CN114434423B - 平行索驱动的平面两自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人，包括静平台、动平台、驱动单元、滑轮组件、平行索系和辅助张紧支链。其中，动平台与静平台相对间隔开地设置；驱动单元有两组，两组驱动单元安装在静平台上；滑轮组件安装在静平台上；平行索系有两组，两组平行索系分别一一对应地从两组驱动单元上引出，经过滑轮组件引导后分别连接至动平台；辅助张紧支链的两端分别连接在静平台的中心与动平台的中心，用于始终张紧两组平行索系；工作时，两组驱动单元分别一一对应地控制两组平行索系在滑轮组件至动平台之间的长度来控制动平台仅进行平面两自由度运动。本发明的机器人可以实现高动态运动，避免了驱动冗余问题，工作空间大，结构简单。

Description

平行索驱动的平面两自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人。

背景技术

机器人从结构上分为串联式机器人和并联式机器人。并联机器人通过多个运动支链同时连接至终端动平台，通过多个运动支链之间的协调运动控制终端动平台运动。绳索驱动并联机器人在并联结构机器人的基础上利用绳索代替刚性杆件作为驱动运动链控制终端运动。利用绳索的大范围收放和轻量化特征，绳索驱动并联机器人继承了刚性并联机构高负载的构型优点，又具有绳索驱动的运动惯量小、工作空间大、低成本和易重构的特点。凭借以上优势，绳索驱动并联机器人已成功应用于吊装搬运、风洞实验、康复医疗、空间定位和虚拟现实等领域。

索驱动并联机器人工作时必须保证绳索始终处于张紧状态，目前普遍通过负载重力或对拉绳索的方式来使绳索保持张紧。利用负载重力实现绳索张紧的索并联机器人一般为悬挂式机器人，绳索位于动平台和负载上方，利用绳索吊起负载实现空间运动，其加速度能力有限，无法实现高动态运动。对拉式张紧方法是通过将绳索布置在动平台两侧，工作时两侧绳索拉力相互对抗保证张紧，对拉式索并联机器人的驱动绳索数目需要大于其自由度数目，这导致驱动冗余问题，且绳索对侧布置容易产生干涉，减小机器人工作空间。

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，本发明的一个目的在于提出一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人，可以实现高动态运动，避免了驱动冗余问题，工作空间大，结构简单。

根据本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，包括：

静平台，

动平台，所述动平台与所述静平台相对间隔开地设置；

驱动单元，所述驱动单元有两组，两组所述驱动单元安装在所述静平台上；

滑轮组件，所述滑轮组件安装在所述静平台上；

平行索系，所述平行索系有两组，两组所述平行索系分别一一对应地从两组所述驱动单元上引出，经过所述滑轮组件引导后分别连接至所述动平台；

辅助张紧支链，所述辅助张紧支链的两端分别连接在所述静平台的中心与所述动平台的中心，用于始终张紧两组所述平行索系；

工作时，两组所述驱动单元分别一一对应地控制两组所述平行索系在所述滑轮组件至所述动平台之间的长度来控制所述动平台仅进行平面两自由度运动。

根据本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，具有如下优点：第一、通过设置辅助张紧支链来始终张紧两组平行索系，避免了索驱动机器人的驱动冗余，相较于对拉式索并联机器人，无需布置冗余绳索，结构简单，充分利用了平行索系轻量化和大范围运动特点，使机器人可以实现高动态运动；第二、本发明的并联机器人结构简单，成本低、惯量小，工作空间大；第三、与现有刚性支链驱动的平面两自由度并联机器人相比，本发明采用超轻量化的平行索系作为驱动介质，结合辅助张紧支链，通过控制平行索系位于滑轮组件至动平台之间的长度来控制动平台的运动，使动平台仅进行平面两自由度运动，可以实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运动效率，并且动平台在运动过程中也更加平稳，不易发生倾斜；第四、可直接通过改变驱动单元和滑轮组件的布置方式对机器人进行重构，而不需要替换运动链，可低成本地实现不同工作场景的需求。总之而言，本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人具有高动态、轻量化、大工作空间和易重构的优点，制造和功耗成本低。

