[发明专利]循环索驱动的索牵引并联机器人装置

说明书

技术领域

本发明属于机械控制技术领域，特别涉及一种采用循环索驱动的机器人装置，可用于摄像、起重、检测、工业加工、船舶建造、海底打捞、石油油井灭火等工作操作。

背景技术

传统的空中拍摄能通过摇臂摄像机、直升飞机航拍系统等装置来实现，但这些拍摄方法在拍摄角度和区域上都受到一定条件的限制。如：摇臂摄像机装置由于刚性机械臂的提升高度十分有限，同时所承受力矩较小，因此只能固定在半径很小的范围内进行拍摄。直升机航拍时，由于噪音和振动的影响，只能进行远距离的拍摄，无法体现拍摄对象的细节，且航拍的成本较高。近几年出现的柔索牵引并联机器人装置搭载的摄像系统由于采用柔索驱动装置，使摄像系统的工作范围有了很大的提升，同时可操作性也有很大的提高，能有效地弥补以上提到的传统空中拍摄的不足。如二维柔索牵引摄像系统不仅能够进行超远距离两点之间的高速，水平和竖直运动拍摄，还可在水平运动的同时实现竖直方向的运动，跟踪拍摄主体可达上千米甚至更远，突破了摇臂摄像机的高度和半径限制。

现有的索牵引并联机器人装置均采用柔索代替刚性铰链驱动末端执行器，具有工作空间大，易于模块化，组装方便，自重轻，便于运输等优点而得到广泛关注。但是由于柔索只能受拉而不能受压，且柔索的横向刚度很小，因此在工作操作中，为保证柔索处于张紧状态，同时也为有效增加系统刚度，索牵引并联机器人装置驱动支链，即一根带有驱动装置的柔索，它能够按要求进行收放的数目要多于机器人的自由度数目，例如，为了获得足够的刚度和较大的工作空间，通常采用4条支链进行驱动来实现空间平动，有时甚至用6条支链进行驱动。由于引入了数量更多的驱动支链，导致系统的硬件成本大幅增加；同时，过多增加驱动器的数目也会造成驱动冗余度的增大，这会大大增加系统控制的难度，以实现多条支链间的高度协调运动。因此，如何在不增加驱动器数目的前提下来改善索牵引并联机器人装置的性能，即获得更好的刚度、阻尼和工作空间是索牵引并联机器人装置设计时的一个关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种循环索驱动的索牵引并联机器人装置，以在不增加驱动装置数目的前提下，有效地改善索牵引并联机器人的刚度、阻尼和工作空间。

为实现上述目的，本发明包括：一个末端执行器（4），n个驱动装置（1）和n根柔索（2）n≥1，每个驱动装置（1）通过一根柔索（2）与末端执行器（4）连接，其特征在于：

驱动装置（1）与末端执行器（4）之间设有m组传动机构（3），m≥1，每组传动机构包括动滑轮（31）和定滑轮（32）：动滑轮（31）均匀布置在末端执行器（4）上，定滑轮（32）均匀布置固定在地基上，每根柔索（2）从驱动装置（1）伸出后，依次穿过动滑轮（31）和定滑轮（32），再与末端执行器（4）连接，形成m根均匀分布的循环索，以扩大工作空间，增强刚度和阻尼。

上述循环索驱动的索牵引并联机器人装置，其特征在于，动滑轮（31）通过动滑轮底座（6）固定在末端执行器（4）上，且动滑轮底座（6）能够绕其轴线自由转动。

上述循环索驱动的索牵引并联机器人装置，其特征在于，连接点（5）的位置的设定，应使得从动滑轮（31）到定滑轮（32）之间的两段柔索保持平行。

上述循环索驱动的索牵引并联机器人装置，其特征在于，定滑轮（32）的固定位置要使得每条循环索在驱动装置（1）与定滑轮（32）之间形成的夹角β为0～120°之间。

上述循环索驱动的索牵引并联机器人装置，其特征在于，位于末端执行器（4）上方和下方的循环索均为均匀布置。

上述循环索驱动的索牵引并联机器人装置，其特征在于，索牵引并联机器人驱动装置（1）和末端执行器（4）之间至少设有一条循环索结构。

本发明的优点和效果：

1、本发明由于增加了执行装置和末端执行器与地基上定滑轮的连接，形成循环连接的结构形式，大幅度提高了索牵引并联机器人的刚度。

2、本发明由于每根柔索（2）从驱动装置（1）伸出后，依次穿过动滑轮（31）和定滑轮（32），再与末端执行器（4）连接，形成均匀分布的循环索，不仅增加了系统的阻尼，而且能够很好地抑制末端执行器运动过程中的振动，使运动更平稳。

3、本发明由于位于末端执行器（4）上方和下方的循环索均为均匀分布且在末端执行器（4）上的动滑轮（31）为均匀布置，这样可以增大索牵引并联机器人的工作空间。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的实例1的结构示意图；

图3是本发明的实例2的结构示意图；