CN110605703A - 一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，主要由动力传输装置、传动万向轮、执行装置、机架组成，在使用时，通过螺栓连接将支座固定在地面上，绳一端固定在绕筒上，另一端连接在执行装置的挂钩上，步进电机转动通过减速器减速后带动绕筒转动，从而将绳缠绕在绕筒上，绳通过定滑轮与传动万向轮导向，传动万向轮可以改变绳的方向，执行装置上的合页与铰链可以使执行装置变形，八根绳连接执行装置挂钩后，八个步进电机配合使执行装置运动、变形，从而实现货物的抓取与转运，本发明重量轻、造型简单、操作方便、造价低、运动速度快，提高货物搬运系统的自动化程度以及货物搬运的效率，节省了人力资源，实用性强，具有应用前景。

Description

一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构

技术领域

本发明涉及一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，准确的说是一种由柔索驱动的末端执行器可变形的六自由度货物搬运机器人，可实现货物在框架内有限空间的移动。

背景技术

搬运工业机器人是一多自由度组成的高精度空间运动机械，所以必须具有运动的灵活性和准确性，以及动态性能的平稳性。因此，其与普通机械设备相比，除满足高强度、刚度、可靠性之外，还必须具有灵巧的构形和良好的动态性能。现有的货物搬运机器人多采用六自由度并联绳牵引机构，但是由于其末端执行器自身不可变形，极大地限制了货物搬运机器人的工作空间。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构。本发明采用的技术手段如下：

一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，主要由动力传输装置、传动万向轮、执行装置、机架组成，所述机架包括整体框架和置于整体框架上、下面的上顶板、下底板，所述下底板距离地面存在预设距离，所述动力传输装置设置在上顶板的上表面和下底板的下表面，所述动力传输装置为多个，其包括动力源和与其相连的绕筒，所述绕筒上缠绕有绳，所述顶板的上表面还设有匹配动力传输装置数量的定滑轮，所述传动万向轮安装在上顶板下底面与下底面上表面，所述执行装置包括型材框架和置于型材框架上的挂钩，所述绳经过定滑轮和传动万向轮后与相应的挂钩相连，所述型材框架通过合页和铰链连接，其用于在动力传输装置的作用下，通过绳的牵引，自身变形夹取待运输物体。

进一步地，所述动力传输装置由一号轴承座、绕筒、法兰、二号轴承座、联轴器、减速器、步进电机、电机支架、绕筒轴、定滑轮、绳、绕筒轴套组成，电机支架、一号轴承座、二号轴承座和定滑轮为一组固定装置，所述的固定装置通过螺栓固定在上顶板上表面和下底板下表面，步进电机、减速器、联轴器和绕筒轴依次相连，步进电机与减速器通过螺栓固定在一起，减速器通过螺栓与电机支架固定在一起，绕筒轴由一号轴承座和二号轴承座支撑，绕筒与绕筒轴过盈配合，法兰的侧平面与绕筒侧平面通过螺栓连接，法兰的内圆柱面与绕筒轴通过紧定螺钉连接，通过左右两个轴套使法兰与绕筒固定在绕筒轴上，进而实现绕筒与绕筒轴同步转动，绳绕在绕筒上，通过定滑轮导向。

进一步地，所述整体框架包括大型材柱、斜型材柱、内接角件、支座，通过多个大型材柱连接为稳定结构，通过多个斜型材柱对稳定结构进行加固，通过内接角件对斜型材柱和大型材柱进行加固，通过设置在大型材柱底部的用于支撑整体框架的支座，使得所述下底板能够距离地面存在预设距离。

进一步地，十二个大型材柱通过螺栓连接组成正方体框架，相邻大型材柱之间设置固定角件，共通过二十四个固定角件固定正方体框架，四个立式大型材柱底部设有支座，十六个斜型材柱四个一组通过螺栓固定在整体框架上、下、前、后面上，每个面共八个内接角件，内接角件的一端通过螺栓与大型材柱固定，另一端通过螺栓与斜型材柱固定。

进一步地，所述传动万向轮由滑轮、固定座、基座、双螺纹轴、螺母、万向轮轴承、轴承轴套、卡簧组成，固定座通过螺栓固定在上顶板下表面和下底板上表面，基座下底面有空心轴，固定座的中心孔中安装有万向轮轴承，通过在固定座内孔上轴向安装卡簧、轴承轴套使万向轮轴承与基座固定再固定座上，基座上有两对同心通孔，将滑轮安放在基座内之后，用双螺纹轴穿过滑轮，放置在两同心孔中，通过四个螺母固定两个双螺纹轴。