在一些实施例中，每组所述驱动单元均为滚筒驱动单元且包括滚筒安装座、滚筒和伺服电机，所述滚筒安装座固定安装在所述静平台上，所述滚筒可转动地支撑在所述滚筒安装座上，所述平行索系的一端缠绕在所述滚筒上，所述伺服电机驱动所述滚筒正反转，以改变所述平行索系在所述滑轮组件至所述动平台之间的长度。

在一些实施例中，同一所述驱动单元的所述滚筒的数量为一个，同一所述平行索系中的绳索的一端均缠绕于同一个所述驱动单元的一个所述滚筒上。

在一些实施例中，所述滑轮组件包括均采用定滑轮结构的多个第一滑轮组和多个第二滑轮组，多个所述第一滑轮组和两组所述驱动单元均位于所述静平台的一侧面上，多个所述第二滑轮组位于在所述静平台的另一侧面上；多个所述第一滑轮组分成数量相等的两部分，两部分所述第一滑轮组相对于所述静平台的中心对称分布，相应地，多个所述第二滑轮组分成数量相等的两部分，两部分所述第二滑轮组相对于所述静平台的中心对称分布，且每部分所述第一滑轮组的数量与每部分所述第二滑轮组的数量以及与每组所述平行索系中的绳索数量一一对应匹配；两组所述平行索系分别一一对应地从两组所述驱动单元的所述滚筒上引出，分别依次经过相应的所述第一滑轮组和所述第二滑轮组后，再连接至所述动平台。

在一些实施例中，每个所述第一滑轮组上设有用于测量绳索拉力的力传感器。

在一些实施例中，所述第一滑轮组包括第一定滑轮支架和第一定滑轮，所述第一定滑轮可转动地支撑在所述第一定滑轮支架上；所述力传感器为轴式力传感器或张力传感器，当所述力传感器为轴式力传感器时，所述轴式力传感器设置在所述第一定滑轮支架与所述静平台之间，当所述力传感器为张力传感器时，所述张力传感器安装在所述第一定滑轮支架上，所述第一定滑轮安装于张力传感器的末端连接轴端，所述第一定滑轮为张力定滑轮。

在一些实施例中，每组所述平行索系中的绳索数量为三根以上。

在一些实施例中，相对于同一组所述平行索系而言，与同一组所述平行索系中的绳索相切的所述第二滑轮的出索点顺次连接构成第一多边形，相应地，所述动平台与同一组所述平行索系中的绳索相连接的连接点顺次连接构成第二多边形，所述第二多边形与所述第一多边形全等且始终平行。

在一些实施例中，所述辅助张紧支链包括第一铰链、第二铰链、导杆和弹簧；所述第一铰链包括外环和内环，所述外环固定在所述静平台的中心处，所述外环与所述内环之间为第一转动副，所述内环的中心为通孔，所述导杆的一端穿过所述通孔，从而构成移动副；所述第二铰链安装在所述动平台的中心，所述第二铰链具有第二转动副，所述第二转动副的轴线与所述第一转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述导杆的另一端与所述第二转动副相连；所述弹簧套设在所述导杆上，所述弹簧呈压缩状态且两端分别抵接在所述第一铰链和所述第二铰链上。

在一些实施例中，所述辅助张紧支链包括第三铰链、第四铰链和活塞缸；所述第三铰链安装在所述静平台的中心处且仅具有第三转动副，所述第四铰链安装在所述动平台的中心处且仅具有第四转动副，所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述活塞缸为液压缸或气缸，所述活塞缸的两端分别与所述第三转动副和所述第四转动副相连。

