[发明专利]一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构

说明书

本发明提供了一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构，包括：固定平台、活动平台、以及连接固定平台与活动平台的四条主动支链和一条随动支链，其中，随动支链包括支撑连杆、转动关节，支撑连杆的一端固定设置于活动平台上，支撑连杆的另一端通过转动关节连接至固定平台；主动支链包括动滑轮支架、动滑轮、定滑轮支架、定滑轮、绳索和驱动电机，动滑轮、定滑轮一一对应，动滑轮转动设置于动滑轮支架上，定滑轮转动设置于定滑轮支架上，驱动电机设置于固定平台上，绳索的一端相对定滑轮支架或固定平台固定，另一端依次绕过动滑轮、定滑轮，与驱动电机连接。本发明将电机后置，整体体积小、质量轻，特别适用于搬运较大负载的场合。

技术领域

本发明涉及机器人传动技术领域，具体涉及一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构。

背景技术

并联机构，英文名为Parallel MechaniSm，简称PM，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

仿生机器人具有柔顺、灵活度高并且具有较高的承载能力，其中，一个典型的应用场景就是双臂仿生机器人。在以往的研究中，双臂仿生机器人大多追求高速、高精度或者高灵敏度，其有效载荷较轻，这些仿生机器人通常被用于设计小负载的工业领域或者服务领域。然而，随着机器人小型化、仿人形设计的发展进程，对仿生机器人的负载能力和稳定性提出了更高的要求，其中，一个典型的应用场景就是用机器人手臂代替传统护理人员，对老人进行转移，比如把人从床上搬到轮椅，然后返回。

例如中国专利文献200910087531.8中公开了一种绳索驱动的全闭环反馈球关节，其包括有三轴球关节组件、A绳驱动组件、B绳驱动组件、C绳驱动组件、D绳驱动组件、动平台、静平台、基座和A支撑套筒，动平台、静平台和基座平行放置，A绳驱动组件、B绳驱动组件、C绳驱动组件和D绳驱动组件安装在基座上，三轴球关节组件安装在动平台上。其采用在三轴球关节组件中安装三个角度传感器，通过角度传感器对球关节的三个方向的旋转角度进行测量，实现对球关节的全闭环控制，满足了对三自由度球关节运动过程中的控制精度需要。该现有技术虽然可以实现类似肩、腕关节的三自由度转动，但是电机安装结构较大，为了提高输出力矩，需要采用减速器甚至多级减速器来放大输出力矩，而且减速器会有最大输出力矩的限制，对机器人的整体尺寸结构影响较大。因此，存在提高仿生机器人机械臂的负荷能力的同时，不能扩大机器人的整体尺寸结构的矛盾。

再例如中国专利文献2010101637023中公开了一种绳索驱动的三转动自由度并联机构，包括静平台、动平台、三条主动支链和一条定长支链，主动支链均由下转动副、下虎克铰、系绳挂钩、电机、转轮、绳索、滑轮、上虎克铰与上转动副组成，定长支链由虎克铰、转动副和支撑杆组成，虎克铰与动平台连接，转动副与虎克铰连接，转动副的转轴与支撑杆的一端连接，支撑杆的另一端与静平台固结。该现有技术中虽然通过绳索驱动实现了三个方向的转动，但是多个虎克铰之间传动不稳定，对机械手的高速运动和快速响应极为不利，这种电机的安装方式也使驱动力较小的问题依旧比较明显，无法输出较大的力矩。因此，存在着在提高输出力矩的同时，减小机械臂的整体尺寸结构的难题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构，通过设置滑轮组，增大输出力矩，能够适用于需要较大负载的场合，通过绳索进行运动控制，从而实现驱动部分后置，进而降低结构的体积和质量，并且减小惯性，特别适用于机械手臂需要搬运较大负载的场合。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有张力放大机制的三自由度绳索驱动并联机构，包括：固定平台、活动平台、以及连接固定平台与活动平台的四条主动支链和一条随动支链；

随动支链包括支撑连杆、转动关节，支撑连杆的一端固定设置于活动平台上，支撑连杆的另一端通过转动关节连接至固定平台；

四个主动支链绕设于随动支链的外围，以使活动平台围绕转动关节进行转动；