CN104908025A - 一种绳索牵引并联机器人的绳索共面装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种绳索牵引并联机器人的绳索共面装置，包括两个交错的类U型绳索导轨及一根竖直轴组成，其中每个绳索导轨内壁上分别交错布置着四个滑轮，两根导轨之间由竖直轴连接，且两个导轨之间具有转动自由度，类U型设计的两个导轨既满足了绳索在“相交”点具有一定的交错，又保证了两根绳索在交错以外的地方处在同一平面上，也即本发明能确保在绳索牵并联引机器人运动过程中，两根交叉绳索共面且不干涉。

Description

一种绳索牵引并联机器人的绳索共面装置

技术领域

本发明涉及绳索牵引并联机器人领域，尤其涉及一种绳索牵引并联机器人的绳索共面装置。

背景技术

绳索牵引并联机器人是20世纪80年代发展起来的一种新型机器人。它以工作空间大、运动速度快、承载能力强、轻便灵活等优点，广泛的应用于物料搬运、工业加工、虚拟实现、风洞支撑、天文观测、医学康复治疗等领域。但由于绳索牵引并联机器人大部分是由电机驱动绳索运动的，在运动过程中，难免会因为振动等外界因素而导致本应该在同一平面的两根绳索不共面，进而影响控制的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种能保证两根绳索共面，提高系统运动控制的准确性的绳索牵引并联机器人的绳索共面装置。

本发明的目的是这样实现的：包括第一类U型导轨、第二类U型导轨、与第一类U型导轨固连的第一导轨端盖、与第二类U型导轨固连的第二导轨端盖和用于连接第一类U型导轨与第二导轨端盖的竖直连接轴，且竖直连接轴与第一类U型导轨与第二导轨端盖的连接方式是转动连接，每个类U型导轨的内壁上分别设置四个滑轮，每根绳索依次穿过所述的四个滑轮，且每根绳索的一端与绳索牵引并联机器人的动平台固定连接、另一端与机架固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的两个类U型导轨既满足了绳索在“相交”点具有一定的交错，又保证了两根绳索在交错以外的地方处在同一平面上。在绳索牵引并联机器人运动过程中，两根绳索通过本发明设置的两根类U型导轨，依次绕过4个滑轮，可以保证两根绳索保持在同一平面上，进而提高了系统控制精度的准确性，两根绳索不会因振动等外界因素而不共面，提高了控制精度。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的结构示意图一(正视方向)；

图3是本发明的结构示意图二(侧视方向)；

图4是本发明的结构示意图三(俯视方向)；

图5(A)是本发明用于绳索牵引并联机器人中的位置示意图一，图5(B)是本发明用于绳索牵引并联机器人中的位置示意图二；

图6是求解本发明发生干涉时的夹角示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，本发明包括第一类U型导轨1、第二类U型导轨3、与第一类U型导轨1固连的第一导轨端盖2、与第二类U型导轨3固连的第二导轨端盖4和用于连接第一类U型导轨1与第二导轨端盖4的竖直连接轴5，且竖直连接轴5与第一类U型导轨1与第二导轨端盖4的连接方式是转动连接，也即两个类U型导轨1和3可绕着竖直连接轴5转动，每个类U型导轨的内壁上分别设置四个滑轮8，每根绳索6依次穿过所述的四个滑轮8，且每根绳索6的一端与绳索牵引并联机器人的动平台固定连接、另一端与机架固定连接。

本发明提供的是一种在绳索牵并联引机器人运动过程中，确保两根交叉绳索共面且不干涉的装置。主要由两个类U型导轨、对应的导轨端盖及一根竖直连接轴组成，其中每个类U型导轨内壁上分别交错布置着四个滑轮，用于绳索导向；两根导轨之间由竖直轴连接，且具有转动自由度。且所述的两个类U型导轨交错布置，类U型设计的两个导轨既满足了绳索在“相交”点具有一定的交错，又保证了两根绳索在交错以外的地方处在同一平面上。

四个滑轮分别交错的安装在导轨的内壁上，用螺母固联，并保证四个滑轮在同一条直线上。两个导轨端盖与两个类U型导轨通过螺栓、螺母固联。

结合图5(A)和图5(B)，标号11是本发明所提供的装置，在绳索牵引并联机器人运动过程中，动平台10应按既定轨迹进行运动，因此，需要对动平台10进行轨迹规划。假定绳索P₃B₃与绳索P₄B₄在同一平面上，在此基础上，对动平台进行控制研究。然而，在实际中，两根绳索会因振动等外界因素而不共面，进而影响了控制精度。在绳索牵引并联机器人运动过程中，两根绳索6通过本发明的设置的两个类U型导轨1和3，依次绕过4个滑轮，就可以保证两根绳索保持在同一平面上，进而提高了系统控制精度的准确性。