在一些实施例中，所述辅助张紧支链包括第五铰链、第六铰链和电动推杆，所述第五铰链安装在所述静平台的中心处且仅具有第五转动副，所述第六铰链安装在所述动平台的中心处且仅具有第六转动副，所述第五转动副的轴线与所述第六转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述电动推杆的两端分别与所述第五转动副和所述第六转动副相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人的结构示意图。

图2为本发明另一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人的结构示意图。

图3为本发明再一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人的结构示意图。

图4为本发明的一种由动平台、驱动单元和滑轮组件构成一组轻质运动链的结构示意图。

图5为本发明的第一滑轮组的力传感器为轴式力传感器时的结构示意图。

图6为本发明的第一滑轮组的力传感器为张力传感器时的结构示意图。

图7为本发明的第二滑轮组的结构示意图。

图8为本发明的一种辅助张紧支链的结构示意图。

图9为图8中的第一铰链的结构示意图。

附图标记：

平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000

静平台1

动平台2

驱动单元3

安装座301 滚筒安装座302 滚筒303 联轴器304

减速器座305 减速器306 伺服电机307 编码器308

滑轮组件4

第一滑轮组401 第一定滑轮支架4011 第一定滑轮4012

轴式力传感器4013 张力传感器4014 第二滑轮组402 第二滑轮4021

第二滑轮座4022

平行索系5

辅助张紧支链6

第一铰链601 外环6011 内环6012 第一转动副6013 移动副6014

第二铰链602 第二转动副6021 导杆603 弹簧604 第三铰链605

第三转动副6051 第四铰链606 第四转动副6061 活塞缸607

第五铰链608 第五转动副6081 第六铰链609 第六转动副6091

电动推杆610

末端执行器7 第一三角形ABC 第二三角形DEF

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图9来描述本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000。

如图1至图9所示，根据本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000，包括静平台1、动平台2、驱动单元3、滑轮组件4、平行索系5和辅助张紧支链6。其中，动平台2与静平台1相对间隔开地设置；驱动单元3有两组，两组驱动单元3安装在静平台1上；滑轮组件4安装在静平台1上；平行索系5有两组，两组平行索系5分别一一对应地从两组驱动单元3上引出，经过滑轮组件4引导后分别连接至动平台2；辅助张紧支链6的两端分别连接在静平台1的中心与动平台2的中心，用于始终张紧两组平行索系5；工作时，两组驱动单元3分别一一对应地控制两组平行索系5在滑轮组件4至动平台2之间的长度来控制动平台2仅进行平面两自由度运动。

具体的，静平台1在使用时是固定不动的，例如可以安装在固定机架上，静平台1可以为驱动单元3、滑轮组件4等提供安装位置和支撑。

动平台2与静平台1相对间隔开地设置，例如，静平台1与动平台2可以呈上下相对间隔开布置(如图1至图3所示)，也可以左右相对间隔开布置(图中未示出)。在实际使用中，可以在动平台2上安装各类末端执行器7，实现各类操作功能，例如，动平台2上安装夹爪或吸盘时，可以实现物品抓取操作。

驱动单元3有两组，两组驱动单元3安装在静平台1上；这里，两组驱动单元3的作用均是提供动力，通过合理的布置方式，两组驱动单元3可与对应的平行索系5的一端适配地相连，通过控制平行索系5位于滑轮组件4至动平台2之间的长度来控制动平台2的运动。

滑轮组件4安装在静平台1上；这里，通过对滑轮组件4的合理布置，一方面可以对平行索系5进行引导换向，即改变平行索系5的延伸方向，例如图1至图3所示，使平行索系5向下贯穿静平台1，另一方面，当驱动单元3调节平行索系5在位于滑轮组件4至动平台2之间的长度时，可以确保平行索系5运动会非常顺畅。

