CN110125978B

CN110125978B - 一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人

Info

Publication number: CN110125978B
Application number: CN201910416810.8A
Authority: CN
Inventors: 姚建涛; 陈新博; 李彤; 王亚蒙; 孙圆圆; 房培娜; 李海利; 许允斗; 赵永生
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: CN110125978A

Abstract

本发明公开一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人，涉及机器人技术领域，主要包括机架、末端手爪、绳驱动机械臂和并联驱动装置。机械臂由多个扭动机构串联而成，一端固定在机架上，另一端与末端手爪相连。从驱动装置伸出的的驱动绳经由导线管后与机械臂的运动盘相固连。每一个并联驱动装置独立控制一个扭动机构，实现扭动机构的两自由度运动。本发明通过导线管可以将末端机械臂和并联驱动装置分隔开，不用考虑并联驱动装置的体积和安置。通过并联平台设计在通过多绳牵引提升机械臂刚度和稳定性的同时减少了驱动电机的数量。既能够以紧凑的结构尺寸运行在非结构任务空间中，又能减少驱动电机的数量，还能够实现各个机械臂小节的独立控制与联合驱动。

Description

一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人。

背景技术

近年来，机器人技术日新月异，从工业机械臂到人工智能机器人，机器人已经深入军事、工业、农业、服务业等各个行业。连续体机器人因其良好的运动灵活性，能够适应非结构化的复杂环境，其应用前景日益广阔。目前，连续体机器人大致可以分为两类：一类是具有脊柱结构的超冗余度机器人，另一类是无脊柱结构的软体机器人。具有仿生脊柱结构的连续体机器人大多采用刚柔耦合结构，其结构中含有刚性关节与部件，具有较大的承载能力，面向工程应用的潜力较大。

在推进连续体机器人工程化应用的研究上，英国OC Robotics公司率先将蛇形连续体机器人实现了工业化、商品化。该公司较新的两款蛇形工业机器人SeriesⅡ-X125和SeriesⅡ-X150机器人系统，该类型机器人是由电缆链接每个关节的电机和制动器，通过安放在机器人后端的基座进行控制操作。具有很大的运动灵活性，机械臂弯曲角度能够超过225度，能够像蛇一样轻盈精准的移动。它能够携带末端执行器进入人类很难进入或者无法进入的非结构环境中，柔顺灵巧地到达工作区域进行操作。2016年，中国专利CN105150219A公开了一种基于绳索驱动的超冗余柔性机械臂，该机械臂模块包括多个串联的关节，关节上固接有至少三处的驱动绳，驱动绳可在驱动模块的驱动下独立运动。

这类绳驱动柔性机械臂具有很高的运动灵活性，为提高机械臂的负载能力和稳定性，机械臂通常采用多绳驱动的结构。因而，其驱动电机数量也随之众多，驱动装置的体积较大，驱动的协同控制也面临着较大的挑战。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种采用导线管设计的基于并联平台驱动的分体布置型绳牵引机器人。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人，包括末端手爪、机械臂、机架和并联驱动装置，所述机械臂设置于所述机架上，所述末端手抓设置于所述机械臂的较低端，所述并联驱动装置用于驱动所述机械臂。

可选的，所述机械臂包括多节串联设置的扭动机构，所述扭动机构包括固定盘、运动盘、连杆、胡克铰和弹性件；所述固定盘位于所述扭动机构的顶部，所述运动盘位于所述扭动机构的底部，所述弹性件设置于所述固定盘与所述运动盘之间，所述运动盘和所述固定盘之间设置有所述胡克铰，且所述胡克铰的上下两端与所述固定盘和所述运动盘之间分别通过一连杆相连接。

