发明内容
本发明的主要目的在于提出一种遥操作机械手的传动结构,旨在解决现有的遥操作机械手的重心偏高的技术问题。
为实现上述目的,本发明提出一种遥操作机械手的传动结构,该遥操作机械手的出的传动结构包括:底座、转台;
底座包括固定座和转台传动机构,转台传动机构包括转台电机,转台电机水平设置于固定座上;
转台包括转动盘、大臂传动机构和小臂传动机构,大臂传动机构包括大臂电机,小臂传动机构包括小臂电机,大臂电机和小臂电机设置于转动盘的下方。
其中,转台传动机构还包括转台减速组件和转台转轴,转台电机的输出轴通过转台减速组件与转台转轴连接。
其中,转台转轴大致位于固定座的中心。
其中,转台减速组件包括转台第一传动轮和转台第二传动轮,转台第一传动轮同轴设置在转台电机的输出轴上,转台第二传动轮水平设置于固定座上并与其转动连接。
其中,转台第一传动轮与转台第二传动轮组合为锥齿轮副。
其中,转台减速组件还包括转台第三传动轮和转台第四传动轮,转台第三传动轮与转台第二传动轮同轴固定。
其中,转台第一传动轮与转台第二传动轮的减速比为1.5:1 ~ 3:1,转台第三传动轮与转台第四传动轮的减速比为5:1 ~ 10:1。
其中,转台第三传动轮和转台第四传动轮之间通过缠绕在两轮上的第一刚性绳进行传动。
其中,第一刚性绳设置有两根;每根第一刚性绳的首末两段分别绕设于转台第三传动轮与转台第四传动轮,且首末两端分别固定于转台第三传动轮与转台第四传动轮;两根第一刚性绳的绕行方向相反。
其中,转台转轴包括:
固定轴,竖直设置在固定座上;
转动轴,转动轴的上端与转动盘连接,下端套设于固定轴的上部并与其转动连接;
所述转台第四传动轮与所述转动轴同轴固定。
其中,转动轴呈中空设置,转动轴内设有第一编码器;和/或,
转台电机设有第二编码器。
其中,大臂电机与小臂电机分别水平设置在转动盘的相对两侧。
其中,大臂电机的输出轴与小臂电机的输出轴的朝向相反。
其中,大臂传动机构还包括大臂减速组件,小臂传动机构还包括小臂减速组件,大臂减速组件与小臂减速组件设置在转动盘的相对两侧。
其中,大臂减速组件包括与大臂电机连接的大臂一级减速单元和与大臂一级减速单元连接的大臂二级减速单元;
小臂减速组件包括与小臂电机连接的小臂一级减速单元和与小臂一级减速单元连接的小臂二级减速单元。
其中,大臂一级减速单元包括大臂第一传动轮和大臂第二传动轮,大臂第一传动轮设于大臂电机的输出轴上,大臂第二传动轮与大臂第一传动轮传动连接;
大臂二级减速单元包括大臂第三传动轮和大臂第四传动轮,大臂第三传动轮与大臂第二传动轮同轴设置,大臂第四传动轮与大臂第三传动轮传动连接。
其中,小臂一级减速单元包括小臂第一传动轮和小臂第二传动轮,小臂第一传动轮设于小臂电机的输出轴上,小臂第二传动轮与小臂第一传动轮传动连接;
小臂二级减速单元包括小臂第三传动轮和小臂第四传动轮,小臂第三传动轮与小臂第二传动轮同轴设置,小臂第四传动轮与小臂第三传动轮传动连接。
其中,大臂第三传动轮和大臂第四传动轮之间通过缠绕在两轮上的第二刚性绳进行传动,小臂第三传动轮和小臂第四传动轮之间通过缠绕在两轮上的第三刚性绳进行传动。
其中,转动盘上设有位于其相对两侧的第一通孔和第二通孔,大臂第二传动轮穿设于第一通孔,大臂第二传动轮的至少一部分位于第一通孔的上方,小臂第二传动轮穿设于第二通孔,小臂第二传动轮的至少一部分位于第二通孔的上方。
其中,大臂第四传动轮和小臂第四传动轮相对设置在转动盘的上方,且位于大臂第二传动轮与小臂第二传动轮之间。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括设置于转动盘的上表面的第一安装架和第二安装架,大臂第四传动轮与第一安装架转动连接,小臂第四传动轮与第二安装架转动连接。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括大臂关节和小臂第一转轴,
大臂关节的两端分别与所与第一安装架和第二安装架转动连接,
小臂第一转轴穿设于大臂关节,并与大臂关节转动连接,
大臂关节与大臂第四传动轮连接,小臂第一转轴与小臂第四传动轮连接。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括第三编码器,第三编码器与大臂第四传动轮连接;和/或,还包括第四编码器,第四编码器设置于大臂电机上。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括第五编码器,第五编码器与小臂第四传动轮连接;和/或,还包括第六编码器,第六编码器设置于大臂电机上。
其中,大臂关节包括关节壳体和连接于关节壳体一侧的大臂关节转轴,
大臂关节转轴与第一安装架转动连接,关节壳体与第二安装架转动连接,
小臂第一转轴的一端与大臂关节转轴同轴设置并转动连接,
小臂第一转轴的另一端穿过关节壳体并与小臂第四传动轮连接。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括中空的大臂臂杆、小臂关节和小臂第二转轴,大臂臂杆的一端与关节壳体连接,另一端与小臂关节连接,小臂第一转轴与小臂第二转轴通过位于大臂臂杆内的第四刚性绳进行传动。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括小臂第五传动轮和小臂第六传动轮,小臂第五传动轮同轴设置于小臂第一转轴上,小臂第六传动轮同轴设置于小臂第二转轴上,小臂第五传动轮和小臂第六传动轮通过缠绕在两轮上的第四刚性绳进行传动。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括小臂臂杆,小臂臂杆设于小臂关节远离大臂臂杆的一侧。