平行索系5有两组，两组平行索系5分别一一对应地从两组驱动单元3上引出，经过滑轮组件4引导后分别连接至动平台2；也就是说，一组驱动单元3、一组滑轮组件4和一组平行索系5构成一组轻质运动链，由此，可以形成相对于静平台1中心对称分布的两组轻质运动链。通过利用轻质运动链来代替刚性支链，使本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000与现有刚性支链驱动的平面两自由度并联机器人技术相比，具有如下的优势：第一、可以极大地减轻并联机器人的质量，使并联机器人容易实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运动效率，且机器人自身质量带来的负载比较小，用于驱动自身运动的能耗也较小，同时继承了并联机器人高负载能力的优点；第二、轻质运动链的使用避免了现有技术中刚性杆件运动支链大量使用的球铰等复杂铰链，结构简单，成本低，易于模块化；第三、平行索系5位于滑轮组件4至动平台2之间的长度调节范围大，可显著增大动平台2的运动范围，从而增大并联机器人工作空间。

辅助张紧支链6的两端分别连接在静平台1的中心与动平台2的中心，用于始终张紧两组平行索系5。这样，不管动平台2是处于静止状态还是运动状态，辅助张紧支链6会始终地对动平台2施加推力，该推力与平行索系5的拉力形成对抗，从而保证平行索系5始终处于张紧状态，并使整个机器人形成张拉整体结构。张拉整体结构的形成一方面保证了平行索系5的驱动和约束能力，使平行索系5中绳索之间始终平行，避免了对动平台2的冗余驱动，结构简单，也避免了对拉式索并联机器人绳索对侧布置产生的干涉问题，增大了工作空间；另一方面，使机器人可以实现高速或者高加速度运动，提高机器人的整体刚度，减少机器人受到的外力干扰。

工作时，两组驱动单元3分别一一对应地控制两组平行索系5在滑轮组件4至动平台2之间的长度来控制动平台2仅进行平面两自由度运动，从而使动平台2可以实现高动态运动。这里，对动平台2的“平面两自由度运动”进行一下说明，如图1所示，基于平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000建立xyz三维坐标系，xyz三维坐标系中的yz平面为动平台2的运动平面，即动平台2在运动平面内具有y轴和z轴方向的平移自由度，约束动平台2绕x轴、y轴和z轴的转动自由度及沿x轴的平移自由度。

根据本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000，具有如下优点：第一、通过设置辅助张紧支链6来始终张紧两组平行索系5，避免了索驱动机器人的驱动冗余，相较于对拉式索并联机器人，无需布置冗余绳索，结构简单，充分利用了平行索系5轻量化和大范围运动特点，使机器人可以实现高动态运动；第二、本发明的索并联机器人结构简单，成本低、惯量小，工作空间大；第三、与现有刚性支链驱动的平面两自由度并联机器人相比，本发明采用超轻量化的平行索系5作为驱动介质，结合辅助张紧支链6，通过控制平行索系5位于滑轮组件4至动平台2之间的长度来控制动平台2的运动，使动平台2仅进行平面两自由度运动，可以实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运动效率，并且动平台2在运动过程中也更加平稳，不易发生倾斜；第四、可直接通过改变驱动单元3和滑轮组件4的布置方式对机器人进行重构，而不需要替换运动链，可低成本地实现不同工作场景的需求。总之而言，本发明实施例的平行索驱动的平面两自由度并联机器人1000具有高动态、轻量化、大工作空间和易重构的优点，制造和功耗成本低。

在一些实施例中，每组驱动单元3均为滚筒驱动单元且包括滚筒安装座302、滚筒303和伺服电机307，滚筒安装座302固定安装在静平台1上，滚筒303可转动地支撑在滚筒安装座302上，平行索系5的一端缠绕在滚筒303上，伺服电机307驱动滚筒303正反转，以改变平行索系5在滑轮组件4至动平台2之间的长度，从而可以驱动动平台2仅进行平面两自由度运动。

