CN111591840A - 绳索收放装置、绳驱设备及绳驱机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绳索收放装置、绳驱设备及绳驱机器人，绳索收放装置包括传动单元压绳单元，压绳单元能够跟随传动单元的运动而转动，并始终贴紧传动单元的外壁，以将绳索夹紧于传动单元与压绳单元之间，传动单元能够带动绳索移动，以收放绳索；绳驱设备包括上述的绳索收放装置，还包括基架、蓄绳部及导绳部；绳驱机器人包括上述的绳驱设备，还包括操作平台及执行末端。本发明中传动单元的运动为绳索的收放提供主驱动动力，传动单元与压绳单元相互配合向绳索施加挤压作用，使绳索跟随传动单元的运动而移动，保证绳索能够在传动单元、压绳单元的持续挤压作用下平稳移动，避免了绳索之间的相互干扰，提高了绳索收放的控制精度。

Description

绳索收放装置、绳驱设备及绳驱机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种绳索收放装置、绳驱设备及绳驱机器人。

背景技术

随着工业及技术的不断发展，绳驱机器人已经逐渐应用于空间探测、核电维修、紧急救援、医疗和航空航天等领域中，其中绳索的控制方式及驱动精度对机器人的应用场景和使用性能尤为重要。

目前，绳索驱动装置主要依赖电机输出轴的正反转对绳索进行控制，绳索随机缠绕于绞盘上，绳索收放时易晃动，由于绳索缠绕直径的不同以及绳索之间的相互干扰，降低了电机对绳索的控制精度。

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收放装置，能够提高绳索收放精度。

本发明还提供了一种具有上述绳索收放装置的绳驱设备。

本发明还提供了一种具有上述绳驱设备的绳驱机器人。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种绳索收放装置，包括：

传动单元，具有供绳索贴附的外壁；

压绳单元，沿所述传动单元的外周分布有多个，所述压绳单元能够跟随所述传动单元的运动而转动，并始终贴紧所述传动单元的外壁，以将所述绳索夹紧于所述传动单元与所述压绳单元之间，所述传动单元能够带动所述绳索移动，以收放所述绳索。

本发明实施例中的绳索收放装置至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的绳索收放装置，传动单元的运动为绳索的收放提供主驱动动力，传动单元与压绳单元相互配合向绳索施加挤压作用，使绳索跟随传动单元的运动而移动，克服了绳索直接通过电机带动收放而造成的绳索晃动的缺陷，保证绳索能够在传动单元、压绳单元的持续挤压作用下平稳移动，避免了绳索之间的相互干扰，提高了绳索收放的控制精度。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，所述传动单元具有弧形外壁，所述绳索绕设于所述传动单元的外表面。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，所述压绳单元在所述传动单元的外侧限制出一导向空间，所述导向空间内设置有用于对所述绳索导向的导向单元。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，所述导向单元包括第一导向轮及第二导向轮，从所述第一导向轮上引出的绳索向所述传动单元绕设，从所述传动单元表面引出的绳索向所述第二导向轮绕设。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，所述传动单元的外壁上设有绕线槽，所述绳索嵌入所述绕线槽内。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，还包括支撑单元，所述压绳单元转动连接于所述支撑单元上。

根据本发明的另一些实施例的绳索收放装置，所述支撑单元包括两个支撑架，两个所述支撑架对称安装于所述传动单元的两侧。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种绳驱设备，包括：

基架；

上述的绳索收放装置，安装于所述基架上；

绕绳装置，安装于所述基架上，所述绕绳装置用于收蓄所述绳索；

导绳装置，安装于所述基架上，所述导绳装置用于对从所述绕绳装置引出的绳索和/或从所述绳索收放装置引出的绳索进行导向。

本发明实施例中的绳驱设备至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的绳驱设备通过蓄绳部、导绳部与绳索收放装置的组合作用，实现绳索的大量收集及精确输出，优化绳驱设备的各项使用性能，使绳驱设备能够满足多种任务需求。

根据本发明的另一些实施例的绳驱设备，还包括收紧装置，所述收紧装置与所述绕绳装置连接并向所述绕绳装置施加收紧所述绳索的力矩。

根据本发明的另一些实施例的绳驱设备，还包括输出装置，所述导绳装置包括多个导向滑轮，所述绳索经由所述导向滑轮向所述输出装置绕设。

根据本发明的另一些实施例的绳驱设备，所述输出装置包括内部中空的转接轴，所述转接轴安装于所述基架上，所述输出装置还包括输出滑轮，所述输出滑轮能够基于所述转接轴转动，所述绳索能够从所述转接轴的内部穿过并绕设于所述输出滑轮上。

