CN109531561A - 一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，包括基座、若干安装于所述基座上的电机、若干绳索支链、若干并联模块、若干刚系支链；所述若干并联模块依次由所述绳索支链与所述基座上的电机的收线轮盘连接。所述若干并联模块包括第一平台、第二平台，所述刚系支链一端垂直固定设置于所述第一平台的中心处，另一端与所述第二平台的中心处转动连接，所述刚系支链上固定设置有第三平台，所述第三平台与所述第二平台之间转动设置有至少三个弹簧支链。本发明具有工作空间大、制造成本低和易于安装等特点，可用于应用于海底打捞、运动场摄像系统、工艺雕刻、运动模拟、定位焊接以及位置跟踪等方面。

Description

一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术、机械制造等领域，尤其涉及一种刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人，可以应用于海底打捞、运动场摄像系统、工艺雕刻、运动模拟、定位焊接以及位置跟踪等方面。

背景技术

刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人不仅融合了绳索驱动与杆支撑机构的优点，还利用了弹簧缓冲提供被动力与力矩的特点，具有结构简单紧凑、惯性小、工作空间体积比大和响应速度快的特点，在高速机器人、超大工作空间的轻型机器人、大型轮船舰艇制造、机械加工、医疗康复和航天航空等方面都具有良好的应用前景。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人。可提供更大的工作空间以及实现了机器人的轻量化，并可简化控制程序。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，包括基座、若干安装于所述基座上的电机、若干绳索支链、若干并联模块、若干刚系支链；

所述若干并联模块由所述若干刚系支链串接成一体结构，并连接在所述基座上；

所述若干并联模块依次由所述绳索支链与所述基座上的电机的收线轮盘连接。

进一步地，所述若干并联模块包括第一平台、第二平台，所述刚系支链一端垂直固定设置于所述第一平台的中心处，另一端与所述第二平台的中心处转动连接，所述刚系支链上固定设置有第三平台，所述第三平台与所述第二平台之间转动设置有至少三个弹簧支链，所述绳索支链末端连接于所述第二平台上。

更进一步地，所述弹簧支链一端转动设置于所述第二平台上的所述绳索支链的连接端。

更进一步地，所述弹簧支链包括一对固结滑轮、弹簧，所述一对固结滑轮分别设置于所述弹簧两端。

更进一步地，所述刚系支链包括由下至上依次设置的主动伸缩杆支链以及顶部设置的转动副、虎克铰。

更进一步地，所述主动伸缩杆支链由液压或者滚珠丝杠驱动。

本发明采用绳－杆混合驱动支链作为主动支链，弹簧支链提供被动力与力矩，具有工作空间大、结构简单、制造成本低和易于安装等特点，可用于应用于海底打捞、运动场摄像系统、工艺雕刻、运动模拟、定位焊接以及位置跟踪等方面。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人一般形态；

图3是本发明的一个简化并联模块的结构示意图。

其中，1基座，2并联模块1，3并联模块2，4并联模块3，5并联模块4，6并联模块5，7并联模块6，8刚性支链6，9刚性支链5，10刚性支链4，11刚性支链3，12刚性支链2，13刚性支链1，14电机，15机架，16平台1，17平台2，18平台3，19平台4，20平台5，21平台6，22平台7，23基座，24收线轮盘，25绳索，26第三平台，27转动副，28虎克铰，29转动副、30电机，31主动伸缩杆，32滑轮，33弹簧，34虎克铰，35滑轮，36第二平台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1－2所示的本发明实施例的一种刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人，其由基座1、电机14以及2、3、4、5、6、7等六个并联模块构成，各并联模块通过刚系支链串接成一体结构，并连接在所述基座上。

基本组成单元是刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的并联模块，如图3，每个并联模块均有一根中间主动伸缩杆支链、三根弹簧支链以及三根绳索驱动外围支链。刚性支链8、9、10、11、12、13构成所述机器人的一条脊线，对机器人起到提供定向运动与支撑作用。任意并联模块中每根绳索驱动支链一端通过虎克铰和转动副与第二平台连接，另一端通过第一平台向下一个并联模块传递，第六个并联模块7的驱动绳索先后经过平台19、20、21、22、17、16，最后与放置在基座上的电机14的收线轮盘相连，后部的并联模块通过绳索支链穿过前部的并联模块与基座1上的驱动电机的收线轮盘相连。所述刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人的驱动电机均放置在基座1上，不仅减小了每个运动支链的惯量，还有利于提高所述机器人的灵活性，增大其工作空间。