在一个具体的例子中，如图4所示，滚筒驱动单元由滚筒安装座302、滚筒303、联轴器304、减速器座305、减速器306、伺服电机307和编码器308组成。滚筒安装座302包括安装座301和用于将滚筒303安装在安装座301上的安装件，减速器306、伺服电机307和编码器308同轴固定设置且安装于减速器座305上，滚筒303上刻有用于缠绕平行索系5的螺旋槽，减速器306输出轴与滚筒303中心转轴通过联轴器304固定连接且同轴设置，减速器座305固定安装在安装座301上，安装座301固定安装在静平台1上。伺服电机307用于驱动滚筒303正向转动及反向转动，来调节平行索系5位于滑轮组件4至动平台2之间的长度，以控制动平台2仅进行平面两自由度运动，伺服电机307上设置编码器308用于实现对伺服电机307转角位置的测量和位置反馈控制，从而实现位置闭环控制。

在一些实施例中，同一驱动单元3的滚筒303的数量为一个，同一平行索系5中的绳索的一端均缠绕于同一个驱动单元3的一个滚筒303上。这样，当滚筒303转动带动同一平行索系5中的绳索的进行缠绕收放时，由于同一平行索系5中的所有绳索均缠绕在一个滚筒303上，因此驱动单元3可以实现对同一组平行索系5中的绳索进行始终同步调控，使一组平行索系5中各绳索位于在滑轮组件4和动平台2之间的长度始终保持相等，这样无论动平台2处于静止还是运动状态，动平台2可以始终与静平台1保持平行，且仅进行平面两自由度运动，控制方式简单方便。

在一些实施例中，滑轮组件4包括均采用定滑轮结构的多个第一滑轮组401和多个第二滑轮组402，多个第一滑轮组401和两组驱动单元3均位于静平台1的一侧面上，多个第二滑轮组402位于在静平台1的另一侧面上。在静平台1的两个侧面上设置多个第一滑轮组401和多个第二滑轮组402，一方面，多个第一滑轮组401和多个第二滑轮组402可以对位于静平台1两侧的平行索系5进行引导换向，另一方面，当驱动单元3调节平行索系5在位于滑轮组件4至动平台2之间的长度时，可以确保平行索系5运动会非常顺畅。

多个第一滑轮组401分成数量相等的两部分，两部分第一滑轮组401相对于静平台1的中心对称分布，相应地，多个第二滑轮组402分成数量相等的两部分，两部分第二滑轮组402相对于静平台1的中心对称分布，且每部分第一滑轮组401的数量与每部分第二滑轮组402的数量以及与每组平行索系5中的绳索数量一一对应匹配；也就是说，每组平行索系5中的单根绳索分别对应一个第一滑轮组401和一个第二滑轮组402，从而在第一滑轮组401和第二滑轮组402对平行索系5进行引导换向时，平行索系5中的各个绳索之间不会发生相互干涉，平行索系5的运动会更加顺畅。

两组平行索系5分别一一对应地从两组驱动单元3的滚筒303上引出，分别依次经过相应的第一滑轮组401和第二滑轮组402后，再连接至动平台2，从而实现对动平台2运动的控制，使动平台2仅进行平面两自由度运动。

在一些实施例中，每个第一滑轮组401上设有用于测量绳索拉力的力传感器。用力传感器测定绳索拉力值，一方面，测得的绳索的拉力值可以用于求解绳索的弹性变形量，在对动平台2的位置进行控制的过程中，进行弹性形变量补偿，从而提高对动平台2的定位精度；另一方面，通过监测绳索拉力值可以及时发现绳索上拉力过大或者过小的情况，当出现拉力过大的情况时可以及时进行处理，避免拉力过大把机器人拉坏，当出现拉力过小的情况时，即绳索发生了虚牵、松弛等情况，也可以及时进行处理，尽可能地保证绳索对动平台2具有较好的控制效果。

