[发明专利]带有防转动机构的索牵引并联机器人装置

说明书

技术领域

本发明属于机械装置技术领域，特别涉及一种并联机器人，可用于摄像、起重、搬运、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

随着现代工业的发展，刚性铰链驱动末端执行器的运动在工作范围、灵活度以及组装简便程度等方面已经不能满足社会发展的需要，于是提出了索牵引并联机器人装置。

现有的索牵引并联机器人装置采用柔索代替刚性铰链来驱动末端执行器，这种装置因具有工作空间大，运动灵活度高，操作简便，易于模块化，组装方便，自重轻，便于运输，成本低等优点而得到广泛关注。这种机器人装置分为欠驱动、完全驱动和冗余驱动索牵引并联机器人。其中：

欠驱动的索牵引并联机器人，若其驱动柔索在空间上能够相交于一点，则理论上可实现执行器在执行任务的过程中平动运动。但是，在实际的情况下，由于末端执行器总有一定的体积，很难做到只有平动而不发生转动。所以其末端执行器在做大范围平动运动时会伴有小幅的转动，使得末端执行器很难精准定位，降低了运动精度，导致执行器执行任务的效果变差。

完全驱动及冗余驱动的索牵引并联机器人，虽说其结构可以防止末端执行器在运动过程中的转动，但是这种结构的索牵引并联机器人每增加一根柔索就要多增加一套驱动器，这样使得并联机器人的结构变得复杂，成本和控制难度也会大幅提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，在不增加驱动器数目的前提下，提出一种带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，以简化索牵引并联机器人结构、降低成本和控制难度。

实现本发明目的的技术方案是：改善索牵引并联机器人的结构，即在末端执行器上连接一套或几套防转动机构，使其在执行任务期间不再在某个方向或者某几个方向上发生小幅转动或者尽可能的减少转动。整个装置包括：末端执行器、n套驱动装置和n根主动柔索，n≥3，每套驱动装置通过一根主动柔索与末端执行器连接，末端执行器为空间被索牵引并联机器人所控制的物体，其特征在于，末端执行器上连接有防转动机构，用以防止末端执行器在空间操作 时的转动。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，防转动机构包括两根被动柔索、两个定滑轮、一个滚筒、配重柔索和配重；

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，两根被动柔索，其一端分别与末端执行器连接，形成两个连接点，另一端跨过定滑轮以相同方向缠绕后固定在滚筒的两端；

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，两个定滑轮固定于地基上，并保证两定滑轮固定后的连线与两根被动柔索在末端执行器的两个连接点之间的连线平行且距离相等；

所述配重通过配重柔索悬挂在滚筒上，用于平衡末端执行器的受力。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，配重柔索的一端与配重相连，另一端缠绕后固定在滚筒的中间位置，且缠绕方向与被动柔索的缠绕方向相反。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，配重的重量根据防转动机构的受力情况确定，即配重应使得每根被动柔索对末端执行器的拉力不小于末端执行器自身重力的20％。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，防转动机构的安装数量及位置根据末端执行器需要防止转动的工作状态来确定。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，对于需要防止末端执行器在一个方向上的转动的情况，只需安装一套防转动机构，安装时要使防转动机构的被动柔索在末端执行器形成的连接点与两定滑轮的固定点所构成的平面与该方向垂直。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，对于需要防止末端执行器在两个方向上的转动的情况，则需按对称结构安装两套防转动机构，所安装的两套防转动机构的被动柔索在末端执行器形成的连接点与两定滑轮的固定点所构成的平面在这两个方向上的投影都为平行四边形，以平衡末端执行器的受力，以防止末端执行器在这两个方向上的转动。

上述带有防转动机构的索牵引并联机器人装置，其特征在于，对于末端执行器在执行任务的过程中只能平动的情况，则安装三组或者三组以上的防转动机构，且各套防转动机构的被动柔索在末端执行器形成的连接点与两定滑轮的固定点所构成的平面在空间两两异面，以防止末端执行器运行过程中在空间各个方向的转动。