CN110815178B - 一种绳索驱动的机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绳索驱动的机器人，包括静平台、设置于静平台上方的动平台，静平台与动平台之间连接有上连杆与下连杆，静平台上圆周阵列设置有三组绳索驱动支链，绳索驱动支链包括传动绳、电机、收线轮盘、支撑架、第一槽轮、伸缩杆、第二槽轮，电机设置于静平台上，电机驱动收线轮盘转动，第一槽轮转动连接于支撑架上，第二槽轮转动连接于伸缩杆上，传动绳依次绕过收线轮盘、第一槽轮与第二槽轮，任一组绳索驱动支链内的传动绳的两端分别通过转向结构连接于动平台的两侧，转向结构包括挡板、连接杆、第三槽轮，本发明在驱动上实现了非冗余驱动，具有结构简单、工作空间大、运动惯量小的特点。

Description

一种绳索驱动的机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种绳索驱动的机器人。
背景技术
绳索驱动并联机器人是采用轻质的绳索全部或部分地替代刚性杆进行驱动，区别于传统刚性杆驱动的并联机器人，具有结构简单、重量轻、运动惯量小、工作空间大等优点。相比于刚性杆支链，与细小绳索连接的铰链或转动副不仅转动角度大，还降低了发生干涉的几率，能够实现高速运动。
由于绳索只能承受拉力而不能承受压力的特性，故完全采用绳索驱动的传统机器人要实现n个自由度至少需要n+1根驱动绳索，即采用绳索驱动的不完全约束并联机器人一般为冗余驱动。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种绳索驱动的机器人，能够在驱动上实现非冗余驱动。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种绳索驱动的机器人，包括静平台、设置于所述静平台上方的动平台，所述静平台与所述动平台之间连接有上连杆与下连杆，所述动平台转动连接于所述上连杆的上端，所述上连杆的下端通过第一联轴器连接于所述下连杆的上端，所述下连杆的下端固定连接于所述静平台上，所述动平台的旋转轴线沿竖直方向设置，所述静平台上圆周阵列设置有三组绳索驱动支链，所述绳索驱动支链包括传动绳、电机、收线轮盘、支撑架、第一槽轮、伸缩杆、第二槽轮，所述电机、所述支撑架与所述伸缩杆设置于所述静平台上，所述电机驱动所述收线轮盘转动，所述第一槽轮转动连接于所述支撑架上，所述第二槽轮转动连接于所述伸缩杆上，所述收线轮盘、第一槽轮、第二槽轮的旋转轴线相互平行，所述传动绳依次绕过所述收线轮盘、第一槽轮与第二槽轮，任一组所述绳索驱动支链内的所述传动绳的两端分别通过转向结构连接于所述动平台的两侧，所述转向结构包括设置于所述动平台上的挡板、设置于所述动平台上的连接杆、转动连接于所述连接杆上的第三槽轮，所述第三槽轮的旋转轴线与所述上连杆相交，该组所述绳索驱动支链内的传动绳端部绕过所述第三槽轮后固定连接于所述挡板上，其余两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳的两端分别固定连接于所述动平台的两侧。
根据本发明实施例的一种绳索驱动的机器人，至少具有如下有益效果：在静平台上均匀设置有有三组绳索驱动支链，启动电机，电机带动收线轮盘转动，在传动绳通过转向结构连接于动平台的一组绳索驱动支链中，收线轮盘拉紧传动绳，传动绳的一端在第三槽轮的导向下，将动平台与传动绳的连接处沿切线方向拉，使得动平台绕上连杆转动，在传动绳固定连接于动平台的两组绳索驱动支链中，电机同样带动收线轮盘转动从而拉紧传动绳，由于动平台受动的拉力沿传动绳的方向传递，从而动平台带动上连杆在第一联轴器处可实现两个自由度上的摆动，如需要复位时则使电机反转即可，如此三个绳索驱动支链的相互配合可使动平台实现三个转动自由度，在驱动上实现了非冗余驱动，具有结构简单、工作空间大、运动惯量小、造价低廉、易于安装与维护等特点，可用于运动模拟、位置跟踪、射电望远镜、海底打捞、医疗康复以及风洞飞机系统等方面。
根据本发明的一些实施例，除连接于所述转向结构以外的两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳通过第二联轴器固定连接于所述动平台上。可减少绳索的弯曲磨损与绳索自旋的影响。
根据本发明的一些实施例，在设置有所述转向结构的所述绳索驱动支链中，所述电机通过第三联轴器连接于所述静平台上。可减少绳索与电机轮盘之间的磨损。
根据本发明的一些实施例，所述第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器均为虎克铰。
根据本发明的一些实施例，所述支撑架上通过第一转轴连接有第一滑轮架，所述第一槽轮通过第二转轴连接于所述第一滑轮架上，所述第一转轴、第二转轴的旋转轴线与所述第一槽轮的旋转轴线相互平行，所述第一滑轮架与所述静平台之间连接有第一弹簧。电机拉紧传动绳时，第一槽轮受到传动绳传递的拉力，使得第一滑轮架绕第二转轴转动，此时第一弹簧被拉伸，与传动绳的张力平衡，当电机放松时，第一弹簧回复至原状，拉动第一滑轮架复位，可起到缓冲、稳定的作用。
根据本发明的一些实施例，所述伸缩杆包括套筒、活动杆、第二弹簧、第二滑轮架，所述套筒的底端固定连接于所述静平台上，所述套筒的顶端面设置有盲孔，所述活动杆插入所述盲孔内，所述第二弹簧连接于所述活动杆与所述盲孔的底面之间，所述第二滑轮架设置于所述活动杆上，所述第二槽轮通过第三转轴连接于所述第二滑轮架上，所述第三转轴的旋转轴线与所述第一转轴的旋转轴线相互平行。使得第二槽轮具有沿竖直方向上的约束力，起到缓冲、稳定的作用。
