一种绳驱机器人及驱动方法

技术领域

本发明涉及一种绳驱机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

现有仿人机器人的关节大多为电机加减速机或同步带等传动控制，电机和减速机等部件很多都在关节上或手臂上，由于受限于机器人外形尺寸，所选用电机功率不可能很大，这就导致了机器人末端负载能力大大减小。另外，还有少数机器人的关节采用液压传动控制，而液压传动有泄漏问题，且装配过程中加油麻烦。

要使得仿人机器人更加灵活，重量轻，且负载能力强，现有技术无法完成，需要继续创新。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种绳驱机器人，可以大大减少机械臂上的电机布置，从而减轻机械臂重量和减小体积，增加末端负载。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种绳驱机器人，机器人的身躯架体内安装，由若干伺服电机以阵列方式布置形成的伺服电机阵列，对应伺服电机阵列安装的联轴器阵列和滚珠丝杠阵列，以及固定滚珠丝杠的轴承阵列；每个伺服电机对应驱动设置在滚珠丝杆上的丝杆螺母做独立往复运动，安装在丝杠螺母上的牵引板，牵引板连接牵引绳机构的环形牵引绳往复运动，环形牵引绳带动安装在机器人运动关节处的驱动槽轮旋转带动运动肢的旋转运动。

进一步的，所述身躯架体由电机固定板、丝杆固定板、绳管固定板和框架组成，在丝杆固定板和绳管固定板之间设置与滚珠丝杠阵列平行并对应设置的导柱阵列，牵引板通过直线轴承安装在导柱上，沿导柱滑动。

进一步的，所述牵引绳机构包括牵引绳、换向槽轮、绳管、关节处的驱动槽轮、螺纹张紧器，牵引绳绕过换向槽轮和关节处的驱动槽轮形成闭环，牵引绳两个端头分别固定在牵引板上，绳管和螺纹张紧器套在牵引绳外面限制牵引绳的长度并使牵引绳张紧，消除往复间隙。

更进一步的，所述驱动槽轮上设置缺口，与安装在其上的绳固定器配合，使牵引绳能驱动槽轮,环形绳机构用两个驱动槽轮有效避免绳驱往复传动的回差。

更进一步的，所述驱动槽轮为中空结构，利于下部管线穿过。

进一步的，所述身躯架体上还安装有一对胸大肌绳缸机构和肩轴电机及减速机，胸大肌绳缸一端通过球头与绳管固定板连接，另一端通过大角度球头与肩壳体连接，肩壳体与肩轴铰接，用于驱动大臂的外展运动，大臂自旋运动依靠牵引绳牵引固定在大臂顶端的驱动槽轮运动，肩轴电机通过减速机带动大臂做旋转运动，且与胸大肌绳缸机构并联驱动大臂实现全自由度运动。

更进一步的，所述大臂与肩壳体通过交叉滚子轴承连接。

更进一步的，所述胸大肌绳缸机构包括胸大肌绳缸、胸肌牵引绳、胸肌活塞杆、绳缸活塞、绳缸直线轴承、胸肌绳管，其中胸大肌绳缸为侧开孔缸体或槽体，胸肌绳管固定在胸大肌绳缸的两端盖上，绳缸直线轴承固定在胸大肌绳缸输出端，胸肌活塞杆穿过绳缸直线轴承，在胸大肌绳缸内往复滑动，胸大肌牵引绳与绳缸活塞相对固定，并牵引绳缸活塞带动胸肌活塞杆往复运动；大臂通过在大臂内安装的肘关节槽轮连接小臂连接件，肘关节槽轮上套接小臂驱动绳，在小臂驱动绳穿在绳管内，通过螺旋张紧器调节。

本发明的有益技术效果是：通过阵列排放的伺服电机和滚珠丝杠与牵引绳机构配合，可节省空间和重量，采用动力输出集中布置，可以大大减少机械肢体上的电机布置，使整体结构简化，从而减轻机械肢体，如机械臂的重量和体积，增加末端负载。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明前轴侧示意图；

图2为本发明后轴侧示意图。

图中：1、伺服电机阵列，2、电机固定板，3、联轴器阵列，4、槽轮支架，5、换向槽轮，6、牵引板，7、丝杆固定板，8、导柱阵列，9、直线轴承，10、肘关节槽轮，11、小臂驱动绳，12、绳管，13、大臂，14、丝杆螺母，15、螺纹张紧器，16、滚珠丝杠阵列，17、胸肌牵引绳，18、绳管固定板，19、绳缸活塞，20、胸大肌绳缸，21、胸肌绳管，22、胸肌活塞杆，23、交叉滚子轴承，24、肩壳体，25、大角度球头，26、肩轴，27、谐波减速机，28、框架，29、肩轴电机，30、绳固定器，31、大臂自旋槽轮，32、大臂自旋驱动绳，33、大臂自旋绳管，34、小臂连接件,35、绳缸直线轴承。