其中,小臂关节包括:
第一连接座,与大臂臂杆靠近小臂臂杆的一端连接;
第二连接座,与小臂臂杆靠近大臂臂杆的一端连接;
小臂第二转轴的两端分别穿设于第一连接座和第二连接座的侧壁。
其中,遥操作机械手的传动结构还包括手柄传动结构,手柄传动结构包括:
安装架,包括两相对设置的侧臂和连接两侧臂底端的底端连接臂;
第一传动机构,包括第一电机,该第一电机与底端连接臂连接;
第二传动机构,包括第二电机及与第二电机相连接的传动轴,第二电机安装于安装架的一侧臂,传动轴的第一端穿设于安装架的一侧臂,第二端穿设于安装架的另一侧臂;以及,
第三传动机构,包括第三电机,该第三电机交叉设置在传动轴上。
其中,第二电机与传动轴垂直设置,第二传动机构还包括传动配合的第一传动轮和第二传动轮,第一传动轮与第二电机的输出轴连接,第二传动轮同轴固定在传动轴的一端。
其中,第一传动轮与第二传动轮为锥齿轮副。
本发明进一步提出一种遥操作机械手,该遥操作机械手包括前述所记载的遥操作机械手的传动结构,该遥操作机械手的传动结构包括:底座、转台;
底座包括固定座和转台传动机构,转台传动机构包括转台电机,转台电机水平设置于固定座上;
转台包括转动盘、大臂传动机构和小臂传动机构,大臂传动机构包括大臂电机,小臂传动机构包括小臂电机,大臂电机和小臂电机设置于转动盘的下方。
本发明还提出一种遥操作设备,该遥操作设备包括从机械手和前述所记载的遥操作机械手,遥操作机械手与从机械手通讯连接,该遥操作机械手包括前述所记载的遥操作机械手的传动结构,该遥操作机械手的传动结构包括:底座、转台;
底座包括固定座和转台传动机构,转台传动机构包括转台电机,转台电机水平设置于固定座上;
转台包括转动盘、大臂传动机构和小臂传动机构,大臂传动机构包括大臂电机,小臂传动机构包括小臂电机,大臂电机和小臂电机设置于转动盘的下方。
与现有技术相比,本发明实施例的有益技术效果在于:
本发明中,转台电机水平设置在固定座上,占用了较小的底座内部空间,基于此,大臂电机和小臂电机能够设置在转动盘的下方,即利用底座内余出的空间,如此布置方式使得三个电机的位置都得以降低,因而降低了整个机械手的重心,提高了机械手的运动稳定性。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”或“固定在”或“设置在”另一个元件上时,它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
遥操作系统,也可以叫做遥操作设备、力反馈系统,或力反馈设备,它是一种至少由主机械手和从机械手组成的远程操控设备。其中,主机械手供用户手动操作,可以设置在任何不妨碍其运动的环境中。从机械手与主机械手分体,是具有独立作业能力的机械手设备,与主机械手配合后主要作为随主机械手的操控指令而作业的角色,从机械手一般设置于工作现场。
主机械手与从机械手之间如何实现交互:主机械手与从机械手之间可通过线缆连接通信,或者采用远程无线通信方式,用户操控主机械手末端的手柄动作,反应到主机械手的各关节数据,再通过比例映射法、位置-速度映射法、工作空间分块映射法等空间映射方法,将主机械手的手柄的位姿转换为从机械手的末端执行器的位姿,并通过从机械手的运动学逆方程确定从机械手各关节的运动,从而实现对从机械手的运动控制,使从机械手的末端执行器执行相应动作。从机械手在执行动作过程中,力感知或触觉等感觉传感器所感应的数据信息,同样反馈到主机械手,主机械手通过各关节电机驱动手柄动作使用户获得力感知。
本发明主要针对其中主机械手的结构进行改造优化,本文本中所提及的机械手均主要指代主机械手,但是不可排除的是,存在部分情况下,从机械手与主机械手采用相同构造,因此本发明也可能同样适用于采用同类构造的其他机械手,其中包括从机械手。
本发明主要针对其中主机械手的结构进行改造优化,本文本中所提及的机械手均主要指代主机械手,但是不可排除的是,存在部分情况下,从机械手与主机械手采用相同构造,因此本发明也同样适用于采用同类构造的其他机械手,其中包括从机械手。
参照图3-4,图3为本发明一实施例中遥操作机械手的传动结构的结构示意图,图4为图3实施例中转台的结构示意图。
在一些实施例中,本发明提出一种遥操作机械手的传动结构,该遥操作机械手的传动结构包括:底座1、转台2;
底座1包括固定座11和转台传动机构12,转台传动机构12包括转台电机121,转台电机121水平设置于固定座11上;
转台2包括转动盘21、大臂传动机构22和小臂传动机构23,大臂传动机构22包括大臂电机221,小臂传动机构23包括小臂电机231,大臂电机221和小臂电机231设置于转动盘21的下方。
本实施例中,底座1中构造有中空的腔体,以用于安装转台传动机构12。底座1包括作为安装基座的固定座11,转台电机121水平设置在固定座11上,以降低底座1的重心,使得遥操作机械手整体的重心得以降低,从而提高遥操作机械手的稳定性。转台电机121可以是伺服电机,也可以是不仅电机,包括但不限于此。
