1.一种多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,包括基座(1)、自基座(1)向下延伸的腰部单元(2)、与腰部单元(2)铰接的大臂单元(6)、与大臂单元(6)铰接的小臂单元(10)、与小臂单元(10)铰接的末端单元(14);还包括大臂驱动单元(3)、小臂驱动单元(4)及末端驱动单元(5);其特征在于,所述大臂单元(6)通过大臂转轴(605)与腰部单元(2)铰接,大臂转轴(605)上设有同轴的大臂关节驱动轮(7)、右大臂关节导向轮(801)、左大臂关节导向轮(802);大臂单元还设有位于大臂转轴(605)下游且与大臂转轴(605)平行设置的大臂关节支撑轴(606),大臂关节支撑轴(606)上设有左大臂导向轮(902-1)及右大臂导向轮(901-1);所述小臂单元(10)通过小臂转轴(1005)与大臂单元(6)铰接,小臂转轴(1005)上设有同轴的小臂关节驱动轮(11)、小臂关节导向轮(12);小臂单元(10)还设有位于小臂转轴(1005)下游且与小臂转轴(1005)平行设置的小臂导向轮轴(23),小臂导向轮轴(23)上设有小臂导向轮(13);所述末端驱动单元(5)通过末端转轴(1404)与小臂单元(10)铰接,末端转轴(1404)上设有同轴的末端驱动轮(15)及张紧轮(2103);所述张紧轮(2103)上固定有张紧绳索(2101),张紧绳索(2101)自张紧轮(2103)延伸出的一端通过张紧弹簧(2102)提供给张紧轮(2103)及末端驱动轮(15)的张紧力;
所述大臂驱动单元(3)、小臂驱动单元(4)及末端驱动单元(5)均为绳驱动单元;大臂驱动单元(3)具有大臂驱动绳索(18),该大臂驱动绳索(18)的末端与大臂关节驱动轮(7)缠绕固定;小臂驱动单元(4)具有小臂驱动绳索(19),该小臂驱动绳索(19)依次经过右大臂关节导向轮(801)、右大臂导向轮(901-1)后末端与小臂关节驱动轮(11)缠绕固定;所述末端驱动单元(5)具有末端驱动绳索(20),该末端驱动绳索(20)依次经过左大臂关节导向轮(802)、左大臂导向轮(902-1)、小臂关节导向轮(12)、小臂导向轮(13)后末端与末端驱动轮(15)缠绕固定;小臂驱动绳索(19)与末端驱动绳索(20)在大臂转轴(605)及小臂转轴(1005)之间的部分相互呈一个或多个“8”字形排布,且小臂驱动绳索(19)在右大臂关节导向轮(801)上的相切点与大臂驱动绳索(18)在大臂关节驱动轮(7)上的相切点分别位于大臂转轴(605)的两侧;末端驱动绳索(20)在小臂关节导向轮(12)上的相切点与小臂驱动绳索(19)在小臂关节驱动轮(11)上的相切点分别位于小臂转轴(1005)的两侧。
2.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,末端驱动绳索(20)用以顺时针转动末端单元(14),小臂驱动绳索(19)用以顺时针转动小臂单元(10),大臂驱动绳索(18)用以顺时针转动大臂单元(6);张紧弹簧(2102)牵引张紧绳索(2101),使末端单元(14)具有逆时针转动的趋势以拉紧末端驱动绳索(20);末端驱动绳索(20)牵引小臂单元(10),使小臂单元(10)有逆时针转动的趋势以拉紧小臂驱动绳索(19);小臂驱动绳索(19)牵引大臂单元(6),使大臂单元(6)有逆时针转动的趋势以拉紧大臂驱动绳索(18);
或者,末端驱动绳索(20)用以逆时针转动末端单元(14),小臂驱动绳索(19)用以逆时针转动小臂单元(10),大臂驱动绳索(18)用以逆时针转动大臂单元(6);张紧弹簧(2102)牵引张紧绳索(2101),使末端单元(14)具有时针转动的趋势以拉紧末端驱动绳索(20);末端驱动绳索(20)牵引小臂单元(10),使小臂单元(10)有顺时针转动的趋势以拉紧小臂驱动绳索(19);小臂驱动绳索(19)牵引大臂单元(6),使大臂单元(6)有顺时针转动的趋势以拉紧大臂驱动绳索(18)。
3.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,绳驱动机械臂应用于水下环境时,大臂驱动单元(3)、小臂驱动单元(4)及末端驱动单元(5)均采用防水电机,并将防水电机置于水下运载器内部;
大臂驱动单元(3)、小臂驱动单元(4)及末端驱动单元(5)均安装于基座(1)上。
4.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,小臂导向轮轴(23)设有多个,小臂驱动绳索(19)在小臂转轴(1005)与末端转轴(1404)之间呈多个首尾相接的S形排布。
5.如权利要求4所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,张紧弹簧(2102)一端与张紧绳索(2101)连接固定,张紧弹簧(2102)另一端固定于一个小臂导向轮轴(23)上。
6.如权利要求2所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,大臂驱动单元、小臂驱动单元、末端驱动单元的电机抱闸实现绳索张紧。
7.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,大臂驱动单元(3)的电机驱动轮与大臂关节驱动轮(7)中心对称线保持在同一平面;小臂驱动单元(4)的电机驱动轮与大臂关节导向轮(801)、大臂导向轮(901-1、901-2)和小臂驱动轮(11)中心对称线保持在同一平面;末端驱动单元(5)的电机驱动轮与大臂导向轮(902-1、902-2)、小臂关节导向轮(12)、小臂导向轮(13)、末端驱动轮(15)中心对称线保持在同一平面。
8.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,通过调整张紧弹簧(2102)的拉力设置合适的张力预紧,利用张紧弹簧(2102)长度变化实现末端单元(14)姿态的自由转动。
9.如权利要求1所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,应用于水底及陆上。
10.如权利要求9所述的多自由度的自张紧绳索驱动机械臂,其特征在于,机械臂的臂身为镂空结构,导向轮轴采用管套结构。