在一些实施例中，第一滑轮组401包括第一定滑轮支架4011和第一定滑轮4012，第一定滑轮4012可转动地支撑在第一定滑轮支架4011上；力传感器为轴式力传感器4013或张力传感器4014，当力传感器为轴式力传感器4013时，轴式力传感器4013设置在第一定滑轮支架4011与静平台1之间，当力传感器为张力传感器4014时，张力传感器4014安装在第一定滑轮支架4011上，第一定滑轮4012安装于张力传感器4014的末端连接轴端，第一定滑轮4012为张力定滑轮。具体地，如图5所示，力传感器为轴式力传感器4013，第一定滑轮4012可转动地安装在第一定滑轮支架4011上，第一定滑轮支架4011的底部固定安装有轴式力传感器4013，轴式力传感器4013固定在静平台1上，以测量经过第一定滑轮4012的绳索拉力值；或者如图6所示，力传感器为张力传感器4014，张力传感器4014安装于第一定滑轮支架4011上，第一定滑轮4012安装在张力传感器4014末端，即第一定滑轮4012通过张力传感器4014可转动地支撑在第一定滑轮支架4011上，以测量经过第一定滑轮4012的绳索拉力值。

在一些实施例中，每组平行索系5中的绳索数量为三根以上。也就是说，每组平行索系5中的绳索数量可以为3根(例如如图1至图4所示)，也可以为4根、5根等，其中，绳索数量的增加可以提高平行索系5的负载能力。

在一些实施例中，第二滑轮组402包括第二滑轮4021和第二滑轮座4022，第二滑轮座4022固定设置在静平台1的另一侧面上，第二滑轮4021可转动地设置在第二滑轮座4022上，其中第二滑轮4021可以为一个或者两个。例如如图7所示，第二滑轮4021的个数为两个，第二滑轮4021侧壁带有凹槽，两个第二滑轮4021对辊中间形成通孔。双滑轮设置使穿过通孔的绳索可进行两个方向大范围地摆动，大大增加了本发明的索并联机器人工作空间。

在一些实施例中，相对于同一组平行索系5而言，与同一组平行索系5中的绳索相切的第二滑轮4021的出索点顺次连接构成第一多边形，相应地，动平台2与同一组平行索系5中的绳索相连接的连接点顺次连接构成第二多边形，第二多边形与第一多边形全等且始终平行。具体地，例如如图4所示，一组平行索系5中的绳索数量为三根，与三根绳索分别对应相切的第二滑轮4021上的出索点依次为A点、B点和C点，将A点、B点和C点顺次连接构成第一三角形ABC，其中出索点为A点的绳索与动平台2的连接点为D点，出索点为B点的绳索与动平台2的连接点为E点，出索点为C点的绳索与动平台2的连接点为F点，将D点、E点和F点顺次连接构成第二三角形DEF，第一三角形ABC和第二三角形DEF是始终全等且平行的，这样，就可以保证同一组平行索系5中的绳索之间可以始终形成平行四边形，即绳索之间可以始终保持相互平行，在若干组平行四边形结构的约束下，动平台2将始终保持与静平台1平行，使动平台2具有动平台2仅进行平面两自由度运动。

在一些实施例中，如图8所示，辅助张紧支链6包括第一铰链601、第二铰链602、导杆603和弹簧604；第一铰链601包括外环6011和内环6012，外环6011固定在静平台1的中心处，外环6011与内环6012之间为第一转动副6013，内环6012的中心为通孔，导杆603的一端穿过通孔，从而构成移动副6014，从而使导杆603的一端具有绕第一转动副6013转动的一维转动自由度，导杆603可以沿着通孔中心轴线滑动，从而改变静平台1和动平台2之间导杆603的长度。第二铰链602安装在动平台2的中心，第二铰链602具有第二转动副6021，第二转动副6021的轴线与第一转动副6013的轴线平行且均垂直于动平台2的运动平面，导杆603的另一端与第二转动副6021相连；也就是说，导杆603的另一端可以沿着第二转动副6021的轴线转动，并且由于第二转动副6021的轴线与第一转动副6013的轴线平行，因此导杆603的另一端可以发生与导杆603的一端相适配的转动，动平台2可以始终保持与静平台1相互平行。弹簧604套设在导杆603上，弹簧604呈压缩状态且两端分别抵接在第一铰链601和第二铰链602上。无论动平台2的处于静止状态还是运动状态，弹簧604始终保持处于压缩状态，弹簧604可产生推力通过第一铰链601和第二铰链602分别作用于静平台1和动平台2，作用于动平台2上的弹簧604推力与绳索拉力形成相互抵抗对拉结构，保证平行索系5张紧，辅助张紧支链6的伸缩运动不需要驱动装置进行主动控制，可避免对动平台2冗余驱动，结构简单，容易控制。