转台2包括设置在底座1上方的转动盘21,转动盘21与转台电机121的输出轴传动连接,转动盘21上设置有大臂传动机构22和小臂传动机构23。其中,大臂传动机构22所包括的大臂电机221设置在转动盘21的下方,小臂传动机构23所包括的小臂电机231也设置在转动盘21的下方,该下方可以直接为转动盘21的下表面,也可以是转动盘21下方能与转动盘21随动的其他结构上。
本发明所提出的转台2,特别将大臂电机221和小臂电机231两个具有一定重量的部件安装在转动盘21的下表面,这样,就使得整个转台2的重心得以降低,而低重心能够提高转台2运行的稳定性,因而提高遥操作机械手的操作精度。
参照图5,图5为图3实施例中底座1的结构示意图。
在一些实施例中,转台传动机构12还包括转台减速组件122和转台转轴123,转台电机121的输出轴通过转台减速组件122与转台转轴123连接。
本实施例中,转台减速组件122用于转台电机121与转台转轴123之间的动力传递,转台转轴123竖直设置在固定座11上并与转动盘21的底部连接。由于转台电机121水平设置在固定座11上,而转台转轴123竖直设置,因此,转台减速组件122需对转台电机121所输出的水平方向上的动力转化为竖直方向上的动力。其中,转台减速组件122可采用锥齿轮副,也可采用蜗轮蜗杆,包括但不限于此,本领域技术人员可根据实际情况进行设计。
参照图5,在一些实施例中,转台转轴123大致位于固定座11的中心。
本实施例中,转台转轴123大致位于固定座11的中心,使固定座11的整体受力分布更均衡,转台2相对固定座11转动时更加稳定,从而保证遥操作主机械手操作的稳定性。
参照图5,在一些实施例中,转台减速组件122包括转台第一传动轮1221和转台第二传动轮1222,转台第一传动轮1221同轴设置在转台电机121的输出轴上,转台第二传动轮1222水平设置于固定座11上并与其转动连接。
本实施例中,转台第一传动轮1221与转台电机121的输出轴同轴,即转台第一传动轮1221轴线水平,转台第二传动轮1222水平设置,即转台第二传动轮1222的轴线竖直,经转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的传动配合,实现绕水平轴线的转动与绕竖直轴线的转动之间的运动传递。
参照图5,在一些实施例中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222组合为锥齿轮副。
本实施例中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222为两个相互啮合的锥齿轮,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222通过锥齿轮传动,传动更稳定。当然,在其它的实施例中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222还可采用其它实现相同传动功能的传动轮部件。
参照图5,在一些实施例中,转台减速组件122还包括转台第三传动轮1223和转台第四传动轮1224,转台第三传动轮1223与转台第二传动轮1222同轴固定,转台第四传动轮1224与转台转轴123同轴固定。
转台2第三转动轮与转台第二传动轮1222为一同转动,转台第四传动轮1224与转台转轴123为一同转动,通过转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的传动配合,以及转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的传动配合,实现转台电机121的输出轴与转台转轴123之间的运动传递。
在一些实施例中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比为1.5:1~ 3:1,转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的减速比为5:1 ~ 10:1。
转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比为1.5:1 ~ 3:1,例如,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比为1.5:1时,转台第一传动轮1221转动1.5圈,转台第二传动轮1222则转动1圈;转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比为3:1时,转台第一传动轮1221转动3圈,转台第二传动轮1222则转动1圈。在一较佳实施方案中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比采用2:1。此外,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比还可以为1.6:1、1.8:1、2.2:1、2.4:1、2.6:1、2.8:1、2.9:1、3:1
