关节轴连接。被动同步带套在被动带轮上后，通过两根拉线钢丝绳拉动被动同步带，带动水平关节轴转动。[0033]所述上下转动关节包括两个深沟球轴承、两块上下转动第二关节连接板、两块上下转动关节臂和上下转动关节轴。两个深沟球轴承分别安装在两块第二关节连接板中，上下转动关节轴的两端安装在两个深沟球轴承内圈中，两块上下转动关节臂通过平键与上下转动关节轴联接。两根拉线钢丝绳分别以相反的缠绕方向绕在两个第一绕线槽上，拉线钢丝绳端部通过压紧螺钉压紧固定。通过拉动绕在第一绕线槽上拉线钢丝绳，使上下转动关节轴和上下转动关节臂转动。所述回旋关节包括两个深沟球轴承、第五固定板、第六固定板和回旋关节轴。两个深沟球轴承分别安装在第五固定板和第六固定板中，回旋关节轴的两端安装在轴承内圈中，机械手等末端执行器可安装在回旋关节轴上的预留位置。两根拉线钢丝绳以相反的绕向分别绕在回旋关节轴上的两个第二绕线槽中，拉线钢丝绳端部通过压紧螺钉压紧固定，两根拉线钢丝绳分别通过两个绕线轮改变走线方向。通过拉动绕在第二绕线槽上的拉线钢丝绳，使回旋关节轴转动。
以下结合附图对本实用新型的具体实施做进一步的详细描述，但本实用新型的实施不限于此。I.如图I所示为实施方式中一种助残/助老用绳驱动机械臂的整体结构示意图。整个机械臂包括回旋关节I、上下转动关节2、水平转动关节3、第一关节连接板4、滑块5、导轨6、底座驱动箱7、驱动电机8和绳驱动系统。机械臂通过第一关节连接板4连接三个水平转动关节，滑块5安装在导轨6上，可在导轨6上上下滑动，导轨6固定在底座驱动箱7上，各转动关节的驱动电机8均安装在底座驱动箱7内。驱动电机8的动力通过绳驱动系统传送到各转动关节。水平转动关节3可实现360°范围内转动，上下转动关节2可实现至少180°的上下转动，回旋关节I可实现至少180°的转动。2.如图2所示为图I中通过关节连接板与滑块5连接的水平转动关节及其绳驱动系统的结构原理图。驱动电机8安装在底座驱动箱7上，通过平键和主动同步带轮9连接。主动同步带选用的长度与所驱动的关节有关。驱动水平转动关节的主动同步带长度应至少为位于该关节上被动带轮节圆的周长与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为关节上被动带轮节圆的周长，便能保证水平转动关节的360°范围内转动；驱动上下转动关节的主动同步带长度应至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度，便能保证上下转动关节的至少180°转动；驱动回旋关节的主动同步带长度应至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度，便能保证回旋关节的至少180°转动。两根第一拉线钢丝绳12的一端分别与主动同步带10的两端相连，通过第一带夹实现第一拉线钢丝绳12和主动同步带10的连接，两根第一拉线套筒14的一端通过底座套筒固定装置13固定在底座驱动箱7上。通过调整底座套筒固定装置13在安装槽16上的安装位置，来预紧两根拉线钢丝绳。本种绳驱动系统是利用两根拉线同时驱动一个关节的运动，能克服一般绳驱动只能拉伸不能压缩的缺点。两根绳只需承受拉力，不用承受压缩力，便能完成对关节正反方向运动的驱动。当驱动电机向某个方向转动时，带动主动同步带10运动,从而带动一根第一拉线钢丝绳12在第一拉线套筒14里移动，靠近关节处的拉线钢丝绳带动位于关节上的被动同步带17或上下转动关节轴或回旋关节轴运动，从而带动关节转动。如图3所示为图2中底座套筒固定装置13 —端的结构原理图。底座套筒固定装置13包括底座套筒固定上板18和底座套筒固定下板19，在两块固定板上分别有两个半径等于拉线套筒外壁半径的半圆21，用螺栓穿过螺栓孔20及安装槽16，使两块套筒固定板夹紧并固定在底座驱动箱上，拉线套筒的端部便可被固定。3.如图4所示为图I中水平转动关节3的结构示意图。第一固定板22和第二固定板23通过螺钉固定在两块第一关节连接板4上，第三固定板24和第四固定板25通过螺钉固定在另外两块第一关节连接板4上。