进一步地，所述的执行装置为四杆机构，具有单自由度，由型材柱、合页、挂钩、直角角件、铰链组成，所述型材柱包括四个竖直柱和八个水平柱，在第一状态下，上层的四个水平柱形成正方形，下层的四个水平柱形成正方形，每个竖直的型材柱通过四个直角角件连接上下的型材柱，直角角件一端通过螺栓连接水平柱，另一端通过螺栓连接竖直柱，同层的水平柱通过对角设置的两个合页连接，以及通过另外对角设置的两个铰链连接，执行装置下端的两个挂钩连接上顶板两个同侧运动传输装置输出的绳，八个挂钩连接八根绳，使得在非第一状态下，即合页转动时，两型材柱所夹的直角变为锐角，铰链转动时，两型材柱所夹的直角变为钝角。

本发明的有益效果是：

1.本发明具有速度快、重量轻、造型简单、操作方便、造价低等优点，提高货物搬运系统的自动化程度以及货物搬运的效率，节省了人力资源，实用性强，具有广阔的应用前景。

2.本发明中末端执行器可自身发生变形，具有单自由度，可以不加外部机械手爪就可实现物体的抓取搬运，应用起来简单方便。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构整体视图；

图2为动力传输装置放大图；

图3为传动万向轮放大图；

图4为传动万向轮剖面图；

图5为执行装置放大图；

图6为整体框架放大图；

其中：

1-动力传输装置；2-传动万向轮；3-执行装置；4-机架；101-一号轴承座；102-绕筒；103-法兰；104-二号轴承座；105-联轴器；106-减速器；107-步进电机；108-电机支架；109-绕筒轴；110-定滑轮；111-绳；112-绕筒轴套；201-滑轮；202-固定座；203-基座；204-双螺纹轴；205-螺母；206-万向轮轴承；207-轴承轴套；208-卡簧；301-型材柱；302-合页；303-挂钩；304-直角角件；305-铰链；401-上顶板；402-下底板；403-大型材柱；404-斜型材柱；405-内接角件；406-支座；407-固定角件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1所示，一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，主要由动力传输装置1、传动万向轮2、执行装置3、机架4组成，所述机架4包括整体框架和置于整体框架上、下面的上顶板401、下底板402，所述下底板402距离地面存在预设距离，所述动力传输装置设置在上顶板401的上表面和下底板402的下表面，所述动力传输装置1为多个，其包括动力源和与其相连的绕筒102，所述绕筒102上缠绕有绳111，所述顶板401的上表面还设有匹配动力传输装置1数量的定滑轮110，所述传动万向轮2安装在上顶板401下底面与下底面402上表面，所述执行装置3包括型材框架和置于型材框架上的挂钩303，所述绳111经过定滑轮110和传动万向轮2后与相应的挂钩303相连，所述型材框架通过合页302和铰链305连接，其用于在动力传输装置1的作用下，通过绳111的牵引，自身变形夹取待运输物体。

如图2所示，所述动力传输装置1由一号轴承座101、绕筒102、法兰103、二号轴承座104、联轴器105、减速器106、步进电机107、电机支架108、绕筒轴109、定滑轮110、绳111、绕筒轴套112组成，电机支架108、一号轴承座101、二号轴承座104和定滑轮110为一组固定装置，所述的固定装置通过螺栓固定在上顶板401上表面和下底板402下表面，步进电机107、减速器106、联轴器105和绕筒轴109依次相连，步进电机107与减速器106通过螺栓固定在一起，减速器106通过螺栓与电机支架108固定在一起，绕筒轴109由一号轴承座101和二号轴承座104支撑，绕筒102与绕筒轴109过盈配合，法兰103的侧平面与绕筒102侧平面通过螺栓连接，法兰103的内圆柱面与绕筒轴109通过紧定螺钉连接，通过左右两个轴套112使法兰103与绕筒102固定在绕筒轴109上，进而实现绕筒102与绕筒轴109同步转动，绳111绕在绕筒102上，通过定滑轮110导向。