可选的，所述末端手爪设置于位于最底部的所述扭动机构的所述运动盘底部。

可选的，所述并联驱动装置包括多个并联设置的驱动机构，所述驱动机构包括定平台、动平台、多个具有伸缩功能的推杆和多个驱动绳；所述定平台设置于所述驱动机构的底部，所述动平台设置于所述驱动机构的顶部，所述多个推杆均匀设置于所述定平台与所述动平台之间，且所述推杆与所述动平台和所述定平台之间均为活动连接；每个所述推杆两侧分别设置有一所述驱动绳，所述驱动绳一端与所述动平台相连接，另一端贯穿所述定平台后与所述机械臂相连接。

可选的，每个所述驱动结构中的所述驱动绳的另一端分别与一个所述扭动机构中的所述运动盘固定连接。

可选的，所述驱动绳与所述动平台相连接的一端还设置有张紧机构，所述张紧机构包括第二弹性件、法兰和束绳扣，所述弹性件设置于所述法兰与所述动平台之间，所述驱动绳的一端穿过所述弹性件和所述法兰后由所述束绳扣固定。

可选的，还包括基座，所述多个驱动机构均设置于所述基座上。

可选的，还包括导线管，所述固定盘与所述定平台之间的所述驱动绳均设置于所述导线管内。

可选的，所述推杆与所述动平台之间通过球铰连接；所述推杆与所述定平台之间通过销轴连接。

可选的，所述推杆为电动推杆或气缸杆或液压杆。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，通过导线管可以将末端机械臂和并联驱动装置分隔开，不用考虑并联驱动装置的体积和安置。通过并联平台在通过多驱动绳牵引提升机械臂刚度和稳定性的同时减少了驱动电机的数量。本发明中的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，既包含了普通绳驱动机器人综合性能，又具有刚度高、稳定性好的优良特质；既能够以紧凑的结构尺寸运行在非结构任务空间中，又能减少驱动电机的数量，还能够实现各个机械臂小节的独立控制与联合驱动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构立体示意简图。

图2为本发明的并联驱动装置中驱动机构局部放大示意简图。

图3为本发明的驱动绳张紧机构局部放大示意简图。

图4为本发明定平台局部放大示意简图。

图5为本发明导线管布置局部放大示意简图。

图6为本发明绳驱动机械臂示意简图。

图7为本发明第二个机械臂小节示意简图

图8为本发明第二个机械臂小节斜侧立体示意简图。

图中：1、末端手爪；2、机械臂；3、机架；4、收纳管；5、并联驱动装置；6、基座；7、束绳扣；8、动平台；9、球铰；10、电动推杆；11、驱动绳；12、销轴；13、转动副支架；14、定平台；15、T型法兰；16、弹簧A；17、导线管固定接头；18、导线管；19、U型管卡；20、f型管卡；21、固定盘；22、弹簧B；23、运动盘；24、法兰；25、连杆；26、胡克铰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人，包括末端手爪1、机械臂2、机架3和并联驱动装置5，所述机械臂2设置于所述机架3上，所述末端手抓设置于所述机械臂2的较低端，所述并联驱动装置5用于驱动所述机械臂2。

于本具体实施例中，如图1-8所示，所述机械臂2包括三节串联设置的扭动机构，所述扭动机构包括固定盘21、运动盘23、连杆25、胡克铰26和弹簧B22；所述固定盘21位于所述扭动机构的顶部，所述运动盘23位于所述扭动机构的底部，所述弹性件设置于所述固定盘21与所述运动盘23之间，所述运动盘23和所述固定盘21之间设置有所述胡克铰26，且所述胡克铰26的上下两端与所述固定盘21和所述运动盘23之间分别通过一连杆25相连接。

所述末端手爪1设置于位于最底部的所述扭动机构的所述运动盘23底部。

所述末端手爪1可以采用具有独立电源、独立驱动机构和独立控制系统的机械手爪。

所述并联驱动装置5包括三个并联设置的驱动机构，三个驱动机构均设置于基座6上，每个驱动机构分别驱动一个所述扭动机构；所述驱动机构包括定平台14、动平台8、三个电动推杆10和六个驱动绳11；所述定平台14设置于所述驱动机构的底部，所述动平台8设置于所述驱动机构的顶部，所述三个推杆均匀设置于所述定平台14与所述动平台8之间，所述推杆与所述动平台8之间通过球铰9连接；所述推杆与所述定平台14之间通过销轴12连接；每个所述推杆两侧分别设置有一所述驱动绳11，所述驱动绳11一端与所述动平台8相连接，另一端贯穿所述定平台14后与所述机械臂2相连接。