转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的减速比为5:1 ~ 10:1,例如,转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的减速比为5:1时,转台第三传动轮1223转动5圈,转台第四传动轮1224则转动1圈;转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的减速比为10:1时,转台第三传动轮1223转动10圈,转台第四传动轮1224则转动1圈。在一较佳实施方案中,转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224的减速比采用8.7:1。此外,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222的减速比还可以为6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1。
本实施例中,转台第一传动轮1221与转台第二传动轮1222构成一级减速,转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224构成二级减速,转台减速组件122的减速比=一级减速的减速比×二级减速的减速比。其中,一级减速的减速比为1.5:1 ~ 3:1,二级减速的减速比为5:1 ~ 10:1,转台减速组件122的减速比为7.5:1~30:1。在一较佳实施方案中,转台减速组件122的减速比采用17.4:1。
在一些实施例中,转台第三传动轮1223和转台第四传动轮1224之间通过缠绕在两轮上的第一刚性绳进行传动。刚性绳指的是满足一定刚性要求、不容易产生弹性形变的细绳,其既能够承受一定强度的拉力,也能够进行缠绕等动作。刚性绳可以为钢丝绳,或其他主要由金属材质制成的绳子。从体积上来看,刚性绳相比同步带、齿轮传动等传动结构,占用空间小;从传动效果的角度来看,刚性绳通过缠绕的方式,利用牵拉力实现两个传动轮之间的传动,不管是正转还是反转,刚性绳都始终处于紧绷的状态,因此可有效避免类似齿轮传动或同步带传动时的回程间隙等问题,保证传动精度。
转台第三传动轮1223和转台第四传动轮1224之间通过缠绕在两轮上的第一刚性绳进行传动。采用刚性绳传动的方式,使转台第三传动轮1223和转台第四传动轮1224结构更简单、加工方便,且传动无噪音、无振动和冲击,传动更加的平稳。
在一些实施例中,第一刚性绳设置有两根;每根第一刚性绳的首末两段分别绕设于转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224,且首末两端分别固定于转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224;两根第一刚性绳的绕行方向相反。
本实施例以转台第四传动轮1224带动转台第三传动轮1223转动为例,描述刚性绳传动原理,原理如下:转台第四传动轮1224朝第一方向(例如,顺时针)转动时,其中一根(称为第一根)刚性绳绕设到转台第四传动轮1224上的长度逐渐增加,第一根刚性绳绕设到转台第三传动轮1223上的长度逐渐减少,另一根(称为第二根)刚性绳绕设到转台第四传动轮1224上的长度逐渐减少,第二根刚性绳绕设到转台第三传动轮1223上的长度逐渐增加,通过第一根刚性绳牵引着转台第三传动轮1223转动;当转台第四传动轮1224朝第二方向(例如,逆时针)转动时,第二根刚性绳绕设到转台第四传动轮1224上的长度逐渐增加,第二根刚性绳绕设到转台第三传动轮1223上的长度逐渐减少,第一根刚性绳绕设到转台第四传动轮1224上的长度逐渐减少,第一根刚性绳绕设到转台第三传动轮1223上的长度逐渐增加,转台第四传动轮1224通过第二根刚性绳牵引着转台第三传动轮1223转动。同理,转台第三传动轮1223带动转台第四传动轮1224转动的原理与上述原理一致,只需在上述原理描述基础上将转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224调换位置即可,在此不在赘述。
本实施例通过采用上述的刚性绳设置方案,转台第三传动轮1223与转台第四传动轮1224之间的顺、逆时针方向的传动分别通过第一根、第二根刚性绳牵引,传动的精度更高,稳定性更好。
参照图6,图6为图5实施例中转台2驱动轴的结构示意图。
在一些实施例中,转台转轴123包括:
固定轴1231,竖直设置在固定座上;
转动轴1232,转动轴1232的上端与转动盘21连接,下端套设于固定轴1231的上部并与其转动连接;
转台第四传动轮1224与转动轴1232同轴固定。
本实施例中,固定轴1231与转动轴1232同轴套设,转动轴1232套设于固定轴1231上部的外表面,固定轴1231的下部用于与固定座11连接,转动轴1232通过固定轴1231安装于固定座11上,并与转动盘21连接以带动其转动。在固定座11上安装主轴时,先将固定轴1231与转动轴1232组装,而后将固定轴1231竖直安装于固定座11上,然后可将其他结构结构安装于固定座11上。由于转动轴1232是通过固定轴1231安装,而固定轴1231在固定座11上所占用的空间很小,也不会对其他结构的安装造成影响,因此,可大大提高固定座11上其他结构的安装便利性。
