CN109176493A - 一种绳索驱动装置及绳驱并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种绳索驱动装置以及并联绳驱机器人。本发明的绳索驱动装置包括主体框架、固设于所述主体框架上的驱动装置、与所述驱动装置连接并同步转动的丝杆与铰轮、与所述丝杆螺纹连接的导绳滑块以及一端固定设于所述铰轮的上的控制绳索；其中，所述铰轮上设有供所述控制绳索绕卷的螺纹槽，所述导绳滑块上设有第一导绳滑轮，所述第一导绳滑轮将所述控制绳索张紧并使所述控制绳索定向绕入所述螺纹槽内。本发明的并联绳驱机器人包括机器人主体以及固设于机器人主体上的绳索驱动装置。本发明的绳索驱动装置以及并联绳驱机器人能够防止控制绳索之间的堆叠、挤压，保证控制绳索的控制精度。

Description

一种绳索驱动装置及绳驱并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种绳索驱动装置及绳驱并联机器人。

背景技术

近年来，随着中国劳动力成本增加，制造企业创新转型，中国机器人市场需要快速增长，已经成为世界上机器人的重要市场。2014年，中国工业机器人销量达到5.6万台，同比增长52％，再次成为全球最大工业机器人市场。用户已从外商独资企业、中外合资企业为主，向内资企业乃至中小企业发展，越来越多的企业采用机器人代替产业工人。在珠三角地区，使用工业机器人的年均增长速度已达到30％，尤其在装配、点胶、搬运、焊接等领域，已经掀起了一股机器人使用热潮。同时，在新的国际国内的环境下，为提升中国制造业发展质量和水平，中国制定了“中国制造2025计划”，其中，机器人技术研发和制造就是一个重要部分。

绳索驱动并联机器人属于并联机器人，与传统刚性推杆驱动方式不同，采用绳索驱动，绳驱动并联机器人具有工作空间大、运动速度块、承载能力强、结构轻便、柔顺性好等特点，在大空间装配、微重力模拟、康复医疗等领域具有应用优势。传统的绳驱并联机器人绳索控制简单的采用电机带动绞盘，绞盘绕线方式过于简单，精度难以控制。

因此，需要提供一种新的应用于绳驱并联机器人的绳索驱动装置来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种绳索驱动装置，使用带螺纹槽的绕绳脚轮以及导绳滑块上的第一导绳滑轮对控制绳索进行导向，可以防止控制绳索之间的堆叠、挤压，保证控制绳索精度。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供一种绳驱并联机器人，可以保证绳索驱动装置的控制精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种绳索驱动装置，包括主体框架、固设于所述主体框架上的驱动装置、与所述驱动装置连接并同步转动的丝杆与铰轮、与所述丝杆螺纹连接的导绳滑块以及一端固定设于所述铰轮的上的控制绳索；其中，所述铰轮上设有供所述控制绳索绕卷的螺纹槽，所述导绳滑块上设有第一导绳滑轮，所述第一导绳滑轮将所述控制绳索张紧并使所述控制绳索定向绕入所述螺纹槽内。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括固设于所述主体框架上的第二导绳滑轮、第三导绳滑轮以及设于所述第二导绳滑轮、第三导绳滑轮之间的张力传感器，所述第二导绳滑轮、第三导绳滑轮从所述控制绳索的一侧张紧所述控制绳索，所述张力传感器从所述控制绳索的另一侧张紧所述控制绳索，以通过所述张力传感器检测所述控制绳索的张力大小。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括固设于所述主体框架上的光轴导轨，所述导绳滑块滑动设置于所述光轴导轨上，以使所述导绳滑动随所述丝杆运动而移动的同时沿所述光轴导轨移动，所述光轴导轨的两端设有开关传感器，用于检测所述导绳滑块的位置信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述铰轮的输出端上还连接有编码器，用于采集所述控制绳索的伸缩量信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述丝杆还连接有用于在停机状态将所述丝杆抱死的制动器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动装置包括驱动电机、第一同步轮、第二同步轮以及套设于所述第一同步轮与所述第二同步轮上的同步带，所述驱动电机的输出端与所述第一同步轮或所述第二同步轮连接，所述第一同步轮与所述铰轮的输入端连接，所述第二同步轮与所述丝杆的输入端连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述铰轮的输入端固连有铰轮前轴，所述铰轮前轴上安装有第一前支撑轴承，所述铰轮的输出端固连有铰轮后轴，所述铰轮后轴上安装有第一后支撑轴承，所述铰轮后轴上还安装有第一限位卡簧，所述第一限位卡簧与所述第一后支撑轴承远离所述铰轮一端抵持，以约束所述第一后支撑轴承的轴向运动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述丝杆的输入端安装有第二前支撑轴承，所述丝杆的输出端安装有第二后支撑轴承，所述丝杆的输出端上还安装有第二限位卡簧，所述第二限位卡簧与所述第二后支撑轴承远离所述丝杆一端抵持，以约束所述第二后支撑轴承的轴向运动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导绳滑块包括滑块支架、直线轴承、丝杆螺母以及滑轮固定块，所述直线轴承套设于所述光轴导轨上，所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接，所述直线轴承与所述丝杆螺母均固设于所述滑块支架上，所述滑轮固定块固设于所述滑块支架上，所述第一导绳滑轮固设于所述滑轮固定块上。