在一些实施例中，如图2所示，辅助张紧支链6包括第三铰链605、第四铰链606和活塞缸607；第三铰链605安装在静平台1的中心处且仅具有第三转动副6051，第四铰链606安装在动平台2的中心处且仅具有第四转动副6061，第三转动副6051的轴线与第四转动副6061的轴线平行且均垂直于动平台2的运动平面，活塞缸607为液压缸或气缸，活塞缸607的两端分别与第三转动副6051和第四转动副6061相连，从而活塞缸607的两端可以通过第三转动副6051和第四转动副6061分别向静平台1和动平台2施加压力，保持平行索系5张紧。具体地，如图2所示，活塞缸607包括缸筒和活塞杆，缸筒顶部通过第三转动副6051与静平台1中心连接，活塞杆底部通过第四转动副6061与动平台2中心连接，第三转动副6051的轴线与第四转动副6061的轴线平行且均垂直于动平台2的运动平面，缸筒连接压力控制阀，通过压力控制阀的压力设定控制，使得缸筒内充满恒定压力流体，作用于活塞杆上产生恒定压力，压力通过第三铰链605、第四铰链606作用于静平台1和动平台2，从而保证绳索张紧，其中活塞缸607的伸缩运动是被动实现的，即通过使活塞缸607施加在动平台2上的压力始终恒定，从而避免冗余驱动的问题。

在一些实施例中，如图3所示，辅助张紧支链6包括第五铰链608、第六铰链609和电动推杆610，第五铰链608安装在静平台1的中心处且仅具有第五转动副6081，第六铰链609安装在动平台2的中心处且仅具有第六转动副6091，第五转动副6081的轴线与第六转动副6091的轴线平行且均垂直于动平台2的运动平面，电动推杆610的两端分别与第五转动副6081和第六转动副6091相连，通过主动控制电动推杆610的长度来保证电动推杆610始终向动平台2施加恒定的推力，实现绳索张紧。具体地，如图3所示，电动推杆610包括电动推杆缸体、推杆和电动推杆电机，电动推杆缸体的顶端通过第五铰链608安装在静平台1的中心处，推杆的底端通过第六铰链609安装在动平台的中心处，通过电动推杆电机主动控制电动推杆610长度，保证电动推杆610始终向动平台2施加推力，实现绳索张紧，同时，也可以通过控制电动推杆610使电动推杆610对动平台2施加的压力保持恒定，从而形成被动控制，避免冗余驱动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，包括：

静平台，

动平台，所述动平台与所述静平台相对间隔开地设置；

驱动单元，所述驱动单元有两组，两组所述驱动单元安装在所述静平台上；

滑轮组件，所述滑轮组件安装在所述静平台上；

平行索系，所述平行索系有两组，两组所述平行索系分别一一对应地从两组所述驱动单元上引出，经过所述滑轮组件引导后分别连接至所述动平台；

辅助张紧支链，所述辅助张紧支链的两端分别连接在所述静平台的中心与所述动平台的中心，用于始终张紧两组所述平行索系；

工作时，两组所述驱动单元分别一一对应地控制两组所述平行索系在所述滑轮组件至所述动平台之间的长度来控制所述动平台仅进行平面两自由度运动；

所述滑轮组件包括均采用定滑轮结构的多个第一滑轮组和多个第二滑轮组，多个所述第一滑轮组和两组所述驱动单元均位于所述静平台的一侧面上，多个所述第二滑轮组位于在所述静平台的另一侧面上；