本实施例中的驱动绳11采用钢丝绳。

每个所述驱动结构中的所述驱动绳11的另一端分别与一个所述扭动机构中的所述运动盘23固定连接。

所述驱动绳11与所述动平台8相连接的一端还设置有张紧机构，于本实施例中，以一个驱动机构上的驱动绳11为一组，每组驱动绳11中仅有3根驱动绳直接贯穿动平台8后通过束绳扣7固定，3根驱动绳呈120°均布，其余驱动绳均设置有张紧机构；所述张紧机构包括弹簧A16、法兰24和束绳扣7，所述弹性件设置于所述法兰24与所述动平台8之间，所述驱动绳11的一端穿过所述弹性件和所述法兰24后由所述束绳扣7固定。

所述固定盘21与所述定平台14之间的所述驱动绳11均设置于所述导线管18内。

工作时，并联驱动装置5中的一个驱动机构中的三台电动推杆10联合驱动，使动平台8运动，通过导线管18中的驱动绳11驱动对应的扭动机构的运动盘23发生相应运动，实现各向弯曲。并联驱动装置5中的其它驱动机构通过驱动绳11驱动对应的各个扭动机构运动的原理与之相同。各个扭动机构之间既可以独立运动，又可以相互协调运动，进而可以实现柔性机械臂2的单向弯曲和多向弯曲运动。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，包括末端手爪、机械臂、机架和并联驱动装置，所述机械臂设置于所述机架上，所述末端手抓设置于所述机械臂的较低端，所述并联驱动装置用于驱动所述机械臂；

所述机械臂包括多节串联设置的扭动机构，所述扭动机构包括固定盘、运动盘、连杆、胡克铰和弹性件；所述固定盘位于所述扭动机构的顶部，所述运动盘位于所述扭动机构的底部，所述弹性件设置于所述固定盘与所述运动盘之间，所述运动盘和所述固定盘之间设置有所述胡克铰，且所述胡克铰的上下两端与所述固定盘和所述运动盘之间分别通过一连杆相连接。

2.根据权利要求1所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，所述末端手爪设置于位于最底部的所述扭动机构的所述运动盘底部。

3.根据权利要求1所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，所述并联驱动装置包括多个并联设置的驱动机构，所述驱动机构包括定平台、动平台、多个具有伸缩功能的推杆和多个驱动绳；所述定平台设置于所述驱动机构的底部，所述动平台设置于所述驱动机构的顶部，所述多个推杆均匀设置于所述定平台与所述动平台之间，且所述推杆与所述动平台和所述定平台之间均为活动连接；每个所述推杆两侧分别设置有一所述驱动绳，所述驱动绳一端与所述动平台相连接，另一端贯穿所述定平台后与所述机械臂相连接。

4.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，每个所述驱动结构中的所述驱动绳的另一端分别与一个所述扭动机构中的所述运动盘固定连接。

5.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，所述驱动绳与所述动平台相连接的一端还设置有张紧机构，所述张紧机构包括第二弹性件、法兰和束绳扣，所述弹性件设置于所述法兰与所述动平台之间，所述驱动绳的一端穿过所述弹性件和所述法兰后由所述束绳扣固定。

6.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，还包括基座，所述多个驱动机构均设置于所述基座上。

7.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，还包括导线管，所述固定盘与所述定平台之间的所述驱动绳均设置于所述导线管内。

8.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，所述推杆与所述动平台之间通过球铰连接；所述推杆与所述定平台之间通过销轴连接。

9.根据权利要求3所述的基于并联平台驱动的绳牵引机器人，其特征在于，所述推杆为电动推杆或气缸杆或液压杆。