本发明还提供一种并联绳驱机器人，包括机器人本体以及如上所述的绳索驱动装置，所述绳索驱动装置固设于所述机器人本体上。

本发明的有益效果是：

本发明的绳索驱动装置，通过驱动装置带动丝杆与绞盘同步转动，丝杆上螺纹连接有导绳滑块，导绳滑块上设有使控制绳索定向绕入绞盘的螺纹槽中的第一导绳滑轮，同时导绳滑块在绕绳的过程中会随着丝杆而移动，从而使控制绳索均匀绕入铰轮上，防止控制绳索之间的堆叠、挤压，保证控制绳索的卷绕精度。

本发明的并联绳驱机器人包括了上述的绳索驱动装置，能够保证控制精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的绳索驱动装置的整体结构示意图；

图2是本发明一个实施例中传动系统的结构示意图；

图3是本发明一个实施例中铰轮的结构示意图；

图4是本发明一个实施例丝杆的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，本发明一个实施例的绳索驱动装置包括主体框架100、提供驱动力以及传递运动的传动系统400、保持绳索方向的导绳滑块500、控制绳索600。

请结合图1与图2，传统系统400包括驱动装置、丝杆组件470、铰轮组件480，丝杆组件470、铰轮组件480均与驱动装置连接，并在驱动装置的驱动下同步转动。

如图3，铰轮组件480包括第一限位卡环481、第一后支撑轴承482、铰轮后轴483、铰轮484、绳索固定螺钉485、铰轮前轴486、第一前支撑轴承487。铰轮前轴486与铰轮484的输入端通过螺钉连接，第一前支撑轴承482安装在铰轮前轴486上，铰轮后轴483通过螺钉与铰轮484的输出端连接，第一后支撑轴承482安装在铰轮后轴483上，第一限位卡环481安装在铰轮后轴483上，并与第一后支撑轴承482远离铰轮484一端抵持，以约束第一后支撑轴承482在铰轮后轴483上的轴向运动。

铰轮484上设置有供控制绳索600卷绕的螺纹槽，铰轮484靠近其输入端一侧设置有螺纹孔，控制绳索600的一端通过绳索固定螺钉485固定在铰轮484上，当驱动装置开始工作后，控制绳索600以其固定在铰轮484一端为起始点开始沿螺纹槽卷绕在铰轮484上。

如图4，丝杆组件470包括第二前支撑轴承471、丝杆472、第二后支撑轴承473、第二限位卡环474。第二前支撑轴承471安装在丝杆472的输入端上，第二后支撑轴承473安装在丝杆472的输出端上，第二限位卡环471安装在丝杆472的输出端上，并与第二后支撑轴承473远离丝杆472一端抵持，以约束第二后支撑轴承473在丝杆472上的轴向运动。

