CN109909978B - 一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，包括底座、工作台、摇杆操作台及多组侧壁支撑柱、绳索、橡胶轮组件、滑块，工作台和多组侧壁支撑柱设于底座上，工作台位于底座中心，多组侧壁支撑柱均布在工作台四周，摇杆操作台位于工作台上；滑块设于侧壁支撑柱上，可在侧壁支撑柱上下滑动；橡胶轮组件通过转台安装在侧壁支撑柱顶部；多组绳索并联设在操作台上，绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，另一端连接在滑块上。本发明与实际装置按比例对应，可用于驱动对应的绳索并联机器人完成空间内的三自由度平动，从而完成作业，单人即可在操作台上完成作业，效率大大提高，人工劳动强度大大减小。

Description

一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置

技术领域

本发明涉及绳索并联机器人技术领域，具体涉及一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置。

背景技术

随着社会进步，并联机器人在工业生产中得到了广泛的应用。与串联机构相比，并联机器人具有较低的结构重量，他们由于其机械闭链结构具有刚性，能够进行具有高精度比如定位、搬运、堆垛等工作。其中绳索驱动并联机器人作为一种新型的并联机构具有结构简单、重构性强、重量轻、工作空间大、成本低等优点。近年来绳索驱动并联机器人技术得到大力发展，应用领域也越来越广泛。

当绳索驱动并联机器人运动存在外界环境接触时，传统的位置控制已经不能满足绳索驱动并联机器人的控制要求。针对这一问题，我们提出了一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置。该遥操作装置可由单人操作，控制绳索驱动并联机器人实现空间内三自由度平动作业，完成对应高强度作业任务，操作简单，易上手。单人即可在操作台上完成指定作业，工作效率大大提高，人工劳动强度大大减小。

发明内容

本发明的目的是提供一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，以解决现有技术的不足。

本发明采用以下技术方案：

一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，包括底座、工作台、摇杆操作台及多组侧壁支撑柱、绳索、橡胶轮组件、滑块，

摇杆操作台包括操作杆、球副、中心操作板、多组电磁铁和待磁化钢球，中心操作板上方由球副连接操作杆，下方设多组电磁铁，每组电磁铁底部嵌入待磁化钢球，电磁铁磁极方向与待磁化钢球对应；

橡胶轮组件包括支架、转轴、橡胶轮、码盘、转台，橡胶轮固定在转轴上，转轴安装在支架上，码盘设在转轴一端，支架设于转台上，支架在转台上可绕Z轴自转；

工作台和多组侧壁支撑柱设于底座上，工作台位于底座中心，多组侧壁支撑柱均布在工作台四周，摇杆操作台位于工作台上，即待磁化钢球和工作台面接触；

滑块设于侧壁支撑柱上，可在侧壁支撑柱上下滑动；橡胶轮组件通过转台安装在侧壁支撑柱顶部；

多组绳索并联设在操作台上，绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，另一端连接在滑块上。

进一步地，还包括多组配重，配重设于滑块底部。

进一步地，还包括多组辅助轮，辅助轮设于侧壁支撑柱上部，且在滑块行程之外；绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，再经过辅助轮，另一端连接在滑块上。

进一步地，相邻侧壁支撑柱下部通过连接杆连接。

进一步地，侧壁支撑柱底部设有和滑块匹配的支座。

进一步地，工作台为可升降工作台。

进一步地，可升降工作台为弹簧阻尼可升降工作台。

进一步地，绳索为尼龙绳索。

本发明的有益效果：

1、本发明与实际绳索驱动并联机器人装置按比例对应，可用于驱动对应的绳索并联机器人完成空间内的三自由度平动，从而完成作业，降低绳索驱动并联机器人的操作难度，单人即可在操作台上完成作业，效率大大提高，人工劳动强度大大减小。

2、通过球副来连接操作杆与中心操作板，把人为操作过程中传递给操作杆的扭转力矩滤去，避免操作过程中中心操作板发生扭转，使得操作台能在工作台顶部做平动。

3、通过电磁铁磁化钢球的形式，使得钢球带有弱磁性，钢球和工作台接触，接触面光滑摩擦小，钢球吸附在工作台的同时还能在工作台上流畅滚动。

4、通过尼龙绳索和橡胶轮的接触，增大了接触面摩擦力，使得尼龙绳索和橡胶轮之间基本上不会产生相对位移，尼龙绳索的实际位移被有效传递到了码盘上，可实时读出尼龙绳索经过橡胶轮的长度。

5、通过配重连接在滑块的底部，确保在遥操作装置工作过程中尼龙绳索处于紧绷状态，使得摇杆操作台不会因为人为操作失误导致突然的晃动，从而避免映射后绳索驱动三自由平动并联机器人的大幅度振动。

6、通过辅助轮滤去传到滑块的水平方向的力，使得滑块在轴向滑动摩擦力减小，运动更加顺畅。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为橡胶轮组件处放大示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，如图1和图2所示，包括底座18、工作台9、摇杆操作台及多组侧壁支撑柱19、尼龙绳索3、橡胶轮组件、滑块10、配重11、辅助轮12。多组一般为3-8组，图1示例为3组。

工作台9为可升降工作台，可升降工作台优选为弹簧阻尼可升降工作台。在人工操作时下压和上拉动作能够使得工作台9上升和下降一定范围，之后摇杆操作台在工作台9上水平移动，实现绳索并联机器人在空间上三自由度平动，在操作工程中工作台9能保持在那个高度不会下陷。