本发明通过弹簧支链提供被动力、力矩以及对机器人起缓冲且使平台稳定的作用。

如图2，本发明可将基座1吊装于机架15进行使用。

结合图3所示，并联模块包括第一平台23、第二平台36，在图3所示的本发明的简化省略中间所有并联模块的结构示意图，三条绳索驱动的主动支链结构相同，均由电机30、收线轮盘24、绳索25、虎克铰28与转动副29组成，虎克铰28通过转动副29与第二平台36连接，电机30放置在第一平台23上，收线轮盘24与虎克铰28之间通过绳索25连接，电机30驱动收线轮盘24转动，收线轮盘24通过拽拉绳索来改变绳索的长度，从而实现对虎克铰28和第二平台36的拽拉。一条中间主动伸缩杆支链由虎克铰34、转动副27和主动伸缩杆31组成，主动伸缩杆31的下端垂直固定连接第一平台23，连接点位于第一平台23中心处，主动伸缩杆31的上端通过转动副27、虎克铰34与第二平台36连接，连接点位于第二平台36中心处，转动副27的转轴与主动伸缩杆31平行，且均垂直于第一平台23与中间第三平台26。主动伸缩杆31由液压或者滚珠丝杠驱动，实现轴向运动。三根弹簧支链结构相同，均由固结滑轮32、弹簧33与固结滑轮35组成，其中，弹簧33的一端通过固结滑轮32与中间第三平台26连接，滑轮32固定在中间第三平台26上，中间第三平台26固定在主动伸缩杆31上，另一端通过固结滑轮35与第二平台36连接，滑轮35固定在第二平台36上，当末端第二平台位姿发生改变时，弹簧提供被动力与力矩，起到拽拉、支撑以及使第二平台平稳运动的作用。在主动伸缩杆31没有伸缩，保持初始位姿不变的情况下，当电机运转时，绳索被拽拉，由于绳索长度的变化会导致第二平台位姿发生改变，连接第二平台与中间第三平台的弹簧会因此被压缩或拉伸，弹簧由于要复原产生力与力矩，从而实现第二平台自旋，再加上主动伸缩支链的定向运动与支撑作用，可实现末端第二平台三个转动和一个移动自由度运动。

绳索驱动主动支链与第二台连接处构成的三角形相似于绳索驱动主动支链与第一平台连接处构成的三角形，弹簧与第二平台连接处构成的三角形相似于弹簧与中间主动伸缩杆固结的第三平台连接处构成的三角形。

本发明相比于传统的刚性支链超冗余机器人，具有结构紧凑、工作空间大、制造成本低且易于安装等特点。由于弹簧的引入，能够提供被动力与力矩，并联模块末端动平台可以实现三个转动和一个移动自由度，所述刚柔耦合绳－杆－弹簧混合作用下的超冗余机器人可用于海底打捞、运动场摄像系统、工艺雕刻、定位焊接、医疗康复和航天航空等方面。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，包括基座、若干安装于所述基座上的电机、若干绳索支链、若干并联模块、若干刚系支链；

所述若干并联模块由所述若干刚系支链串接成一体结构，并连接在所述基座上；

所述若干并联模块依次由所述绳索支链与所述基座上的电机的收线轮盘连接。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，所述若干并联模块包括第一平台、第二平台，所述刚系支链一端垂直固定设置于所述第一平台的中心处，另一端与所述第二平台的中心处转动连接，所述刚系支链上固定设置有第三平台，所述第三平台与所述第二平台之间转动设置有至少三个弹簧支链，所述绳索支链末端连接于所述第二平台上。

3.根据权利要求2所述的刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，所述弹簧支链一端转动设置于所述第二平台上的所述绳索支链的连接端。

4.根据权利要求3所述的刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，所述弹簧支链包括一对固结滑轮、弹簧，所述一对固结滑轮分别设置于所述弹簧两端。

5.根据权利要求1－4任一项所述的刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，所述刚系支链包括由下至上依次设置的主动伸缩杆支链以及顶部设置的转动副、虎克铰。

6.根据权利要求5所述的刚柔耦合绳、杆、弹簧混合作用下的超冗余机器人，其特征在于，所述主动伸缩杆支链由液压或者滚珠丝杠驱动。