第一角接触轴承28安装在第一固定板22中，第二角接触轴承29安装在第二固定板23中，两个角接触轴承面对面安装，使水平转动关节轴27在轴向和径向方向上固定。第三固定板24与水平转动关节轴27通过圆柱销26联接。被动带轮30安装在第一角接触轴承28和第二角接触轴承29之间，通过平键和水平转动关 节轴27联接。被动同步带31套在被动带轮30上，被动同步带31的长度应至少为被动带轮30节圆周长的I. 5倍，才能保证水平转动关节的360°范围内转动。4.如图5所示为图I中上下转动关节2的结构示意图。第二关节连接板32固定在水平转动关节3上。上下转动关节轴38的两个轴端分别安装深沟球轴承39，两个深沟球轴承39分别安装在两块第二关节连接板32中。上下转动关节臂40通过平键与上下转动关节轴38连接。在上下转动关节轴38上开有两个第一绕线槽36，第一绕线槽36的宽度和深度与第二拉线钢丝绳35的直径相等。一根拉线的第二拉线套筒34通过第二套筒固定装置33固定，从第二套筒固定装置33中出来的第二拉线钢丝绳35由下往上绕在第一绕线槽36上，绕过半个绕线槽后，其端部用第一螺钉37固定。另一根拉线钢丝绳的以相反绕向绕在另一个第一绕线槽上，由上往下绕过半个绕线槽，其端部用螺钉固定。当一根拉线钢丝绳拉动时,带动上下转动关节轴沿拉线钢丝绳拉动的方向转动，同时此根拉线钢丝绳绕在第一绕线槽上的长度逐渐减少，而另一根拉线钢丝绳绕在第一绕线槽上的长度逐渐增加，完成对上下转动关节的驱动。5.如图6所示为图I中回旋关节I的结构示意图。回旋关节I的第五固定板49和第六固定板50安装在两块上下转动关节臂40上。回旋关节轴46的两轴端分别安装深沟球轴承47中，两个深沟球轴承47分别安装在第五固定板49和第六固定板50中。在回旋关节轴46上开有两个第二绕线槽44，第二绕线槽44的宽度和深度与第三拉线钢丝绳43的直径相等。第三拉线套筒42由第三套筒固定装置41固定，从第三套筒固定装置41出来的第三拉线钢丝绳43绕过绕线轮48后，绕在第二绕线槽44上，绕过半圈后，第三拉线钢丝绳43端部用第二螺钉45固定。绕线轮的作用是改变拉线钢丝绳绕线方向。另一根拉线钢丝绳绕过另一个绕线轮后，绕在另一个第二绕线槽上，绕向与上一根相反。当一根拉线钢丝绳拉动时,带动回旋关节轴沿拉线钢丝绳拉动的方向转动，同时此根拉线钢丝绳绕在第二绕线槽上的长度逐渐缩短，而另一根拉线钢丝绳绕在绕线槽上的长度逐渐加长，完成对回旋关节的驱动。6.如图7所示为与滑块5连接的一节机械臂内拉线套筒走线示意图。拉线走线方法为将所有拉线分为两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂。弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，在关节连接板上均匀分布，其中一组穿过一侧的第一弹性圈51后，绕到另一侧的第二弹性圈52，再依次绕过第三弹性圈53、第四弹性圈54、第九弹性圈55，将每根拉线绕到对应的关节处；另一组拉线穿过第五弹性圈61后，再依次穿过第六弹性圈62、第七弹性圈63和第八弹性圈64，将每根拉线绕到对应的关节处。这种弯折形的走线方法可以使拉线在每一节机械臂中蓄积一定的多余长度，而且使拉线整齐。弹性圈可以被拉伸，因此弯折形的拉线可以被逐渐拉直，来满足关节转动时需要更长的拉线的要求。由上述可知，本实用新型提出的绳驱动机械臂的结构和方法，与其它绳驱动机械臂相比，具有结构简单，运动空间大，无关节运动耦合等优点，并能够有效地减轻机械臂的重量，提高机械手承载能力和和动态性能；本实用新型中每个驱动电机驱动一个转动关节，驱动电机的旋转时，主动同步带拉动一根拉线钢丝绳，另一根拉线钢丝绳被转动关节拉动， 整个驱动过程中拉线钢丝绳始终保持拉紧状态，解决了绳驱动只能拉伸不能压缩的单向性问题；本实用新型提出的拉线走线方法，利用弯折形的走线在每节机械臂中蓄积一定多余长度的拉线，能够满足当关节转动时需要更长拉线的要求，并使拉线在机械臂中比较整齐。