如图6所示，所述整体框架包括大型材柱403、斜型材柱404、内接角件405、支座406，通过多个大型材柱403连接为稳定结构，通过多个斜型材柱404对稳定结构进行加固，通过内接角件405对斜型材柱404和大型材柱403进行加固，通过设置在大型材柱403底部的用于支撑整体框架的支座406，使得所述下底板402能够距离地面存在预设距离，所述内接角件具体为135°内接角件。

十二个大型材柱403通过螺栓连接组成正方体框架，相邻大型材柱403之间设置固定角件407，共通过二十四个固定角件407固定正方体框架，其中四个立式大型材柱长度长于8个横式大型材柱，底层的横式大型材柱固接在立式大型材柱的位置与底面存在预设距离，四个立式大型材柱403底部设有支座406，十六个斜型材柱404四个一组通过螺栓固定在整体框架上、下、前、后面上，每个面共八个内接角件405，内接角件405的一端通过螺栓与大型材柱403固定，另一端通过螺栓与斜型材柱404固定，作为其他实施方式，可通过在底层的横式大型材柱的底部安装其他小立柱及支座来增大与地面接触的面积，减轻竖直4根大型材柱伸出部分所承受的力，避免变形损坏。

如图3、图4所述传动万向轮2由滑轮201、固定座202、基座203、双螺纹轴204、螺母205、万向轮轴承206、轴承轴套207、卡簧208组成，固定座202通过螺栓固定在上顶板401下表面和下底板402上表面，基座203下底面有空心轴，固定座202的中心孔中安装有万向轮轴承206，通过在固定座202内孔上轴向安装卡簧208、轴承轴套207使万向轮轴承206与基座203固定再固定座202上，基座203上有两对同心通孔，将滑轮201安放在基座203内之后，用双螺纹轴204穿过滑轮201，放置在两同心孔中，通过四个螺母205固定两个双螺纹轴204。

如图5所示，所述的执行装置3为四杆机构，具有单自由度，由型材柱301、合页302、挂钩303、直角角件304、铰链305组成，所述型材柱301包括四个竖直柱和八个水平柱，在第一状态下，上层的四个水平柱形成正方形，下层的四个水平柱形成正方形，每个竖直的型材柱301通过四个直角角件304连接上下的型材柱301，直角角件304一端通过螺栓连接水平柱，另一端通过螺栓连接竖直柱，同层的水平柱通过对角设置的两个合页连接，以及通过另外对角设置的两个铰链连接，执行装置3下端的两个挂钩303连接上顶板401两个同侧运动传输装置1输出的绳111，八个挂钩303连接八根绳111，使得在非第一状态下，即合页302转动时，两型材柱301所夹的直角变为锐角，铰链305转动时，两型材柱301所夹的直角变为钝角。

具体地，本实施例在机体应用时，通过螺栓连接将支座406固定在地面上，绳111一端固定在绕筒102上，另一端连接在执行装置3的挂钩303上，步进电机107转动通过减速器106减速后通过联轴器105带动绕筒轴109转动，绕筒轴109带动绕筒102转动，从而将绳111缠绕在绕筒102上，绳111通过传动万向轮2与定滑轮110导向传动，传动万向轮2可以改变绳111的方向，执行装置3上的合页302与铰链305可以使执行装置3变形，八根绳111连接挂钩303后，通过八个步进电机107的配合实现执行装置3的运动与变形。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，主要由动力传输装置(1)、传动万向轮(2)、执行装置(3)、机架(4)组成，所述机架(4)包括整体框架和置于整体框架上、下面的上顶板(401)、下底板(402)，所述下底板(402)距离地面存在预设距离，所述动力传输装置设置在上顶板(401)的上表面和下底板(402)的下表面，所述动力传输装置(1)为多个，其包括动力源和与其相连的绕筒(102)，所述绕筒(102)上缠绕有绳(111)，所述顶板(401)的上表面还设有匹配动力传输装置(1)数量的定滑轮(110)，所述传动万向轮(2)安装在上顶板(401)下底面与下底面(402)上表面，所述执行装置(3)包括型材框架和置于型材框架上的挂钩(303)，所述绳(111)经过定滑轮(110)和传动万向轮(2)后与相应的挂钩(303)相连，所述型材框架通过合页(302)和铰链(305)连接，其用于在动力传输装置(1)的作用下，通过绳(111)的牵引，自身变形夹取待运输物体。