请继续参照图1与图2，导绳滑块500与丝杆472通过螺纹连接，从而导绳滑块500在丝杆472转动时会在丝杆472的带动下而移动，导绳滑块500上设置有第一导绳滑轮550，第一导绳滑轮550张紧控制绳索600，以使控制绳索600绕过第一导绳滑轮550并定向绕入铰轮484的螺纹槽中，此外，由于丝杆472与铰轮484同步转动，当控制绳索600绕入铰轮484的螺纹槽中的时候，控制绳索600绕入铰轮484的位置以及导绳滑块500的位置同步移动，以保证控制绳索600始终均匀的卷绕在铰轮484上，从而保证了控制绳索600的卷绕精度。

优选的，导绳滑块500包括直线轴承510、滑块支架520、滑轮固定块530、丝杆螺母540，同时，主体框架100上还固设有光轴导轨490，直线轴承510滑动设置于光轴导轨490上，丝杆螺母540与丝杆472通过螺纹连接，直线轴承510、丝杆螺母540均固设于滑块支架520上，滑轮固定块530也固设在滑块支架520上，第一导绳滑轮550固设于滑轮固定块530上，当丝杆472运动时，丝杆螺母540在丝杆472的带动下移动，从而滑块支架520以及固设于滑块支架520上的直线轴承510、滑轮固定块530均同步移动。

光轴导轨490的两端设置有限位开关传感器200，通过两个限位开关传感器200可以实时检测导绳滑块500的位置信息。

本实施例中，主体框架100上还固设有用于检测控制绳索600张力信息的张力传感器700以及位张力传感器700两侧的第二导绳滑轮560、第三导绳滑轮570，第二导绳滑轮560、第三导绳滑轮570从控制绳索600的一侧张紧控制绳索600，张力传感器700从控制绳索600的另一侧张紧控制绳索600，以使张力传感器700实时检测控制绳索600上的张力信息。

本实施例中，主体框架100上还固设有用于反馈控制绳索600伸缩参数信息的编码器组件800，编码器组件800包括第一固定铜柱810、第一联轴器820、编码器830以及编码器固定板840，编码器固定板840通过第一固定铜柱810与主体框架100固定连接，编码器830通过螺钉固定安装在编码器固定板840上，编码器830的轴端通过第一联轴器820与铰轮组件490的输出端连接，用以采集控制绳索600的伸缩参数信息。

本实施例中，主体框架100上还固设有制动器组件300，用于保证丝杆472在停机状态下抱死。制动器组件300包括第二固定铜柱310与制动器320，制动器320通过第二固定铜柱310与主体框架100固定连接，制动器320通过花键套(图中未示出)与丝杆472连接，其中制动器320优选为电磁制动器。

继续参照图1，本实施例中，主体框架100包括张力传感器固定板110、固定底板120、后支撑板130、紧定螺钉140、前支撑板150，前支撑板150与后支撑板130通过螺钉与固定底板120连接，丝杆组件470、铰轮组件480以及光轴导轨490的两端分别固定设置于前支撑板150与后支撑板130上，张力传感器固定板110与后支撑板130通过螺钉连接，张力传感器700固设于张力传感器固定板110上，固定底板120两侧开有若干槽孔，以通过螺钉与机器人连接，前支撑板150上开有螺纹孔，用来固定限位开关传感器200，前支撑板150、后支撑板140设有用于安装光轴导轨490的通孔，前支撑板150、后支撑板130的两侧还设有紧定螺钉140，紧定螺钉140用于约束光轴导轨490的轴向运动，制动器组件300固设于前支撑板150上，编码器组件800固设于后支撑板130上。

驱动装置包括驱动电机410、电机固定板420、电机固定光杆430、第二联轴器440、第一同步带轮450、第二同步带轮451、同步带460，电机固定板420固设于固定底板120上，驱动电机110与电机固定板420通过螺钉固定连接，电机固定板420通过电机固定光杆430与前支撑板150连接，驱动电机410的输出轴通过第二联轴器440与第一同步带轮450连接，第一同步带轮450与铰轮组件480的输入端连接，第二同步带轮451与第一同步带轮450通过同步带460连接，且第二同步带轮451与丝杆组件470的输入端连接。需要注意，在不同的实施例中，驱动电机410也可以与第二同步带轮450连接，同样也能达到丝杆组件470与铰轮组件480同步转动的目的。