权利要求1.一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于包括回旋关节(I)、上下转动关节(2)、水平转动关节(3)、第一关节连接板(4)、滑块(5)、导轨(6)、底座驱动箱(7)、驱动电机(8)和绳驱动系统，回旋关节(I)完成绕轴向的转动，上下转动关节(2)完成在垂直面内的绕轴转动，水平转动关节(3 )完成水平面内的绕轴转动；回旋关节(I)、上下转动关节(2 )和水平转动关节(3)串联连接，水平转动关节(3)与滑块(5)间通过关节连接板连接，滑块(5)安装在导轨(6)上且能沿着导轨(6)上下滑动，导轨￠)固定在底座驱动箱(7)上；每个关节均各自由一个驱动电机驱动，完成正反转运动，各关节的驱动电机安装在底座驱动箱内，每个驱动电机各自利用一个绳驱动系统将动力传到各个关节，各个绳驱动系统的拉线在机械臂内的走线为弯折形。
2.根据权利要求I所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于水平转动关节个数为三个以上，三个以上的水平转动关节通过关节连接板串联安装，靠近滑块(5)的水平转动关节也通过关节连接板与滑块(5)连接。
3.根据权利要求I所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述绳驱动系统包括主动同步带(10)、主动带轮(9)、第一带夹(11)、底座套筒固定装置(13)和两根拉线；所述两根拉线由两根第一拉线套筒(14)和两根第一拉线钢丝绳(12)组成；主动带轮(9)与驱动电机(8)通过平键连接，主动同步带(10)套在主动带轮(9)上，两根第一拉线钢丝绳(12)的一端各自通过一个第一带夹(11)与主动同步带(10)的两端连接，第一拉线套筒(14)通过底座套筒固定装置(13)固定在底座驱动箱(7)上，两根第一拉线钢丝绳(12)的另一端与相应关节连接，通过调节底座套筒固定装置(13)的安装位置来预紧第一拉线钢丝绳(12)及主动同步带(10);当驱动电机转动时,主动同步带(10)带动一根第一拉线钢丝绳(12)在第一拉线套筒(14)内移动，第一拉线钢丝绳(12)带动关节转动，同时关节拉动另一根第一拉线钢丝绳(12)在拉线套筒内移动，完成将驱动电机的动力传到转动关节。
4.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述拉线的走线方式为将所有拉线分为两组，拉线由底座驱动箱进入靠近滑块的一节机械臂，八个弹性圈均匀分布在该节机械臂的两侧，即一侧有四个弹性圈，各弹性圈用螺钉固定在关节连接板上，其中一组穿过一侧的第一弹性圈(51)后，绕到另一侧的第二弹性圈(52)，再依次绕过第三弹性圈(53)、第四弹性圈(54)、第九弹性圈(55)，将每根拉线绕到对应的关节处，另一组拉线穿过第五弹性圈(61)后，再依次穿过第六弹性圈(62)、第七弹性圈(63)和第八弹性圈(64)，将每根拉线绕到对应的关节处。
5.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述底座套筒固定装置(13)包括底座套筒固定上板(18)和底座套筒固定下板(19)，底座套筒固定下板(19)放在底座驱动箱(7)上，底座套筒固定上板(18)放在底座套筒固定下板(19)上，使用螺栓穿过螺栓孔(20)将底座套筒固定上板(18)和底座套筒固定下板(19)固定在底座驱动箱(7)上。