参照图5及图6,在一些实施例中,转动轴1232呈中空设置,转动轴1232内设有第一编码器3;和/或,转台电机121连接有第二编码器4。
转动轴1232呈中空设置,其内部形成有第一腔体,该第一腔3沿转动轴1232的轴线方向延伸。第一编码器3安装于第一腔体内,可节省安装空间,提高空间利用率,使得整体结构更加紧凑。其中,第一编码器3用于检测转动轴1232的转动参数,第二编码器4用于检测转台电机121的输出轴的转动参数。
参照图4,在一些实施例中,大臂电机221与小臂电机231分别水平设置在转动盘21的相对两侧。
本实施例中,大臂电机221和小臂电机231分别水平设置在转动盘21的相对两侧,如此可使得转台2的质量分布相对均匀,以保证转台2的重心位于其中部区域,从而进一步提高遥操作机械手的稳定性。
参照图4,在一些实施例中,大臂电机221的输出轴与小臂电机231的输出轴的朝向相反。
本实施例中,大臂电机221的输出轴朝向转动盘21的一侧,小臂电机231的输出轴朝向转动盘21的另一相对侧,由于大臂电机221和小臂电机231的输出轴朝向相反,因此,与大臂电机221和小臂电机231直连的传动结构至少一部分将位于转动盘21的相对两侧,从而进一步保证转台2质量的均匀分布,进而提高遥操作机械手的稳定性。
本实施例所涉及的大臂电机221和小臂电机231的输出轴的朝向与上述实施例所涉及的大臂电机221和小臂电机231的设置方位之间相互垂直,大臂电机221和小臂电机231分别设置在转动盘21的下表面的相对两侧(以下称之为第一相对侧),大臂电机221和小臂电机231的输出轴分别朝向转动盘21的另外两相对侧(以下称之为第二相对侧),第二相对侧与第一相对侧之间相互垂直。大臂电机221和小臂电机231设置在转动盘21的前后两侧,而大臂电机221和小臂电机231的输出轴分别朝向转动盘21的左右两侧,此处所提及的前后左右以遥操作机械手的使用状态为参考。
参照图7,图7为图3实施例中转台2的另一结构示意图。在一些实施例中,大臂传动机构22还包括大臂减速组件222,小臂传动机构23还包括小臂减速组件232,大臂减速组件222与小臂减速组件232设置在所述转动盘21的相对两侧。
本实施例中,大臂减速组件222位于转动盘21的一侧,小臂减速组件232位于转动盘21的另一相对侧,由于大臂减速组件222与小臂减速组件232整体在转动盘21上呈左右对称分布,因此,可再进一步的保证转台2质量的均匀分布,使得转台2的重心位于其中部区域,进而提高遥操作机械手的稳定性。
本实施例所涉及的大臂减速组件222的设置方位与大臂电机221的输出轴的朝向一致,小臂减速组件232的设置方位与小臂电机231的输出轴的朝向一致,分别位于转动盘21的左右两侧。
在一些实施例中,大臂减速组件222包括与大臂电机221连接的大臂一级减速单元和与大臂一级减速单元连接的大臂二级减速单元;小臂减速组件232包括与小臂电机231连接的小臂一级减速单元和与小臂一级减速单元连接的小臂二级减速单元。
本实施例中,大臂减速组件222包括大臂一级减速单元和大臂二级减速单元,在进行传动时,动力将通过大臂一级减速单元和大臂二级减速单元进行传递。小臂减速组件232包括小臂一级减速单元和小臂二级减速单元,在进行传动时,动力将通过小臂一级减速单元和小臂二级减速单元进行传递。
参照图8,图8为图3实施例中大臂传动机构22的结构示意图。在一些实施例中,大臂一级减速单元包括大臂第一传动轮2221和大臂第二传动轮2222,大臂第一传动轮2221设于大臂电机221的输出轴上,大臂第二传动轮2222与大臂第一传动轮2221传动连接;大臂二级减速单元包括大臂第三传动轮2223和大臂第四传动轮2224,大臂第三传动轮2223与大臂第二传动轮2222同轴设置,大臂第四传动轮2224与大臂第三传动轮2223传动连接。
本实施例中,大臂第一传动轮2221与大臂第二传动轮2222构成大臂一级减速单元,大臂第一传动轮2221与大臂第二传动轮2222之间可通过齿轮啮合的方式传动连接,也可通过同步带的方式传动连接,还可通过钢丝绳的方式传动连接,包括但不限于此。
大臂第三传动轮2223与大臂第四传动轮2224构成大臂二级减速单元,大臂第三传动轮2223与大臂第四传动轮2224之间可通过齿轮啮合的方式传动连接,也可通过同步带的方式传动连接,还可通过钢丝绳的方式传动连接,包括但不限于此。
其中,大臂第三传动轮2223与大臂第二传动轮2222同轴设置,大臂第三传动轮2223与大臂第二传动轮2222之间可为一体式结构,也可为分体式结构,本领域技术人员可根据实际情况进行设计。
参照图9,图9为图3实施例中小臂传动机构23的结构示意图。在一些实施例中,小臂一级减速单元包括小臂第一传动轮2321和小臂第二传动轮2322,小臂第一传动轮2321设于小臂电机231的输出轴上,小臂第二传动轮2322与小臂第一传动轮2321传动连接;小臂二级减速单元包括小臂第三传动轮2323和小臂第四传动轮2324,小臂第三传动轮2323与小臂第二传动轮2322同轴设置,小臂第四传动轮2324与小臂第三传动轮2323传动连接。