第三方面，本发明的一个实施例提供了一种绳驱机器人，包括：

操作平台；

多个上述的绳驱设备，安装于所述操作平台上；

执行末端，安装于所述操作平台上。

本发明实施例中的绳驱机器人至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的绳驱机器人执行末端可在绳驱设备的带动下调整位置，使其运行至预设区域执行相关任务，通过多个绳驱设备的组合作用，实现操作平台的升降、转向及位置变化，将执行末端转移至不同任务点执行相关操作，提高绳驱机器人的传动精度。

根据本发明的另一些实施例的绳驱机器人，包括四个所述绳驱设备，所述绳驱设备相对于所述操作平台的中心对称。

附图说明

图1是绳索收放装置一个实施例中的结构示意图；

图2是图1中传动单元的结构示意图；

图3是绳驱设备一个实施例的结构示意图；

图4是图3中导绳部的结构示意图；

图5是图4中输送单元的结构示意图；

图6是绳驱机器人一个实施例中的结构示意图；

图7是图6中执行末端的结构示意图；

图8是图6中操作平台的结构示意图；

图9是绳驱机器人工作状态的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思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。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

图1与图2示出了绳索收放装置的结构示意图，该绳索收放装置用于收放绳索300，参照图1与图2，本实施例中的绳索收放装置包括传动单元100及压绳单元200，传动单元100具有供绳索300贴附的外壁，压绳单元200沿传动单元100的外周分布有多个，压绳单元200的外表面紧贴传动单元100的外壁，多个压绳单元200向绳索300施加压制力，使绳索300被紧紧夹持于压绳单元200的外表面与传动单元100的外壁之间；压绳单元200能够跟随传动单元100的运动而进行转动，压绳单元200能够在持续向绳索300施加压制力的前提下，不影响传动单元100及绳索300的运动；绳索300在传动单元100与压绳单元200的挤压作用下，跟随传动单元100的运动而进行移动，实现绳索300的收放。

本发明中的绳索收放装置，传动单元100的运动为绳索300的收放提供主驱动动力，传动单元100与压绳单元200相互配合向绳索300施加挤压作用，使绳索300跟随传动单元100的运动而移动，克服了绳索300直接通过电机带动收放而造成的绳索300晃动的缺陷，保证绳索300能够在传动单元100、压绳单元200的持续挤压作用下平稳移动，避免了绳索300之间的相互干扰，提高了绳索300收放的控制精度。

需要说明的是，本发明中的绳索收放装置在传动单元100向绳索300提供驱动作用时，可主动对绳索300进行收放；在传动单元100不提供驱动作用时，传动单元100与压绳单元200对绳索300的挤压作用，还可以抵消绳索300上所连接的负载的重力，避免缠绕绳索300的绞盘受到不在控制范围内的作用力，影响绳索300传动。

传动单元100的运动形式可以是平动或转动，压绳单元200为可自由转动的被动部件，可跟随传动单元100的运动而转动。传动单元100可以为线型的传动部件，如平面型轨道，绳索300贴附于传动单元100的表面，并被压绳单元200压制，传动单元100平移时，随着压绳单元200的不断转动，绳索300相对传动单元100移动，实现绳索300收放；本实施例中的传动单元100可进行转动，传动单元100具有弧形外壁，绳索300绕设于传动单元100的外表面，压绳单元200围设于传动单元100的外周并压制绳索300，压绳单元200可跟随传动单元100的转动而转动，使绳索300相对传动单元100发生位置变化，实现绳索300收放。

具体的，本实施例中，传动单元100的外壁设置为圆形，传动单元100可持续转动实现对绳索300的大距离收放；传动单元100的外周设置为圆形，可极大程度缩减传动单元100的体积，并且通过调整传动单元100外壁的直径、传动单元100的转动速度对绳索300进行收集与输送，增大绳索300的变化率，提高绳索300的收放速度；传动单元100的外表面与压绳单元200的外表面相切，二者的相切区域产生挤压作用，因此在传动单元100运动时，二者之间具有较大摩擦力，在二者之间的挤压及摩擦力作用下，使绳索300产生较大的张紧力，实现绳索300长度的精准控制。

为进一步提高传动的精确性，在保证压绳单元200之间运动不干涉的前提下，可提高压绳单元200在传动单元100外周排列的密集度，使压绳单元200在尽量多的区域向绳索300提供挤压作用，避免绳索300偏移，提高绳索300控制精度。

