[发明专利]一种索并联机器人的空间多自由度冗余驱动机构

说明书

本发明公开了一种索并联机器人的空间多自由度冗余驱动机构，包括支撑装置、驱动装置、执行装置和终端动平台，驱动装置包括至少四个驱动单元，执行装置包括个数与驱动单元的个数相等的执行单元；每个驱动单元均包括一个绳索卷筒，每个执行单元均包括一对导向滑轮和一对绳索，多对导向滑轮与多个驱动单元上下一一对应设置；执行单元中的两根绳索分别绕过各自对应的导向滑轮，两根绳索的一端绕向相同且分别缠绕在同一绳索卷筒上，两根绳索的另一端分别与终端动平台相连执行单元接，两根绳索与终端动平台的两个连接点的连线经过终端动平台的重心位置。应用本发明的技术方案，该结构设置通过多个驱动装置与多个执行单元的共同配合实现终端动平台的空间多自由度运动。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，特别地，涉及一种索并联机器人的空间多自由度冗余驱动机构。

背景技术

根据本体结构类型的不同，现有机器人分为串联机器人和并联机器人两大类型。串联机器人发展较早，技术发展较为成熟，其商业化产品能已经被广泛用于各个行业和领域。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度高、承载能力好和运动速度快等优点，并联机器人根据驱动部件的不同，进一步分为刚性并联机器人和柔性并联机器人；其中，将柔性驱动部件为绳索的并联机构定义为绳索并联机构。相对刚性并联机构的刚性驱动杆件，索并联机构能够通过控制绳索的收放运动，实现终端动平台的运动控制和位姿调节。

中国专利ZL 201410571166.9公开了可变结构参数柔索并联机器人系统，包括柔索并联机器人、柔索并联机器人的液路系统、柔索并联机器人控制电路、柔索并联机器人控制系统，方法通过控制系统中反馈模块采集的参数，由控制系统中主控工控机控制运动控制板卡向柔索并联机器人控制电路发送控制命令。该系统能够有效控制可变机器人机构参数完成大负载运转、大范围工作空间高性能运动输出，实现被控对象末端执行器空间三维平动自由度的高精度运动；但该系统中的柔索并联机器人通过一个环形结构实现终端动平台的三平动自由度，其结构复杂，且需要额外的驱动电机控制每个环形结构同步运动，控制精度要求高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种索并联机器人的空间多自由度冗余驱动机构，以解决现有技术中索并联机器人结构复杂、控制精度要求高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种索并联机器人的空间多自由度冗余驱动机构，包括支撑装置、驱动装置、执行装置和终端动平台，所述驱动装置包括设置在所述支撑装置内的至少四个驱动单元，每个驱动单元均包括一个绳索卷筒；所述执行装置包括个数与所述驱动单元的个数相等的执行单元，每个执行单元均包括一对导向滑轮和一对绳索，多对导向滑轮与多个驱动单元上下一一对应设置；每个所述执行单元中的两根绳索分别绕过各自对应的导向滑轮，两根绳索的一端绕向相同且分别缠绕在同一所述绳索卷筒上，两根绳索的另一端分别与所述终端动平台相连，两根绳索与终端动平台的两个连接点的连线经过所述终端动平台的重心位置；且多个所述执行单元中至少两对绳索与终端动平台的连接点的连线互不平行。

进一步的，同一所述执行单元中的两个导向滑轮之间的连线、两根绳索从所述导向滑轮到所述终端动平台之间的部分以及两根绳索与终端动平台的两个连接点的连线构成一个平行四边形。

进一步的，所述支撑装置包括支撑框架、底板和顶板；所述驱动单元还包括驱动电机、联轴器和减速器，所述驱动电机的主轴通过所述联轴器与所述减速器相连，所述减速器与所述绳索卷筒的转轴驱动连接；所述绳索卷筒同时控制一对绳索的伸缩长度。

进一步的，所述驱动电机水平固定设置在所述底板上；所述导向滑轮与所述顶板冗余转动连接，且多个导向滑轮位于同一高度位置；该结构设置中，导向滑动与顶板之间设有冗余度，以使绳索能够跟随终端动平台移动。

进一步的，所述终端动平台为圆柱体结构；所述驱动装置包括四个驱动单元，所述执行装置的四对绳索分别与所述终端动平台相连接，多对绳索与所述终端动平台的连接点的连线交叉于所述终端动平台的重心位置。