本实施例中,小臂第一传动轮2321与小臂第二传动轮2322构成小臂一级减速单元,小臂第一传动轮2321与小臂第二传动轮2322之间可通过齿轮啮合的方式传动连接,也可通过同步带的方式传动连接,还可通过钢丝绳的方式传动连接,包括但不限于此。
小臂第三传动轮2323与小臂第四传动轮2324构成小臂二级减速单元,小臂第三传动轮2323与小臂第四传动轮2324之间可通过齿轮啮合的方式传动连接,也可通过同步带的方式传动连接,还可通过钢丝绳的方式传动连接,包括但不限于此。
其中,小臂第三传动轮2323与小臂第二传动轮2322同轴设置,小臂第三传动轮2323与小臂第二传动轮2322之间可为一体式结构,也可为分体式结构,本领域技术人员可根据实际情况进行设计。
在一些实施例中,大臂第三传动轮2223和大臂第四传动轮2224之间通过缠绕在两轮上的第二刚性绳进行传动,小臂第三传动轮2323和小臂第四传动轮2324之间通过缠绕在两轮上的第三刚性绳进行传动。
大臂第三传动轮2223与大臂第四传动轮2224之间通过第二刚性绳传动,第二刚性绳设置为两根,两根第二刚性绳分别缠绕在大臂第三传动轮2223和大臂第四传动轮2224上,第二刚性绳的首末两端分别固定在大臂第三传动轮2223和大臂第四传动轮2224上,在进行传动时,两根第二刚性绳分别执行收放动作,以实现动力的传递。
小臂第三传动轮2323与小臂第四传动轮2324之间通过第三刚性绳传动,第三刚性绳设置为两根,两根第三刚性绳分别缠绕在小臂第三传动轮2323和小臂第四传动轮2324上,第三刚性绳的首末两端分别固定在小臂第三传动轮2323和小臂第四传动轮2324上,在进行传动时,两根第三刚性绳分别执行收放动作,以实现动力的传递。
由于刚性绳设置为两根,其依靠两根绳之间的牵拉力进行传动,因此,刚性绳不会与传动轮之间产生摩擦,导致传两个传动轮之间出现传动异常,从而可提高遥操作机械手的控制精度。此外,由于传动轮之间采用刚性绳进行传动,而刚性绳为刚性的,因此,其不容易产生形变,可进一步提高遥操作机械手的控制精度。
参照图7,在一些实施例中,转动盘21上构造有位于其相对两侧的第一通孔5和第二通孔6,大臂第二传动轮2222穿设于第一通孔5,大臂第二传动轮2222的至少一部分位于第一通孔5的下方,小臂第二传动轮2322穿设于第二通孔6,小臂第二传动轮2322的至少一部分位于第二通孔6的下方。
本实施例中,在转动盘21的相对两侧分别开设有第一通孔5和第二通孔6,大臂第二传动轮2222穿设于第一通孔5内,大臂第二传动轮2222的一部分位于转动盘21的上表面,另一部分位于转动盘21的下表面;小臂第二传动轮2322穿设于第二通孔6内,小臂第二传动轮2322的一部分位于转动盘21的上表面,另一部分位于转动盘21的下表面。
本实施例所涉及的大臂第二传动轮2222和小臂第二传动轮2322的至少一部分均位于转动盘21的下方空间,如此,可降低转台2的整体重心,提高遥操作机械手的稳定性。此外,由于本实施例所涉及的大臂第二传动轮2222和小臂第二传动轮2322是利用转动盘21的下方空间进行安装,并且大臂第二传动轮2222和小臂第二传动轮2322分别位于转动盘21的相对两侧,其对应于大臂电机221和小臂电机231的结构布置,能够使得整体结构更加紧凑。
本实施例所涉及的第一通孔5和第二通孔6的位置分别对应于大臂电机221和小臂电机231的输出轴的朝向,也即第一通孔5和第二通孔6分别位于转动盘21的左右两侧。
在上述各实施例中,所涉及到的上下左右前后方向以图1所示的遥操作机械手作为参考。
参照图7,在一些实施例中,大臂第四传动轮2224和小臂第四传动轮2324相对设置在转动盘21的上方,且位于大臂第二传动轮2222与小臂第二传动轮2322之间。
大臂第四传动轮2224和小臂第四传动轮2324位于转动盘21的上方,并且大臂第四传动轮2224与小臂第四传动轮2324呈对称设置。大臂第四传动轮2224和小臂第四传动轮2324设置在大臂第二传动轮2222与小臂第二传动轮2322之间,结构紧凑。
参照图7,在一些实施例中,转动盘21的上表面设有第一安装架7和第二安装架8,大臂第四传动轮2224设于第一安装架7上并与其转动连接,小臂第四传动轮2324设于第二安装架8上并与其转动连接。
第一安装架7设于转动盘21的上方,第二安装架8与第一安装架7间隔设置,大臂第四传动轮2224设于第一安装架7上,小臂第四传动轮2324设于第二安装架8上。
参照图10,在一些实施例中,遥操作机械手的传动结构还包括大臂关节K和小臂第一转轴9,大臂关节K的两端分别第一安装架7和第二安装架8转动连接,小臂第一转轴9穿设于大臂关节K,并与大臂关节K转动连接,大臂关节转轴10与大臂第四传动轮2224连接,小臂第一转轴9与小臂第四传动轮2324连接。
大臂关节K转动设置在第一安装架7与第二安装架8之间,小臂第一转轴9穿设于大臂关节K内并与其转动连接,也即,小臂第一转轴9的两端分别与大臂关节K的两端转动连接。其中,大臂关节K还与大臂第四传动轮2224连接,以与大臂第四传动轮2224随动,小臂第一转轴9与小臂第四传动轮2324连接,以与小臂第四传动轮2324随动。