传动单元100和/或压绳单元200可选择具有微弹性的材质，传动单元100与压绳单元200相互挤压时能够产生形变，以增强二者对绳索300的夹持作用，保证绳索300稳定收放；本实施例中的压绳单元200选择为中等硬度的橡胶材质，如75HA，保证压绳单元200能够始终向绳索300提供压制力。

另外，传动单元100的外壁上设有绕线槽11，绳索300受压绳单元200的挤压作用被严格限位于绕线槽110内，避免绳索300偏移或者绳索300之间产生干涉，进一步保证绳索300的收放精度。绕线槽110内、传动单元100的外壁以及压绳单元200的外表面均可进行防滑处理，以提高传动单元100向绳索300的动力传递效率，如，提高表面粗糙度、贴附防滑层等。传动单元100的外壁上可设置多圈的绕线槽110，优化绳索300的防滑精度，如以螺旋状盘旋设置多圈，并可防止绳索300之间相互干涉。

压绳单元200未围合传动单元100的外周整圈，压绳单元200在传动单元100的外侧限制出一导向空间120，该导向空间120内设置有用于对绳索300进行导向的导向单元130，通过设置导向单元130可降低绳索300向其他机构传动的偏差，提高传动精度。

本实施例中的导向单元130包括第一导向轮131及第二导向轮132，第一导向轮131用于在绳索300收集时进行导向，第二导向轮132用于在绳索300输送时进行导向，即，从外界引进的绳索300经由第一导向轮131的导向后引出，并向传动单元100绕设，经过传动单元100的动力传动，绳索300不断从第一导向轮131处向传动单元100收集，绳索300的另一端从传动单元100的另一侧引出，并向第二导向轮132绕设，经由第二导向轮132的导向向外输出。

绳索收放装置还包括支撑单元400，压绳单元200转动连接于支撑单元400上，传动单元100置于支撑单元400的内侧，并可相对支撑单元400转动。还包括动力电机420，该动力电机420与传动单元100连接并驱动传动单元100转动。本实施例中，支撑单元400包括两个支撑架410，两个支撑架410对称设置于传动单元100的两侧，压绳单元200的两端分别转动连接于两个支撑架410上，保证压绳单元200转动的平稳性，并使传动单元100所受到的挤压作用在其两侧保持平衡。另外，支撑架410具有用于安装压绳单元200的安装孔411，该安装孔411内设有轴承，压绳单元200两端与轴承配合，实现压绳单元200相对支撑架410的转动。

参照图3，本发明还提供了一种绳驱设备，包括上述的绳索收放装置，还包括基架500，绳索300收放机构安装于基架500上，用于对绳索300进行精准控制；绳驱设备还包括蓄绳部600及导绳部700，蓄绳部600安装于基架500上，蓄绳部600包括绕绳装置610，绕绳装置610用于收蓄绳索300，绳索300可缠绕于绕绳装置610上，绕绳装置610可持续向绳索300收放机构提供绳索300，供绳索300传动；导绳部700安装在基架500上，导绳部700包括导绳装置710，导绳装置710用于对从蓄绳部600引出的绳索300和/或从绳索300收放机构中引出的绳索300进行导向，以保证绳索300控制精度。通过蓄绳部600、导绳部700与绳索300收放机构的组合作用，实现绳索300的大量收集及精确输出，优化绳驱设备的各项使用性能，使绳驱设备能够满足多种任务需求。

本实施例中的绕绳装置610成绞盘状，绕绳装置610包括两个绕线板611，两个绕线板611之间通过支撑柱连接，绕线板611设置为镂空状，以实现绳驱设备的轻量化，绕绳装置610的规格可根据实际使用需求设置，使绕绳装置610能够对大量绳索300进行收集。

蓄绳部600还包括收紧装置620，该收紧装置620与绕绳装置610连接，并向绕绳装置610施加沿收紧绳索300方向的力矩，参照图3，若绕绳装置610向逆时针方向转动，可以释放绳索300，则收紧装置620向绕绳装置610施加沿顺时针方向的力矩，以使绳索300保持一定的张紧力，便于绳索300的绕设以及绳索300的长度控制。收紧装置620可以选择为电机，通过电机以力矩模式向绕绳装置610提供收紧力矩。