具体实施方式

一种绳驱机器人，机器人的身躯架体内安装，由若干伺服电机以阵列方式布置形成的伺服电机阵列，对应伺服电机阵列安装的联轴器阵列和滚珠丝杠阵列，以及固定滚珠丝杠的轴承阵列；每个伺服电机对应驱动设置在滚珠丝杆上的丝杆螺母做独立往复运动，安装在丝杠螺母上的牵引板，牵引板连接牵引绳机构的环形牵引绳往复运动，环形牵引绳带动安装在机器人运动关节处的槽轮旋转带动运动肢的旋转运动。

如图1、2所示，以驱动机器人手臂为例。

采用电机固定板2、丝杆固定板7、绳管固定板18、框架28组成机器人的身躯架体，在电机固定板2的下方固定安装由若干伺服电机以阵列方式布置形成的伺服电机阵列1；在电机固定板2和丝杆固定板7之间的空间内，对应伺服电机阵列1安装的联轴器阵列3，以及安装在丝杆固定板7下方的槽轮支架4，安装在两个槽轮支架4内的换向槽轮5；在丝杆固定板7和绳管固定板18之间的空间内，对应伺服电机阵列1、联轴器阵列3安装的滚珠丝杠阵列16，在丝杆固定板7和绳管固定板18之间设置与滚珠丝杠阵列16平行并对应设置的导柱阵列8，牵引板6通过直线轴承9安装在导柱上，沿导柱滑动；每个伺服电机对应驱动设置在滚珠丝杆上的丝杆螺母14做独立往复运动，安装在丝杠螺母14上的牵引板6，牵引板6连接牵引绳机构的环形牵引绳往复运动，环形牵引绳带动安装在机器人运动关节处的驱动槽轮旋转带动运动肢的旋转运动。

牵引绳机构包括牵引绳、换向槽轮5、绳管12、关节处的驱动槽轮、螺纹张紧器15，牵引绳绕过换向槽轮和关节处的驱动槽轮形成闭环，牵引绳两个端头分别固定在牵引板上，绳管12和螺纹张紧器15套在牵引绳外面限制牵引绳的长度并使牵引绳张紧，消除往复间隙。

驱动槽轮上设置缺口，与安装在其上的绳固定器30配合，使牵引绳能驱动槽轮,环形绳机构用两个驱动槽轮有效避免绳驱往复传动的回差，驱动槽轮为中空结构，利于下部管线穿过。

身躯架体上安装有一对胸大肌绳缸机构和肩轴电机29及谐波减速机27，胸大肌绳缸20一端通过球头与绳管固定板18连接，另一端通过大角度球头25与肩壳体24连接，肩壳体24与肩轴26铰接，用于驱动大臂13的外展运动，大臂13自旋运动依靠大臂自旋牵引绳32牵引固定在大臂顶端的大臂自旋槽轮31运动，肩轴电机29通过减速机带动大臂做旋转运动，且与胸大肌绳缸机构并联驱动大臂实现全自由度运动，大臂13与肩壳体24通过交叉滚子轴承23连接，大臂自旋牵引绳32穿在大臂自旋绳管33中。

胸大肌绳缸机构包括胸大肌绳缸20、胸肌牵引绳17、胸肌活塞杆22、绳缸活塞19、绳缸直线轴承35、胸肌绳管21，其中胸大肌绳缸为侧开孔缸体或槽体，胸肌绳管21固定在胸大肌绳缸的两端盖上，绳缸直线轴承35固定在胸大肌绳缸20输出端，胸肌活塞杆22穿过绳缸直线轴承35，在胸大肌绳缸20内往复滑动，胸大肌牵引绳17与绳缸活塞19相对固定，并牵引绳缸活塞19带动胸肌活塞杆22往复运动。

大臂13通过在大臂13内安装的肘关节槽轮10连接小臂连接件34，肘关节槽轮10上套接小臂驱动绳11，在小臂驱动绳11穿在绳管12内，通过螺旋张紧器15调节。

本发明通过阵列排放的伺服电机和滚珠丝杠与牵引绳机构配合，可节省空间和重量，采用动力输出集中布置，可以大大减少机械肢体上的电机布置，使整体结构简化，从而减轻机械肢体，如机械臂的重量和体积，增加末端负载。

上述实施例用于对本发明的结构进行解释和说明，并不能用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明基础上的简单的或无创造性的增减，均属于本发明的保护范围。