具体的说，第一类U型导轨1与第一导轨端盖2通过螺栓7进行连接，同理，第二类U型导轨3与第二导轨端盖4也通过螺栓7进行连接，如图4所示，为了保证连接可靠，在每个导轨端盖上均匀设置有十二个孔，螺栓7均匀设置在所述的十二个孔中用来实现类U型导轨与对应导轨端盖的固定连接。第一导轨端盖2与第二类U型导轨3通过竖直连接轴5进行连接。这样在并联机器人工作过程中，动平台10会按预定轨迹运动，绳索共面装置11也即本发明就应转动相应的角度，满足并联机器人的工作要求(如图5所示)。在每个类U型导轨的内壁上依次安装四个滑轮8，滑轮8末端车有螺纹，穿过对应的类U型导轨并用螺母9进行固定，绳索6依次穿过四个滑轮8。

本发明涉及到的计算过程如下：

因为两个类U型导轨1和3均具有一定的宽度和厚度，因此，在绕竖直连接轴5转动的过程中，会因为发生干涉致使两个类U型导轨1和3之间的转角小于360度。为了保证本发明能够应用到绳索牵引并联机器人的整个运动过程中，两个类U型导轨1和3在自身的U形曲面处发生干涉时，其夹角λ≤α，其中λ为两绳索发生干涉时的夹角(如图6所示)，α为规定的最大夹角值。

如图6所示，设定第一类U型导轨1的左端到U形曲面的长度为l₁₁，由中间轴到U形曲面处的长度为l₁₂，第一类U型导轨1的宽度为a₁，第二类U型导轨3的宽度为a₂。

根据三角形相似原理，ΔOAD相似ΔABC，有：

$\frac{l_{\mathrm{AB}}}{l_{\mathrm{AD}}}=\frac{l_{\mathrm{BC}}}{l_{\mathrm{OD}}}$

带入数据有：

$\frac{\frac{a_1}{2}}{\frac{a_2}{2}}=\frac{l_{\mathrm{AB}}}{\sqrt{{l_{\mathrm{OA}}}^2-{\left(\frac{a_2}{2}\right)}^2}}$

将l_AB+l_AO＝l₁₂带入上式，整理有：

$4({a_1}^2-{a_1}^2){l_{\mathrm{OA}}}^2+8l_{12}{a_2}^2{l}_{\mathrm{OA}}=4{a_2}^2{l_{12}}^2+{a_1}^2{a_2}^2$

⑴当a₁＝a₂时，

$l_{\mathrm{OA}}=\frac{4{a_2}^2{l_{12}}^2+{a_1}^2{a_2}^2}{8{l_{12}}^2{a_2}^2}$

$\sin \mathrm{\λ}=\frac{l_{\mathrm{OD}}}{l_{\mathrm{OA}}}=\frac{4{l_{12}}^2{a_2}^3}{4{a_2}^2{l_{12}}^2+{a_1}^2{a_2}^2}$

$\mathrm{\λ}=\arcsin \frac{4{l_{12}}^2{a_2}^3}{4{a_2}^2{l_{12}}^2+{a_1}^2{a_2}^2}$

⑵当a₁≠a₂时，整理一元二次方程有：

$l_{\mathrm{OA}}=\frac{a_1\sqrt{4{l_{12}}^2+{a_1}^2-{a_2}^2}-2l_{12}{a_2}^2}{2({a_1}^2-{a_2}^2)}$

$\mathrm{\λ}=\arcsin \frac{a_2({a_1}^2-{a_2}^2)}{a_1\sqrt{4{l_{12}}^2+{a_1}^2-{a_2}^2}-2l_{12}{a_2}^2}$

要使本发明满足并联机器人的运动要求，则λ≤α，则有：

$\arcsin \frac{a_2({a_1}^2-{a_2}^2)}{a_1\sqrt{4{l_{12}}^2+{a_1}^2-{a_2}^2}-2l_{12}{a_2}^2}\≤\mathrm{\α}.$

Claims (1)

1.一种绳索牵引并联机器人的绳索共面装置，其特征在于：包括第一类U型导轨、第二类U型导轨、与第一类U型导轨固连的第一导轨端盖、与第二类U型导轨固连的第二导轨端盖和用于连接第一类U型导轨与第二导轨端盖的竖直连接轴，且竖直连接轴与第一类U型导轨与第二导轨端盖的连接方式是转动连接，每个类U型导轨的内壁上分别设置四个滑轮，每根绳索依次穿过所述的四个滑轮，且每根绳索的一端与绳索牵引并联机器人的动平台固定连接、另一端与机架固定连接。