参照图4，本实施例中的导绳装置710可以安装于基架500或者支撑架410上，导绳装置710内的多个部件组合作用，改变绳索300绕设方向，并使绳索300能够精确传递至绳索300收放机构。具体的，导绳装置710包括第一滑轮711，该第一滑轮711安装于基架500上，第一滑轮711为绳索300从绕绳装置610向绳索300收放机构绕设的过渡部件，为保证绕绳装置610具有足够的蓄绳量，两绕线板611之间的宽度远大于导向单元130的宽度，绳索300在绕绳装置610上通常无规律缠绕，通过设置第一滑轮711可避免出现绳索300在绳索300收放机构中脱槽的情况，保证绳索300能够经过第一滑轮711的导向绕设于第一导向轮131上。

导绳部700还包括输出装置720，导向单元130还多个第二滑轮712，第二滑轮712可安装于支撑架410以及基架500上，多个第二滑轮712组合作用将绳索300引向输出装置720。具体的，支撑架410上安装有一个第二滑轮712，从第二导向轮132上引出的绳索300向该第二滑轮712绕设，基架500上设有两个第二滑轮712，从支撑架410上的第二滑轮712引出的绳索300向基架500上的第二滑轮712绕设，绳索300经过该两个第二滑轮712的导向实现两次转向，并向输出装置720绕设。第一滑轮711与第二滑轮712的个数以及排布方式可根据绳驱设备具体的导向需求适应性选择。

输出装置720位于基架500的边角处，便于向外界输送绳索300，避免其他部件遮挡。参照图5，输出装置720包括安装架721及中空的转接轴722，安装架721固设于基架500上，转接轴722安装于安装架721上，输出装置720还包括多个输出滑轮723，输出滑轮723安装于基架500或者安装架721上，输出滑轮723向转接轴722引入绳索300或者接受从转接轴722内部引出的绳索300。

本实施例中，安装架721的下方固设有一个输出滑轮723，该输出滑轮723安装于基架500上，该输出滑轮723用于接收从第一滑轮711所引出的绳索300，并使绳索300转向引入转接轴722内。

转接轴722上转动连接有一个转动件724，该转动件724上安装有两个输出滑轮723，两个输出滑轮723可同时基于转接轴722转动，从转接轴722内引出的绳索300向该两个输出滑轮723绕设，并经过两个输出滑轮723的导向引向外界。转动件724能够跟随绳索300的位置变化而转动，使绳索300始终受该两个输出滑轮723的导向与限制，避免绳索300脱槽，提高绳驱设备动力传递的可靠性。

参照图6，本发明还提供了一种绳驱机器人，绳驱机器人包括多个上述的绳驱设备，还包括操作平台800，绳驱设备安装于操作平台800上，操作平台800上还设置有执行末端900，执行末端900可在绳驱设备的带动下调整位置，使其运行至预设区域执行相关任务。

通过多个绳驱设备的组合作用，实现操作平台800的升降、转向及位置变化，将执行末端900转移至不同任务点执行相关操作，提高绳驱机器人的传动精度。

执行末端900可根据不同的任务类型需求进行更换，提高绳驱机器人的使用灵活性。参照图7，本实施例中的执行末端900，采用三轴云台910和相机920的组合，使绳驱机器人能够在不同工作空间内执行场地拍摄及监控任务；设置三轴云台910可实现相机在X轴、Y轴及Z轴的转动，便于相机进行多角度、大范围拍摄。

当然，执行末端900也可选择为其他装置，如设置为测距仪，进行高度或距离测试，通过数据处理获得场地物体的体积，适用于煤矿计量领域；或者设置为机械手，在不同工作空间内执行抓取及物体转移任务，适用于勘探或者存在危险的工作环境内。

本实施例中的绳驱机器人具有模块化设计的特点，可根据不同应用场合的需求设置不同数量的绳驱设备、不同数量的绳索300以及变换绳驱设备与操作平台800的组合方式，以改变绳驱机器人的自由度及工作空间大小等。如设置两个绳驱设备，通过两个绳驱设备的绳索300的组合作用，实现操作平台800的升降；为提高操作平台800运行中的刚度，可设置三个绳驱设备，通过三个绳驱设备中绳索300的组合作用，使操作平台800升降更为平稳；本实施例中设置有四个绳驱设备，具备6个自由度，四个绳驱设备中的绳索300组合作用，可实现操作平台800的转向、平移及升降。

参照图8，操作平台800设置为矩形，操作平台800的四边为基架500提供安装空间，操作平台800呈镂空状，以满足绳驱机器人的轻量化需求。本实施例中的绳驱设备基于操作平台800的中心对称，使操作平台800各区域保持平衡，每一绳驱设备中的绳索300从基架500的边角处引出。

本实施例中绳驱机器人的运行过程具体为，参照图9，在绳驱机器人运行前设置锚固点，每一绳驱设备中所引出的绳索300均与锚固点固连，本实施例中设置有四个锚固点，绳驱机器人四个边角处引出的绳索300分别对应连接于锚固点上。