多个所述第一滑轮组分成数量相等的两部分，两部分所述第一滑轮组相对于所述静平台的中心对称分布，相应地，多个所述第二滑轮组分成数量相等的两部分，两部分所述第二滑轮组相对于所述静平台的中心对称分布，且每部分所述第一滑轮组的数量与每部分所述第二滑轮组的数量以及与每组所述平行索系中的绳索数量一一对应匹配；

两组所述平行索系分别一一对应地从两组所述驱动单元的滚筒上引出，分别依次经过相应的所述第一滑轮组和所述第二滑轮组后，再连接至所述动平台；

每组所述平行索系中的绳索数量为三根以上；

相对于同一组所述平行索系而言，与同一组所述平行索系中的绳索相切的所述第二滑轮的出索点顺次连接构成第一多边形，相应地，所述动平台与同一组所述平行索系中的绳索相连接的连接点顺次连接构成第二多边形，所述第二多边形与所述第一多边形全等且始终平行。

2.根据权利要求1所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，每组所述驱动单元均为滚筒驱动单元且包括滚筒安装座、滚筒和伺服电机，所述滚筒安装座固定安装在所述静平台上，所述滚筒可转动地支撑在所述滚筒安装座上，所述平行索系的一端缠绕在所述滚筒上，所述伺服电机驱动所述滚筒正反转，以改变所述平行索系在所述滑轮组件至所述动平台之间的长度。

3.根据权利要求2所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，同一所述驱动单元的所述滚筒的数量为一个，同一所述平行索系中的绳索的一端均缠绕于同一个所述驱动单元的一个所述滚筒上。

4.根据权利要求1所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，每个所述第一滑轮组上设有用于测量绳索拉力的力传感器。

5.根据权利要求4所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，所述第一滑轮组包括第一定滑轮支架和第一定滑轮，所述第一定滑轮可转动地支撑在所述第一定滑轮支架上；所述力传感器为轴式力传感器或张力传感器，当所述力传感器为轴式力传感器时，所述轴式力传感器设置在所述第一定滑轮支架与所述静平台之间，当所述力传感器为张力传感器时，所述张力传感器安装在所述第一定滑轮支架上，所述第一定滑轮安装于张力传感器的末端连接轴端，所述第一定滑轮为张力定滑轮。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，所述辅助张紧支链包括第一铰链、第二铰链、导杆和弹簧；所述第一铰链包括外环和内环，所述外环固定在所述静平台的中心处，所述外环与所述内环之间为第一转动副，所述内环的中心为通孔，所述导杆的一端穿过所述通孔，从而构成移动副；所述第二铰链安装在所述动平台的中心，所述第二铰链具有第二转动副，所述第二转动副的轴线与所述第一转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述导杆的另一端与所述第二转动副相连；所述弹簧套设在所述导杆上，所述弹簧呈压缩状态且两端分别抵接在所述第一铰链和所述第二铰链上。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，所述辅助张紧支链包括第三铰链、第四铰链和活塞缸；所述第三铰链安装在所述静平台的中心处且仅具有第三转动副，所述第四铰链安装在所述动平台的中心处且仅具有第四转动副，所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述活塞缸为液压缸或气缸，所述活塞缸的两端分别与所述第三转动副和所述第四转动副相连。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的平行索驱动的平面两自由度并联机器人，其特征在于，所述辅助张紧支链包括第五铰链、第六铰链和电动推杆，所述第五铰链安装在所述静平台的中心处且仅具有第五转动副，所述第六铰链安装在所述动平台的中心处且仅具有第六转动副，所述第五转动副的轴线与所述第六转动副的轴线平行且均垂直于所述动平台的运动平面，所述电动推杆的两端分别与所述第五转动副和所述第六转动副相连。