[發明專利]循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置

無效

• 申請號: 201310180382.6
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103273479A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 杜敬利;丁文;崔傳貞;保宏;段清娟;段學超
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于機械控制技術領域，特別涉及一種采用循環索驅動的機器人裝置，可用于攝像、起重、檢測、工業加工、船舶建造、海底打撈、石油油井滅火等工作操作。

背景技術

傳統的空中拍攝能通過搖臂攝像機、直升飛機航拍系統等裝置來實現，但這些拍攝方法在拍攝角度和區域上都受到一定條件的限制。如：搖臂攝像機裝置由于剛性機械臂的提升高度十分有限，同時所承受力矩較小，因此只能固定在半徑很小的范圍內進行拍攝。直升機航拍時，由于噪音和振動的影響，只能進行遠距離的拍攝，無法體現拍攝對象的細節，且航拍的成本較高。近幾年出現的柔索牽引并聯機器人裝置搭載的攝像系統由于采用柔索驅動裝置，使攝像系統的工作范圍有了很大的提升，同時可操作性也有很大的提高，能有效地彌補以上提到的傳統空中拍攝的不足。如二維柔索牽引攝像系統不僅能夠進行超遠距離兩點之間的高速，水平和豎直運動拍攝，還可在水平運動的同時實現豎直方向的運動，跟蹤拍攝主體可達上千米甚至更遠，突破了搖臂攝像機的高度和半徑限制。

現有的索牽引并聯機器人裝置均采用柔索代替剛性鉸鏈驅動末端執行器，具有工作空間大，易于模塊化，組裝方便，自重輕，便于運輸等優點而得到廣泛關注。但是由于柔索只能受拉而不能受壓，且柔索的橫向剛度很小，因此在工作操作中，為保證柔索處于張緊狀態，同時也為有效增加系統剛度，索牽引并聯機器人裝置驅動支鏈，即一根帶有驅動裝置的柔索，它能夠按要求進行收放的數目要多于機器人的自由度數目，例如，為了獲得足夠的剛度和較大的工作空間，通常采用4條支鏈進行驅動來實現空間平動，有時甚至用6條支鏈進行驅動。由于引入了數量更多的驅動支鏈，導致系統的硬件成本大幅增加；同時，過多增加驅動器的數目也會造成驅動冗余度的增大，這會大大增加系統控制的難度，以實現多條支鏈間的高度協調運動。因此，如何在不增加驅動器數目的前提下來改善索牽引并聯機器人裝置的性能，即獲得更好的剛度、阻尼和工作空間是索牽引并聯機器人裝置設計時的一個關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，以在不增加驅動裝置數目的前提下，有效地改善索牽引并聯機器人的剛度、阻尼和工作空間。

為實現上述目的，本發明包括：一個末端執行器（4），n個驅動裝置（1）和n根柔索（2）n≥1，每個驅動裝置（1）通過一根柔索（2）與末端執行器（4）連接，其特征在于：

驅動裝置（1）與末端執行器（4）之間設有m組傳動機構（3），m≥1，每組傳動機構包括動滑輪（31）和定滑輪（32）：動滑輪（31）均勻布置在末端執行器（4）上，定滑輪（32）均勻布置固定在地基上，每根柔索（2）從驅動裝置（1）伸出后，依次穿過動滑輪（31）和定滑輪（32），再與末端執行器（4）連接，形成m根均勻分布的循環索，以擴大工作空間，增強剛度和阻尼。

上述循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，其特征在于，動滑輪（31）通過動滑輪底座（6）固定在末端執行器（4）上，且動滑輪底座（6）能夠繞其軸線自由轉動。

上述循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，其特征在于，連接點（5）的位置的設定，應使得從動滑輪（31）到定滑輪（32）之間的兩段柔索保持平行。

上述循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，其特征在于，定滑輪（32）的固定位置要使得每條循環索在驅動裝置（1）與定滑輪（32）之間形成的夾角β為0～120°之間。

上述循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，其特征在于，位于末端執行器（4）上方和下方的循環索均為均勻布置。

上述循環索驅動的索牽引并聯機器人裝置，其特征在于，索牽引并聯機器人驅動裝置（1）和末端執行器（4）之間至少設有一條循環索結構。

本發明的優點和效果：

1、本發明由于增加了執行裝置和末端執行器與地基上定滑輪的連接，形成循環連接的結構形式，大幅度提高了索牽引并聯機器人的剛度。

2、本發明由于每根柔索（2）從驅動裝置（1）伸出后，依次穿過動滑輪（31）和定滑輪（32），再與末端執行器（4）連接，形成均勻分布的循環索，不僅增加了系統的阻尼，而且能夠很好地抑制末端執行器運動過程中的振動，使運動更平穩。

3、本發明由于位于末端執行器（4）上方和下方的循環索均為均勻分布且在末端執行器（4）上的動滑輪（31）為均勻布置，這樣可以增大索牽引并聯機器人的工作空間。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖；

圖2是本發明的實例1的結構示意圖；

圖3是本發明的實例2的結構示意圖；