[發明專利]一種剛度可調繩索驅動的仿生并聯機器人

在審

• 申請號: 201810178124.7
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108422410A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 高丙團;王佳宇;姜雷杰;仲林林;何嘉弘
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種剛度可調繩索驅動的仿生并聯機器人，包括動平臺、定平臺、固定在動平臺與定平臺之間的支撐彈簧、直線軸承、平面軸承和驅動繩索。支撐彈簧下端固定在定平臺上，上端通過平面軸承與動平臺相連。支撐彈簧內部設有上脊柱、萬向節和下脊柱，直線軸承固定在動平臺上，并與上脊柱上端相連，上脊柱下端連接萬向節上端，萬向節下端連接下脊柱上端，下脊柱下端固定在定平臺上，驅動繩索一端固定在動平臺上，另一端穿過定平臺作為驅動端。本發明具有剛度可調、運動學分析計算直觀、動作柔順等特點。

技術領域

本發明涉及仿生機器人領域，特別是涉及一種剛度可調繩索驅動的仿生并聯機器人。

背景技術

仿生機器人是指依據仿生學原理，模仿生物結構、運動特性等設計的性能優越的機電系統，已逐漸在反恐防爆、太空探索、搶險救災等不適合由人來承擔任務的環境中凸顯出良好的應用前景。

機器人根據運動鏈是否構成閉環可分為串聯機器人和并聯機器人。串聯機器人一般具有結構簡單、工作空間大、操作靈活等優點，但存在精度差，慣性大，速度、加速度及負載能力受約束等不足。而并聯機器人恰好彌補了串聯機器人在機械結構上的缺點，具有運動慣量低、負載能力強、剛度大等熱點，在高速度、高精度場合有很大的潛能。

繩索驅動機器人可以用來仿人頸部等部位的運動，一般用脊柱仿人頸椎，繩索仿頸部肌肉，通過驅動繩索來模擬肌肉的拉伸。繩索驅動并聯機器人相對于常見的剛性連桿并聯機器人有很多優勢。繩索可纏繞易縮放，故繩索驅動并聯機器人具有更大的工作空間；繩索質量輕，使得繩索驅動并聯機器人具有更高的負載/質量比，更適于大負載和高速度的運動控制領域；制造成本低，易于模塊化，維修更為容易。目前大部分繩索驅動機器人都是剛度不可調的，而在很多應用場合如用機器人仿生物關節，需要實現機器人的剛度可調，因此研究一類剛度可調的繩索驅動機器人具有重要的現實意義。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種剛度可調繩索驅動的仿生并聯機器人。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的剛度可調繩索驅動的仿生并聯機器人，包括動平臺、定平臺、驅動繩索和固定在動平臺與定平臺之間的支撐彈簧；支撐彈簧下端固定在定平臺上，支撐彈簧上端通過第一運動機構與動平臺相連，第一運動機構能夠使動平臺運動時不會帶動支撐彈簧運動；支撐彈簧內部設有上脊柱、萬向節和下脊柱，上脊柱上端連接設于動平臺上的第二運動機構，第二運動機構能夠使動平臺上下移動或者旋轉時不會帶動上脊柱運動，上脊柱下端連接萬向節上端，萬向節下端連接下脊柱上端，下脊柱下端固定在定平臺上；驅動繩索一端固定在動平臺上，驅動繩索另一端穿過定平臺作為驅動端。

進一步，所述第一運動機構包括平面軸承，平面軸承中的松環連接支撐彈簧上端，平面軸承中的緊環連接動平臺。

進一步，所述第二運動機構包括直線軸承，直線軸承的外壁固定連接動平臺，上脊柱上端從直線軸承的內孔中穿過。

進一步，所述驅動繩索至少有四根。

進一步，所述動平臺和定平臺均為圓形，驅動繩索有四根，四根驅動繩索另一端分別穿過定平臺上的四個通孔，四個通孔等分成兩組，每組中的兩個通孔相互鄰近，兩組通孔分別設在相隔180°的位置。

進一步，所述四根驅動繩索一端分別固定在動平臺上的四個固定點處，四個固定點等分成兩組，每組中的兩個固定點相互鄰近，兩組固定點分別設在相隔180°的位置。

進一步，初始狀態下，所述兩組固定點之間的連線與兩組通孔之間的連線垂直。這樣，在結構對稱的基礎上，保證了繩索驅動力在動平臺切線方向的分力足夠大，有利于動平臺的旋轉運動。

進一步，所述驅動繩索有六根，六根驅動繩索另一端分別穿過定平臺上的六個通孔，六個通孔等分成三組，每組中的兩個通孔相互鄰近，三組通孔分別設在相隔 120°的位置。