升降过程：四个绳驱设备中的绳索300同时收紧或者同时释放相同长度。

平移过程：位于操作平台800同一边上的两个绳驱设备中的绳索300同时收紧一定长度，同时对应边上的两个绳驱设备中的绳索300同时释放一定长度。

转向操作：按照预定轨迹，四个绳驱设备中的绳索300同时变化相应距离，四根绳索300配合运转，实现操作平台800转向。

另外，为使操作平台800可根据不同的轨迹运动，提高绳驱机器人运动的灵活性，绳驱机器人在操作平台800上还安装有控制模块(未示出)，该控制模块包括电源、传感器、处理器等部件。

传感器可选择为倾角计，以检测操作平台800的旋转角度，为操作平台800的标定以及在工作中的运动调整提供数据。处理器中包括用于接收传感器的检测信息的接收编码器，以及用于向绳驱设备中的驱动电机发送信号的发射编码器，通过传感器的实时检测控制绳索300的收放，实现对绳驱绳驱机器人的实时控制。电源可以选择为锂电池，电源为绳驱机器人中的其他用电部件提供电力支持。

控制模块可安装于操作平台800的中心位置，绳驱设备安装于操作平台800的外周，使绳驱机器人的结构安装更为紧凑，增强绳驱机器人的集成度，通过模块化设计，便于绳驱机器人的搭建，缩减绳驱机器人的体积，使绳驱机器人的运动更具灵活性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (13)

1.一种绳索收放装置，其特征在于，包括：

传动单元，具有供所述绳索贴附的外壁；

压绳单元，沿所述传动单元的外周分布有多个，所述压绳单元能够跟随所述传动单元的运动而转动，并始终贴紧所述传动单元的外壁，以将所述绳索夹紧于所述传动单元与所述压绳单元之间，所述传动单元能够带动所述绳索移动，以收放所述绳索。

2.根据权利要求1所述的绳索收放装置，其特征在于，所述传动单元具有弧形外壁，所述绳索绕设于所述传动单元的外表面。

3.根据权利要求1所述的绳索收放装置，其特征在于，所述压绳单元在所述传动单元的外侧限制出一导向空间，所述导向空间内设置有用于对所述绳索导向的导向单元。

4.根据权利要求3所述的绳索收放装置，其特征在于，所述导向单元包括第一导向轮及第二导向轮，从所述第一导向轮上引出的绳索向所述传动单元绕设，从所述传动单元表面引出的绳索向所述第二导向轮绕设。

5.根据权利要求1所述的绳索收放装置，其特征在于，所述传动单元的外壁上设有绕线槽，所述绳索嵌入所述绕线槽内。

6.根据权利要求1所述的绳索收放装置，其特征在于，还包括支撑单元，所述压绳单元转动连接于所述支撑单元上。

7.根据权利要求6所述的绳索收放装置，其特征在于，所述支撑单元包括两个支撑架，两个所述支撑架对称安装于所述传动单元的两侧。

8.一种绳驱设备，其特征在于，包括：

基架；

权利要求1至7任一项所述的绳索收放装置，安装于所述基架上；

绕绳装置，安装于所述基架上，所述绕绳装置用于收蓄所述绳索；

导绳装置，安装于所述基架上，所述导绳装置用于对从所述绕绳装置引出的所述绳索和/或从所述绳索收放装置引出的所述绳索进行导向。

9.根据权利要求8所述的绳驱设备，其特征在于，还包括收紧装置，所述收紧装置与所述绕绳装置连接并向所述绕绳装置施加收紧所述绳索的力矩。

10.根据权利要求8所述的绳驱设备，其特征在于，还包括输出装置，所述导绳装置包括多个导向滑轮，所述绳索经由所述导向滑轮向所述输出装置绕设。

11.根据权利要求10所述的绳驱设备，其特征在于，所述输出装置包括内部中空的转接轴，所述转接轴安装于所述基架上，所述输出装置还包括输出滑轮，所述输出滑轮能够基于所述转接轴转动，所述绳索能够从所述转接轴的内部穿过并绕设于所述输出滑轮上。

12.一种绳驱机器人，其特征在于，包括：

操作平台；

多个权利要求8至11任一项所述的绳驱设备，安装于所述操作平台上；

执行末端，安装于所述操作平台上。

13.根据权利要求12所述的绳驱机器人，其特征在于，包括四个所述绳驱设备，所述绳驱设备相对于所述操作平台的中心对称。

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