2.根据权利要求1所述的六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，所述动力传输装置(1)由一号轴承座(101)、绕筒(102)、法兰(103)、二号轴承座(104)、联轴器(105)、减速器(106)、步进电机(107)、电机支架(108)、绕筒轴(109)、定滑轮(110)、绳(111)、绕筒轴套(112)组成，电机支架(108)、一号轴承座(101)、二号轴承座(104)和定滑轮(110)为一组固定装置，所述的固定装置通过螺栓固定在上顶板(401)上表面和下底板(402)下表面，步进电机(107)、减速器(106)、联轴器(105)和绕筒轴(109)依次相连，步进电机(107)与减速器(106)通过螺栓固定在一起，减速器(106)通过螺栓与电机支架(108)固定在一起，绕筒轴(109)由一号轴承座(101)和二号轴承座(104)支撑，绕筒(102)与绕筒轴(109)过盈配合，法兰(103)的侧平面与绕筒(102)侧平面通过螺栓连接，法兰(103)的内圆柱面与绕筒轴(109)通过紧定螺钉连接，通过左右两个轴套(112)使法兰(103)与绕筒(102)固定在绕筒轴(109)上，进而实现绕筒(102)与绕筒轴(109)同步转动，绳(111)绕在绕筒(102)上，通过定滑轮(110)导向。

3.根据权利要求1所述的六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，所述整体框架包括大型材柱(403)、斜型材柱(404)、内接角件(405)、支座(406)，通过多个大型材柱(403)连接为稳定结构，通过多个斜型材柱(404)对稳定结构进行加固，通过内接角件(405)对斜型材柱(404)和大型材柱(403)进行加固，通过设置在大型材柱(403)底部的用于支撑整体框架的支座(406)，使得所述下底板(402)能够距离地面存在预设距离。

4.根据权利要求3所述的六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，十二个大型材柱(403)通过螺栓连接组成正方体框架，相邻大型材柱(403)之间设置固定角件(407)，共通过二十四个固定角件(407)固定正方体框架，四个立式大型材柱(403)底部设有支座(406)，十六个斜型材柱(404)四个一组通过螺栓固定在整体框架上、下、前、后面上，每个面共八个内接角件(405)，内接角件(405)的一端通过螺栓与大型材柱(403)固定，另一端通过螺栓与斜型材柱(404)固定。

5.根据权利要求1所述的六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，所述传动万向轮(2)由滑轮(201)、固定座(202)、基座(203)、双螺纹轴(204)、螺母(205)、万向轮轴承(206)、轴承轴套(207)、卡簧(208)组成，固定座(202)通过螺栓固定在上顶板(401)下表面和下底板(402)上表面，基座(203)下底面有空心轴，固定座(202)的中心孔中安装有万向轮轴承(206)，通过在固定座(202)内孔上轴向安装卡簧(208)、轴承轴套(207)使万向轮轴承(206)与基座(203)固定再固定座(202)上，基座(203)上有两对同心通孔，将滑轮(201)安放在基座(203)内之后，用双螺纹轴(204)穿过滑轮(201)，放置在两同心孔中，通过四个螺母(205)固定两个双螺纹轴(204)。

6.根据权利要求1所述的六自由度末端可变形的并联绳牵引机构，其特征在于，所述的执行装置(3)为四杆机构，具有单自由度，由型材柱(301)、合页(302)、挂钩(303)、直角角件(304)、铰链(305)组成，所述型材柱(301)包括四个竖直柱和八个水平柱，在第一状态下，上层的四个水平柱形成正方形，下层的四个水平柱形成正方形，每个竖直的型材柱(301)通过四个直角角件(304)连接上下的型材柱(301)，直角角件(304)一端通过螺栓连接水平柱，另一端通过螺栓连接竖直柱，同层的水平柱通过对角设置的两个合页连接，以及通过另外对角设置的两个铰链连接，执行装置(3)下端的两个挂钩(303)连接上顶板(401)两个同侧运动传输装置(1)输出的绳(111)，八个挂钩(303)连接八根绳(111)，使得在非第一状态下，即合页(302)转动时，两型材柱(301)所夹的直角变为锐角，铰链(305)转动时，两型材柱(301)所夹的直角变为钝角。