根据本发明的一些实施例，所述下连杆上设置有避空通孔，所述传动绳穿过所述避空通孔。下连杆上具有让传动绳穿过的空间，减少传动绳与下连杆之间的摩擦。
根据本发明的一些实施例，所述电机为伺服电机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的伸缩杆结构示意图。
附图中：100-静平台、200-动平台、300-上连杆、310-第一联轴器、400-下连杆、410-避空通孔、510-传动绳、511-第二联轴器、520-电机、521-第三联轴器、530-收线轮盘、540-支撑架、541-第一滑轮架、542-第一弹簧、550-第一槽轮、560-伸缩杆、561-套筒、562-活动杆、563-第二弹簧、564-第二滑轮架、570-第二槽轮、580-第三槽轮。
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、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，一种绳索驱动的机器人，包括静平台100、设置于所述静平台100上方的动平台200，所述静平台100与所述动平台200之间连接有上连杆300与下连杆400，所述动平台200转动连接于所述上连杆300的上端，所述上连杆300的下端通过第一联轴器310连接于所述下连杆400的上端，所述下连杆400的下端固定连接于所述静平台100上，所述动平台200的旋转轴线沿竖直方向设置，所述静平台100上圆周阵列设置有三组绳索驱动支链，所述绳索驱动支链包括传动绳510、电机520、收线轮盘530、支撑架540、第一槽轮550、伸缩杆560、第二槽轮570，所述电机520、所述支撑架540与所述伸缩杆560设置于所述静平台100上，所述电机520驱动所述收线轮盘530转动，所述第一槽轮550转动连接于所述支撑架540上，所述第二槽轮570转动连接于所述伸缩杆560上，所述收线轮盘530、第一槽轮550、第二槽轮570的旋转轴线相互平行，所述传动绳510依次绕过所述收线轮盘530、第一槽轮550与第二槽轮570，任一组所述绳索驱动支链内的所述传动绳510的两端分别通过转向结构连接于所述动平台200的两侧，所述转向结构包括设置于所述动平台200上的挡板、设置于所述动平台200上的连接杆、转动连接于所述连接杆上的第三槽轮580，所述第三槽轮580的旋转轴线与所述上连杆300相交，该组所述绳索驱动支链内的传动绳510端部绕过所述第三槽轮580后固定连接于所述挡板上，其余两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳510的两端分别固定连接于所述动平台200的两侧。
由上述可知，在静平台100上均匀设置有有三组绳索驱动支链，启动电机520，电机520带动收线轮盘530转动，在传动绳510通过转向结构连接于动平台200的一组绳索驱动支链中，收线轮盘530拉紧传动绳510，传动绳510的一端在第三槽轮580的导向下，将动平台200与传动绳510的连接处沿切线方向拉，使得动平台200绕上连杆300转动，在传动绳510固定连接于动平台200的两组绳索驱动支链中，电机520同样带动收线轮盘530转动从而拉紧传动绳510，由于动平台200受动的拉力沿传动绳510的方向传递，从而动平台200带动上连杆300在第一联轴器310处可实现两个自由度上的摆动，如需要复位时则使电机520反转即可，如此三个绳索驱动支链的相互配合可使动平台200实现三个转动自由度，在驱动上实现了非冗余驱动，具有结构简单、工作空间大、运动惯量小、造价低廉、易于安装与维护等特点，可用于运动模拟、位置跟踪、射电望远镜、海底打捞、医疗康复以及风洞飞机系统等方面。
在一些实施例中，除连接于所述转向结构以外的两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳510通过第二联轴器511固定连接于所述动平台200上。可减少绳索的弯曲磨损与绳索自旋的影响。
在一些实施例中，在设置有所述转向结构的所述绳索驱动支链中，所述电机520通过第三联轴器521连接于所述静平台100上。可减少绳索与电机520轮盘之间的磨损。
在一些实施例中，所述第一联轴器310、第二联轴器511、第三联轴器521均为虎克铰。
在一些实施例中，所述支撑架540上通过第一转轴连接有第一滑轮架541，所述第一槽轮550通过第二转轴连接于所述第一滑轮架541上，所述第一转轴、第二转轴的旋转轴线与所述第一槽轮550的旋转轴线相互平行，所述第一滑轮架541与所述静平台100之间连接有第一弹簧542。电机520拉紧传动绳510时，第一槽轮550受到传动绳510传递的拉力，使得第一滑轮架541绕第二转轴转动，此时第一弹簧542被拉伸，与传动绳510的张力平衡，当电机520放松时，第一弹簧542回复至原状，拉动第一滑轮架541复位，可起到缓冲、稳定的作用。