参照图7,在一些实施例中,遥操作机械手的传动结构还包括第三编码器,第三编码器与大臂第四传动轮连接;和/或,遥操作机械手的传动结构还包括第四编码器,第四编码器设置于大臂电机上。
本实施例中,第三编码器20用于检测大臂第四传动轮2224的转动数据,第四编码器30用于检测大臂电机221的转动数据。第三编码器20和第四编码器30可以是增量式编码器,也可以是绝对值编码器,包括但不限于此,本领域技术人员可根据实际情况进行设计。
本实施例所涉及的外侧是指大臂第四传动轮2224远离第二安装架8的一侧,对应的,内侧是指大臂第四传动轮2224靠近第二安装架8的一侧。
参照图5,在一些实施例中,遥操作机械手的传动结构还包括第五编码器,第五编码器与小臂第四传动轮连接;和/或,遥操作机械手的传动结构还包括第六编码器,第六编码器设置于大臂电机上。
本实施例中,第五编码器40用于检测小臂第四传动轮2324的转动数据,第六编码器50用于检测小臂电机231的转动数据。第五编码器40和第六编码器50可以是增量式编码器,也可以是绝对值编码器,包括但不限于此,本领域技术人员可根据实际情况进行设计。
本实施例所涉及的外侧是指小臂第四传动轮2324远离第二安装架8的一侧,对应的,内侧是指小臂第四传动轮2324靠近第二安装架8的一侧。
参照图10-12,在一些实施例中,大臂关节K包括关节壳体60和连接于关节壳体60一侧的大臂关节转轴10,大臂关节转轴10与第一安装架7转动连接,关节壳体60与第二安装架8转动连接,小臂第一转轴9的一端与大臂关节转轴10同轴设置并转动连接,小臂第一转轴9的另一端穿过关节壳体60并与小臂第四传动轮2324连接。
本实施例中,关节壳体60呈中空设置,其内部形成有用于安装小臂第一转轴9的腔体,小臂第一转轴9水平设置在关节壳体60内,大臂关节转轴10设置在关节壳体60的一侧。其中,小臂第一转轴9的一端与大臂关节转轴10同轴设置并转动连接,另一端作为动力输出/输入端。
参照图10-12,图10为本发明一实施例中遥操作机械手的传动结构的结构示意图,图11为图10实施例中传动结构的剖面图,图12为图10实施例中大臂关节转轴10、关节壳体60、小臂第一转轴9的爆炸结构示意图。
参照图10及图11,在一些实施例中,遥操作主机械手的传动结构还包括中空的大臂臂杆70、小臂关节80和小臂第二转轴90,小臂第二转轴90位于小臂关节80内,大臂臂杆70的一端与关节壳体60连接,另一端与小臂关节80连接,小臂第一转轴9与小臂第二转轴90通过位于大臂臂杆70内的第四刚性绳进行传动。
本实施例中,大臂臂杆70的内部呈中空设置,其一端连接有关节壳体60,另一端连接有小臂关节80。关节壳体60中安装有小臂第一转轴9,小臂关节80中安装有小臂第二转轴90,小臂第一转轴9与小臂第二转轴90相互平行,小臂第一转轴9与小臂第二转轴90通过第四刚性绳传动,第四刚性绳位于大臂臂杆70的腔体内。由于第四刚性绳位于腔体内,其充分利用了大臂臂杆70的内部空间,因此,将使得摇臂结构整体更加紧凑且外观更加整洁。
本实施例中,刚性绳指的是满足一定刚性要求、不容易产生弹性形变的细绳,其既能够承受一定强度的拉力,也能够进行缠绕等动作。刚性绳可以为钢丝绳,或其他主要由金属材质制成的绳子。从体积上来看,刚性绳相比同步带、齿轮传动等传动结构,占用空间小,尤其如本申请这种通过臂杆内部有限空间设置传动机构的情况下尤为适用,能够最大限度地利用空间;从传动效果的角度来看,刚性绳通过缠绕的方式,利用牵拉力实现两个转轴之间的传动,不管是正转还是反转,刚性绳都始终处于紧绷的状态,因此可有效避免类似齿轮传动或同步带传动时的回程间隙等问题,保证小臂第一转轴9与小臂第二转轴90的传动精度。
参照图10-12,在一些实施例中,遥操作主机械手的传动结构还包括小臂第五传动轮100和小臂第六传动轮200,小臂第五传动轮100同轴设置于小臂第一转轴9上,小臂第六传动轮200同轴设置于小臂第二转轴90上,小臂第五传动轮100和小臂第六传动轮200通过缠绕在两轮上的第四刚性绳进行传动。
本实施例中,小臂第一转轴9上设置有小臂第五传动轮100,小臂第二转轴90上设置有小臂第六传动轮200,小臂第五传动轮100与小臂第六传动轮200之间通过刚性绳进行传动。小臂第五传动轮100固定套设于小臂第一转轴9上,小臂第六传动轮200固定套设于小臂第二转轴90上。
在受到外力操作时,小臂第二转轴90将发生转动,而由于小臂第六传动轮200固定于小臂第二转轴90上,因此,小臂第六传动轮200将跟随小臂第二转轴90转动。当小臂第六传动轮200转动时,通过刚性绳的牵引使得小臂第五传动轮100同步转动,而由于小臂第五传动轮100固定于小臂第一转轴9上,因此,小臂第一转轴9将跟随小臂第五传动轮100转动。
参照图10,在一些实施例中,遥操作主机械手的传动结构还包括小臂臂杆300,小臂臂杆300设于小臂关节80远离大臂臂杆70的一侧。
本实施例中,小臂臂杆300的一端通过小臂关节80与大臂臂杆70转动连接,小臂臂杆300的另一端可作为末端关节连接手柄,也可于其上设置其他若干关节后连接手柄。
参照图10,在一些实施例中,小臂臂杆300呈中空设置便于走线。
在一些实施例中,小臂关节80包括:
第一连接座801,与大臂臂杆70靠近小臂臂杆300的一端连接;
第二连接座802,与小臂臂杆300靠近大臂臂杆70的一端连接;