本发明的绳索驱动装置具有如下优点：

1、能够防止控制绳索之间的堆叠、挤压，保证控制绳索的控制精度。

2、张力传感器能够实时检测控制绳索的张力信息，限位开关传感器能够实时检测导绳滑块的位置信息，编码器能够实时检测控制绳索的伸缩参数信息，进而可以精准的对控制绳索进行控制。

3、制动器可以保证在停机状态下丝杆处于抱死状态，避免停机状态下由于绳索张力或外部牵引力使得铰轮转动，对该绳索驱动装置造成破坏。

4、整个绳索驱动装置结构紧凑，具有完备的功能单元，可以方便的安装和布置，最大程度的适应并联绳驱机器人快速组装、可重构的特点。

本发明还提供一种并联绳驱机器人，包括机器人主体以及如上所述的绳索驱动装置，该绳索驱动装置固设于机器人主体上，基于该绳索驱动装置的并联绳驱机器人具有更好的控制精度、更好的安全性以及更加简单、方便组装的结构。

以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种绳索驱动装置，其特征在于，包括主体框架、固设于所述主体框架上的驱动装置、与所述驱动装置连接并同步转动的丝杆与铰轮、与所述丝杆螺纹连接的导绳滑块以及一端固定设于所述铰轮的上的控制绳索；其中，所述铰轮上设有供所述控制绳索绕卷的螺纹槽，所述导绳滑块上设有第一导绳滑轮，所述第一导绳滑轮将所述控制绳索张紧并使所述控制绳索定向绕入所述螺纹槽内。

2.根据权利要求1所述的绳索驱动装置，其特征在于，还包括固设于所述主体框架上的第二导绳滑轮、第三导绳滑轮以及设于所述第二导绳滑轮、第三导绳滑轮之间的张力传感器，所述第二导绳滑轮、第三导绳滑轮从所述控制绳索的一侧张紧所述控制绳索，所述张力传感器从所述控制绳索的另一侧张紧所述控制绳索，以通过所述张力传感器检测所述控制绳索的张力大小。

3.根据权利要求1所述的绳索驱动装置，其特征在于，还包括固设于所述主体框架上的光轴导轨，所述导绳滑块滑动设置于所述光轴导轨上，以使所述导绳滑动随所述丝杆运动而移动的同时沿所述光轴导轨移动，所述光轴导轨的两端设有开关传感器，用于检测所述导绳滑块的位置信息。

4.根据权利要求1所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述铰轮的输出端上还连接有编码器，用于采集所述控制绳索的伸缩量信息。

5.根据权利要求1所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述丝杆还连接有用于在停机状态将所述丝杆抱死的制动器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机、第一同步轮、第二同步轮以及套设于所述第一同步轮与所述第二同步轮上的同步带，所述驱动电机的输出端与所述第一同步轮或所述第二同步轮连接，所述第一同步轮与所述铰轮的输入端连接，所述第二同步轮与所述丝杆的输入端连接。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述铰轮的输入端固连有铰轮前轴，所述铰轮前轴上安装有第一前支撑轴承，所述铰轮的输出端固连有铰轮后轴，所述铰轮后轴上安装有第一后支撑轴承，所述铰轮后轴上还安装有第一限位卡簧，所述第一限位卡簧与所述第一后支撑轴承远离所述铰轮一端抵持，以约束所述第一后支撑轴承的轴向运动。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述丝杆的输入端安装有第二前支撑轴承，所述丝杆的输出端安装有第二后支撑轴承，所述丝杆的输出端上还安装有第二限位卡簧，所述第二限位卡簧与所述第二后支撑轴承远离所述丝杆一端抵持，以约束所述第二后支撑轴承的轴向运动。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的绳索驱动装置，其特征在于，所述导绳滑块包括滑块支架、直线轴承、丝杆螺母以及滑轮固定块，所述直线轴承套设于所述光轴导轨上，所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接，所述直线轴承与所述丝杆螺母均固设于所述滑块支架上，所述滑轮固定块固设于所述滑块支架上，所述第一导绳滑轮固设于所述滑轮固定块上。

10.一种绳驱并联机器人，其特征在于，包括机器人本体以及如权利要求1-9中任一项所述的绳索驱动装置，所述绳索驱动装置固设于所述机器人本体上。