在一些实施例中，所述伸缩杆560包括套筒561、活动杆562、第二弹簧563、第二滑轮架564，所述套筒561的底端固定连接于所述静平台100上，所述套筒561的顶端面设置有盲孔，所述活动杆562插入所述盲孔内，所述第二弹簧563连接于所述活动杆562与所述盲孔的底面之间，所述第二滑轮架564设置于所述活动杆562上，所述第二槽轮570通过第三转轴连接于所述第二滑轮架564上，所述第三转轴的旋转轴线与所述第一转轴的旋转轴线相互平行。使得第二槽轮570具有沿竖直方向上的约束力，起到缓冲、稳定的作用。
在一些实施例中，所述下连杆400上设置有避空通孔410，所述传动绳510穿过所述避空通孔410。下连杆400上具有让传动绳510穿过的空间，减少传动绳510与下连杆400之间的摩擦。
在一些实施例中，所述电机520为伺服电机520，可方便地控制其正反转。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，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作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种绳索驱动的机器人，其特征在于：包括静平台(100)、设置于所述静平台(100)上方的动平台(200)，所述静平台(100)与所述动平台(200)之间连接有上连杆(300)与下连杆(400)，所述动平台(200)转动连接于所述上连杆(300)的上端，所述上连杆(300)的下端通过第一联轴器(310)连接于所述下连杆(400)的上端，所述下连杆(400)的下端固定连接于所述静平台(100)上，所述动平台(200)的旋转轴线沿竖直方向设置，所述静平台(100)上圆周阵列设置有三组绳索驱动支链，所述绳索驱动支链包括传动绳(510)、电机(520)、收线轮盘(530)、支撑架(540)、第一槽轮(550)、伸缩杆(560)、第二槽轮(570)，所述电机(520)、所述支撑架(540)与所述伸缩杆(560)设置于所述静平台(100)上，所述电机(520)驱动所述收线轮盘(530)转动，所述第一槽轮(550)转动连接于所述支撑架(540)上，所述第二槽轮(570)转动连接于所述伸缩杆(560)上，所述收线轮盘(530)、第一槽轮(550)、第二槽轮(570)的旋转轴线相互平行，所述传动绳(510)依次绕过所述收线轮盘(530)、第一槽轮(550)与第二槽轮(570)，任一组所述绳索驱动支链内的所述传动绳(510)的两端分别通过转向结构连接于所述动平台(200)的两侧，所述转向结构包括设置于所述动平台(200)上的挡板、设置于所述动平台(200)上的连接杆、转动连接于所述连接杆上的第三槽轮(580)，所述第三槽轮(580)的旋转轴线与所述上连杆(300)相交，该组所述绳索驱动支链内的传动绳(510)端部绕过所述第三槽轮(580)后固定连接于所述挡板上，其余两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳(510)的两端分别固定连接于所述动平台(200)的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：除连接于所述转向结构以外的两组所述绳索驱动支链内的所述传动绳(510)通过第二联轴器(511)固定连接于所述动平台(200)上。
3.根据权利要求2所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：在设置有所述转向结构的所述绳索驱动支链中，所述电机(520)通过第三联轴器(521)连接于所述静平台(100)上。
4.根据权利要求3所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：所述第一联轴器(310)、第二联轴器(511)、第三联轴器(521)均为虎克铰。
5.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：所述支撑架(540)上通过第一转轴连接有第一滑轮架(541)，所述第一槽轮(550)通过第二转轴连接于所述第一滑轮架(541)上，所述第一转轴、第二转轴的旋转轴线与所述第一槽轮(550)的旋转轴线相互平行，所述第一滑轮架(541)与所述静平台(100)之间连接有第一弹簧(542)。
6.根据权利要求5所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：所述伸缩杆(560)包括套筒(561)、活动杆(562)、第二弹簧(563)、第二滑轮架(564)，所述套筒(561)的底端固定连接于所述静平台(100)上，所述套筒(561)的顶端面设置有盲孔，所述活动杆(562)插入所述盲孔内，所述第二弹簧(563)连接于所述活动杆(562)与所述盲孔的底面之间，所述第二滑轮架(564)设置于所述活动杆(562)上，所述第二槽轮(570)通过第三转轴连接于所述第二滑轮架(564)上，所述第三转轴的旋转轴线与所述第一转轴的旋转轴线相互平行。
7.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：所述下连杆(400)上设置有避空通孔(410)，所述传动绳(510)穿过所述避空通孔(410)。
8.根据权利要求1所述的一种绳索驱动的机器人，其特征在于：所述电机(520)为伺服电机(520)。
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