6.根据权利要求3所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述水平转动关节(3)包括第一固定板(22)、第二固定板(23)、第三固定板(24)、第四固定板(25)、第一角接触球轴承(28 )、第二角接触球轴承(29 )、水平转动关节轴(27 )、圆柱销(26 )、被动带轮(30)、被动同步带(31);第一固定板(22)、第二固定板(23)安装在两块关节连接板上，第三固定板(24)、第四固定板(25)安装在另外两块关节连接板上；第一角接触球轴承(28)和第二角接触球轴承(29)以面对面安装方式分别安装在第一固定板(22)和第二固定板(23)中，对水平转动关节轴(27 )作轴向和径向的固定，第三固定板(24 )通过圆柱销(26 )与水平转动关节轴(27)连接；被动带轮(30)安装在两轴承之间，被动同步带(31)套在被动带轮(30)上，其两端分别通过第二带夹(71)与驱动本关节的拉线钢丝绳连接；当该拉线钢丝绳拉动时，通过被动同步带(31)带动被动带轮(30)和水平转动关节轴(27)转动,从而带动第三固定板(24)、第四固定板(25)转动。
7.根据权利要求6所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述上下转动关节(2)包括两个深沟球轴承(39)、两块第二关节连接板(32)、两块上下转动关节臂(40)、上下转动关节轴(38);两个深沟球轴承(39)分别安装在两块第二关节连接板(32)中，上下转动关节轴(38)的两端安装在两个深沟球轴承(39)中，上下转动关节臂(40)通过平键与上下转动关节轴(38)联接；第二拉线套筒(34)通过第二套筒固定装置(33)固定，从第二套筒固定装置(33)伸出的第二拉线钢丝绳(35)绕在第一绕线槽(36)上，其端部用压紧第一螺钉(37)固定，另一根拉线钢丝绳绕在上下转动关节轴(38)的另一个第一绕线槽上，与上一根绕法相同，绕向相反。
8.根据权利要求7所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于所述回旋关节(I)包括两个深沟球轴承(47)、第五固定板(49)、第六固定板(50)、回旋关节轴(46);两个深沟球轴承(47)分别安装在第五固定板(49)和第六固定板(50)中，两块固定板安装在上下转动关节臂(40)上，回旋关节轴(46)安装在两个深沟球轴承(47)中；第三拉线套筒(42)通过第三套筒固定装置(41)固定，从第三套筒固定装置(41)中伸出的第三拉线钢丝绳(43)绕过绕线轮(48)后，绕在第二绕线槽(44)上，其端部用压紧螺钉固定，另一根拉线钢丝绳与上一根绕法相同，绕向相反。
9.根据权利要求8所述的一种助残/助老用绳驱动机械臂，其特征在于驱动水平转动关节的主动同步带长度应至少为位于该关节上被动带轮节圆的周长与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为关节上被动带轮节圆的周长，使水平转动关节的360°范围内转动；驱动上下转动关节的主动同步带长度应至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第一绕线槽上两根第二拉线钢丝绳长度，使上下转动关节能至少做180°转动；驱动回旋关节的主动同步带长度应至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度与位于驱动该关节的驱动电机上主动带轮节圆的半个周长之和，驱动该关节的绳驱动系统的底座套筒固定装置到该驱动电机的轴的距离至少为第二绕线槽上两根第三拉线钢丝绳长度，使回旋关节至少能做180°转动。
专利摘要本实用新型涉及一种助残/助老用绳驱动机械臂,机械臂结构包括回旋关节、上下转动关节、水平转动关节、第一关节连接板、滑块、导轨、底座驱动箱、驱动电机和绳驱动系统。每个转动关节的驱动电机都安转在底座驱动箱内，利用绳驱动系统将驱动电机的动力传到各个转动关节，实现对转动关节的驱动。本实用新型解决了绳驱动过程中只能拉伸不能压缩的问题，利用绳驱动系统将动力传递到各个关节，简化了关节处的机械结构，大大减轻了机械臂的自重，提高了机械臂的负载自重比和动态性能。该机械臂结构简单，安全性能高，行程范围大，特别适于安装在轮椅，护理床等助残助老设备上。
文档编号A61G7/05GK202622804SQ20122021732
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者张勤, 王帅 申请人:华南理工大学