[发明专利]一种多构型绳索驱动并联机器人及其空间位姿求解方法

说明书

本发明公开了一种多构型绳索驱动并联机器人及其空间位姿求解方法，其特征包括：动平台、若干个绳索驱动装置、主体机架和若干绳索；可以根据任务需要在主体机架的任意位置上设置绳索驱动装置；动平台位于主体机架的内部空间中，可以在内部空间中任意改变位置姿态；动平台上设置有与绳索驱动装置相连的柔性绳索；绳索驱动装置利用自身绳索牵引动平台在机体框架内的空间任意位置上运动。本发明能提高绳索驱动并联机器人的位姿控制精度以及机器人装置的利用效率。

技术领域

本发明涉及一种绳索驱动并联机器人领域，特别是关于一种多构型绳索驱动并联机器人及其空间解算位姿解算方法。

背景技术

并联机器人具有工作空间大、负载能力强、快速可重构、模块化设计等优点，绳索驱动的优点使得目标工作平台的工作范围更大、运动速度更快，正在被广泛运用到各种操作机构中，通过控制绳索的输出长度来控制动平台在工作空间中的位置姿态；在驱动过程中不仅需要精确控制绳索的输出长度，同时需要检测绳索上拉力；现有的绳索驱动的并联机构的驱动装置中多不能集成测量装置，传统测量方法是通过将绳索与拉力传感器串联来进行测量。但是应用范围窄，测量效果差，影响线路布局。当绳索数目大于动平台自由度时，其运动学模型方程为冗余的非线性方程，不能得到显式的空间位姿正反解，空间位姿解算非常复杂，且难以获得实时且精确的位姿解。

国内专利申请号为201410146203.1的专利公开了一种具有张紧力测量功能的高精度卷索装置，该装置由设置在滑台上的驱动装置和固定在平台上的测量装置组成，其测量装置结构复杂，并且需要通过另外一台电机来控制移动卷筒，造价成本更高。其自身不具有绳索导引功能，需要依赖于其他导引装置来引导绳索牵引方向；

国内专利申请号为201110026500.9的专利公开了一种能实现快速重构的绳索驱动并联机器人，该装置有多组驱动模块、换向装置和输出装置组成，但是由于没有实时测量拉力，所以控制精度较低，且结构复杂，安装维护困难，造价成本更高。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种多构型绳索驱动并联机器人及其空间位姿求解方法，以期能利用空间姿态解算方法求解得到驱动绳索长度与动平台在工作空间中的位置姿态，从而精确控制动平台在绳索驱动并联机器人工作空间中的位姿，进而提高绳索驱动并联机器人的动平台控制精度，完成在工作空间内的工作任务。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种多构型绳索驱动并联机器人的特点包括：动平台、若干个绳索驱动装置、主体机架和若干绳索；

根据任务需要在所述主体机架的任意位置上设置有所述绳索驱动装置；所述绳索驱动装置通过所述绳索与所述动平台相连，并利用空间位姿求解方法获得所述动平台在所述主体机架的内部空间中的位姿，从而利用所述绳索牵引所述动平台达到所述主体机架内的相应位置，并改变所述动平台的相应姿态。

本发明所述的多构型绳索驱动并联机器人的特点也在于，所述动平台包括：若干个安装平板、若干个型材支架和绳索固定装置；

在任意一个安装平板上表面和下表面上均匀分布有若干个带有螺纹孔的圆形凹槽；任意两个安装平板之间通过所述型材支架进行连接固定；在所述圆形凹槽上设置有所述绳索固定装置；

所述绳索固定装置包括：可旋转圆环、外壳、轴承、旋转底座、固定底座；

所述可旋转圆环固定在所述旋转底座的顶部；所述旋转底座的外侧通过所述轴承与所述外壳相连接；所述外壳的直径与所述安装平板上圆形凹槽的直径相匹配；在所述旋转底座的底部设置有所述固定底座；在所述固定底座的中间位置上设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述圆形凹槽上的螺纹孔相对应。

所述绳索驱动装置包括：一对主体支架、一对支撑杆、绳索、绳索导引机构、万向导出机构、实时拉力测量机构和伺服驱动装置；