其中,小臂第二转轴90的两端分别穿设于第一连接座801和第二连接座802的侧壁。
第一连接座801设于大臂臂杆70上并与其连接,第二连接座802设于小臂臂杆300上并与其连接,第一连接座801与第二连接座802之间转动连接。
参照图13,图13为本发明一实施例中手柄传动结构在一视角下的结构示意图。在一些实施例中,本实施例所提出的遥操作机械手的传动结构还包括手柄传动结构,手柄传动结构包括:
安装架100A,包括两相对设置的侧臂110A和连接两侧臂110A底端的底端连接臂120A;
第一传动机构,包括第一电机10A,该第一电机与底端连接臂120A连接;
第二传动机构,包括第二电机20A及与第二电机20A相连接的传动轴30A,第二电机20A安装于安装架100A的一侧臂110A,传动轴30A的第一端穿设于安装架100A的一侧臂110A,第二端穿设于安装架100A的另一侧臂110A;以及,
第三传动机构,包括第三电机40A,该第三电机40A交叉设置在传动轴30A上。
本实施例的手柄传动结构在遥操作机械手中安装使用时,第三电机40A的输出轴与手柄相连。
第一电机10A通过其输出轴与底端连接臂120A相连,安装架100A随第一电机10A的输出轴一起转动,安装架100A与第一电机10A的输出轴存在两种转动情形:1、第一电机10A驱动安装架100A进行转动;2、用户操作手柄使安装架100A转动,安装架100A带着第一电机10A的输出轴转动。
第二电机20A的输出轴与传动轴30A连接相互传动,传动轴30A与第二电机20A的输出轴存在两种转动情形:1、第二电机20A通过其输出轴驱动传动轴30A相对安装架100A进行转动;2、用户操作手柄使传动轴30A相对安装架100A进行转动,传动轴30A传动第二电机20A的输出轴转动。
第三电机40的输出轴与手柄存在两种转动情形:1、第三电机40A驱动手柄转动;2、用户操作手柄转动,手柄带着第三电机40A的输出轴转动。
本实施例的遥操作机械手的手柄传动结构,第一传动机构的第一电机10A连接在安装架100A的底端连接臂120A,第二传动机构的第二电机20A安装在安装架100A的一侧臂110A,第二传动机构的传动轴30A的两端分别穿设于安装架100A的两侧臂110A上,第三传动机构的第三电机40A交叉设置在传动轴30A上;三个传动机构仅通过一个安装架100A即完成相连,相较于现有技术需要采用多个安装架100A依次相连的方式而言,本实施例手柄传动结构的结构更加简单、结构更加紧凑。
参照图14,图14为本发明一实施例中手柄传动结构在另一视角下的结构示意图。在一些实施例中,第二电机与传动轴垂直设置,第二传动机构还包括传动配合的第一传动轮和第二传动轮,第一传动轮与第二电机的输出轴连接,第二传动轮同轴固定在传动轴的一端。
在本实施例中,第二电机20A与传动轴30A垂直设置,第二传动机构还包括传动配合的第一传动轮50A和第二传动轮60A,第一传动轮50A与第二电机20A的输出轴连接,第二传动轮60A同轴固定在传动轴30A的一端。通过将第二电机20A垂直传动轴30A设置,使第二电机20A更贴近安装架100的侧臂110设置,使第二电机20A与侧臂110共用更多的尺寸,相较于第二电机20A立在侧臂110A上安装而言,进一步有效的提升了手柄传动结构整体的紧凑性。第二电机20A垂直传动轴30A设置后,通过传动配合的第一传动轮50A和第二传动轮60A实现第二电机20A的输出轴与传动轴30A之间的变向运动传递。
在一些实施例中,第一传动轮50A与第二传动轮60A为锥齿轮副,即第一传动轮50A与第二传动轮60A为两个相互啮合的锥齿轮。第一传动轮50A与第二传动轮60A通过采用锥齿轮传动,传动更加稳定。当然,在其它的实施例中,第一传动轮50A与第二传动轮60A还可采用其它实现相同传动功能的传动轮部件。
参照图15,图15为本发明一实施例中遥操作机械手的结构示意图。本发明进一步提出一种遥操作机械手,该遥操作机械手包括前述各实施例所记载的传动结构,该传动结构的具体结构参照上述实施例,由于本遥操作机械手采用了上述所有实施例的所有技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果,在此不再一一赘述。其中,遥操作机械手还包括末端400和手柄500,末端400分别与小臂臂臂杆300和手柄500连接,手柄500用于供用户操作遥操作机械手。
本发明进一步还提出一种遥操作设备,该遥操作设备包括从机械手和前述所记载的遥操作机械手,遥操作机械手与从机械手或机械臂之间通讯连接,该遥操作机械手包括前述各实施例所记载的传动结构,该传动结构的具体结构参照上述实施例,由于本遥操作设备采用了上述所有实施例的所有技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果,在此不再一一赘述。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例,无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围,凡是在与本发明一个整体的构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。