摇杆操作台包括操作杆4、球副5、中心操作板6、多组电磁铁7和待磁化钢球8。中心操作板6上方由球副5连接操作杆4，采用球副5来连接操作杆4与中心操作板6，把人为操作过程中传递给操作杆4的扭转力矩滤去，避免操作过程中中心操作板6发生扭转，使得操作台能在工作台9上做平动。中心操作板6下方设多组电磁铁7(图中示例为3组)，每组电磁铁7底部嵌入待磁化钢球8，电磁铁7磁极方向与待磁化钢球8对应。在遥操作过程中，采用电磁铁7磁化钢球8，使得钢球8带有弱磁性，钢球8和工作台9接触，接触面光滑摩擦小，钢球8吸附在工作台9上的同时还能在工作台9上流畅滚动。其磁性大小是通过其在轴上所受力的大小联立力平衡方程确定。

橡胶轮组件包括支架16、转轴13、橡胶轮1、码盘2、转台17，橡胶轮1固定在转轴13上，转轴13安装在支架16上，码盘2设在转轴13一端，支架16设于转台17上，支架16在转台17上可绕Z轴自转。

工作台9和多组侧壁支撑柱19设于底座18上，工作台9位于底座18中心，多组侧壁支撑柱19均布在工作台9四周，摇杆操作台位于工作台9上，即待磁化钢球8和工作台9面接触。

滑块10设于侧壁支撑柱19上，可在侧壁支撑柱19上下滑动，配重11设于滑块10底部，通过配重11连接在滑块10底部，确保在遥操作装置工作过程中尼龙绳索3处于紧绷状态，使得摇杆操作台不会因为人为操作失误导致突然的晃动，从而避免映射后绳索驱动三自由平动并联机器人的大幅度振动。配重大小是根据操作员松手后，摇杆操作台还能被磁性吸附在工作台9上以及移动过程中尼龙绳索3保持绷直这两个条件联立力方程求解可得合适的配重范围。侧壁支撑柱19底部设有和滑块10匹配的支座14。辅助轮12设于侧壁支撑柱19上部，且在滑块10行程之外，避免滑块10移动时因辅助轮12导致行程限制。橡胶轮组件通过转台17安装在侧壁支撑柱19顶部。相邻侧壁支撑柱19下部通过连接杆15连接。

多组尼龙绳索3并联设在操作台上，尼龙绳索3一端连接在操作台的中心操作板6上，经过橡胶轮1，再经过辅助轮12，另一端连接在滑块10上。采用尼龙绳索3和橡胶轮1接触的形式，增大了接触面摩擦力，使得尼龙绳索3和橡胶轮1之间基本上不会产生相对位移，尼龙绳索3的实际位移被有效传递到了码盘2上，可实时读出尼龙绳索3经过橡胶轮1的长度。采用辅助轮12滤去传到滑块10的水平方向的力，使得滑块10在轴向滑动摩擦力减小，运动更加顺畅。

本发明工作过程如下：手动操纵操作杆4，钢球8在电磁铁7通电工作中被磁化，使得钢球8带上弱磁性，钢球8在工作台9上做平面上的移动，拉动周围的并联尼龙绳索3移动，带动橡胶轮1转动，同时整个橡胶轮组件(除转台17)可以在转台17上绕Z轴自转，与此同时码盘2产生数字信号，之后通过信号放大映射到实际绳索驱动三自由平动并联机器人。本发明遥操作装置是根据映射关系控制按比例放大的实际绳索驱动三自由平动并联机器人，以码盘2传递的位移信号通过比例放大控制对应实际绳索驱动三自由平动并联机器人中执行器带动并联绳索牵引位移。

Claims (9)

1.一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，包括底座、工作台、摇杆操作台及多组侧壁支撑柱、绳索、橡胶轮组件、滑块，

摇杆操作台包括操作杆、球副、中心操作板、多组电磁铁和待磁化钢球，中心操作板上方由球副连接操作杆，下方设多组电磁铁，每组电磁铁底部嵌入待磁化钢球，电磁铁磁极方向与待磁化钢球对应；

橡胶轮组件包括支架、转轴、橡胶轮、码盘、转台，橡胶轮固定在转轴上，转轴安装在支架上，码盘设在转轴一端，支架设于转台上，支架在转台上可绕Z轴自转；

工作台和多组侧壁支撑柱设于底座上，工作台位于底座中心，多组侧壁支撑柱均布在工作台四周，摇杆操作台位于工作台上，即待磁化钢球和工作台面接触；

滑块设于侧壁支撑柱上，可在侧壁支撑柱上下滑动；橡胶轮组件通过转台安装在侧壁支撑柱顶部；

多组绳索并联设在操作台上，绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，另一端连接在滑块上。

2.根据权利要求1所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，还包括多组配重，配重设于滑块底部。

3.根据权利要求1所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，还包括多组辅助轮，辅助轮设于侧壁支撑柱上部，且在滑块行程之外；绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，再经过辅助轮，另一端连接在滑块上。

4.根据权利要求2所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，还包括多组辅助轮，辅助轮设于侧壁支撑柱上部，且在滑块行程之外；绳索一端连接在操作台的中心操作板上，经过橡胶轮，再经过辅助轮，另一端连接在滑块上。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，相邻侧壁支撑柱下部通过连接杆连接。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，侧壁支撑柱底部设有和滑块匹配的支座。

7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，工作台为可升降工作台。

8.根据权利要求7所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，可升降工作台为弹簧阻尼可升降工作台。

9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的一种绳索驱动三自由平动并联机器人的遥操作装置，其特征在于，绳索为尼龙绳索。