[发明专利]一种刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人

说明书

本发明公开了一种刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人，包括动平台、定平台、固定在动平台与定平台之间的支撑弹簧、直线轴承、平面轴承和驱动绳索。支撑弹簧下端固定在定平台上，上端通过平面轴承与动平台相连。支撑弹簧内部设有上脊柱、万向节和下脊柱，直线轴承固定在动平台上，并与上脊柱上端相连，上脊柱下端连接万向节上端，万向节下端连接下脊柱上端，下脊柱下端固定在定平台上，驱动绳索一端固定在动平台上，另一端穿过定平台作为驱动端。本发明具有刚度可调、运动学分析计算直观、动作柔顺等特点。

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，特别是涉及一种刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人。

背景技术

仿生机器人是指依据仿生学原理，模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统，已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。

机器人根据运动链是否构成闭环可分为串联机器人和并联机器人。串联机器人一般具有结构简单、工作空间大、操作灵活等优点，但存在精度差，惯性大，速度、加速度及负载能力受约束等不足。而并联机器人恰好弥补了串联机器人在机械结构上的缺点，具有运动惯量低、负载能力强、刚度大等热点，在高速度、高精度场合有很大的潜能。

绳索驱动机器人可以用来仿人颈部等部位的运动，一般用脊柱仿人颈椎，绳索仿颈部肌肉，通过驱动绳索来模拟肌肉的拉伸。绳索驱动并联机器人相对于常见的刚性连杆并联机器人有很多优势。绳索可缠绕易缩放，故绳索驱动并联机器人具有更大的工作空间；绳索质量轻，使得绳索驱动并联机器人具有更高的负载/质量比，更适于大负载和高速度的运动控制领域；制造成本低，易于模块化，维修更为容易。目前大部分绳索驱动机器人都是刚度不可调的，而在很多应用场合如用机器人仿生物关节，需要实现机器人的刚度可调，因此研究一类刚度可调的绳索驱动机器人具有重要的现实意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的刚度可调绳索驱动的仿生并联机器人，包括动平台、定平台、驱动绳索和固定在动平台与定平台之间的支撑弹簧；支撑弹簧下端固定在定平台上，支撑弹簧上端通过第一运动机构与动平台相连，第一运动机构能够使动平台运动时不会带动支撑弹簧运动；支撑弹簧内部设有上脊柱、万向节和下脊柱，上脊柱上端连接设于动平台上的第二运动机构，第二运动机构能够使动平台上下移动或者旋转时不会带动上脊柱运动，上脊柱下端连接万向节上端，万向节下端连接下脊柱上端，下脊柱下端固定在定平台上；驱动绳索一端固定在动平台上，驱动绳索另一端穿过定平台作为驱动端。

进一步，所述第一运动机构包括平面轴承，平面轴承中的松环连接支撑弹簧上端，平面轴承中的紧环连接动平台。

进一步，所述第二运动机构包括直线轴承，直线轴承的外壁固定连接动平台，上脊柱上端从直线轴承的内孔中穿过。

进一步，所述驱动绳索至少有四根。

进一步，所述动平台和定平台均为圆形，驱动绳索有四根，四根驱动绳索另一端分别穿过定平台上的四个通孔，四个通孔等分成两组，每组中的两个通孔相互邻近，两组通孔分别设在相隔180°的位置。

进一步，所述四根驱动绳索一端分别固定在动平台上的四个固定点处，四个固定点等分成两组，每组中的两个固定点相互邻近，两组固定点分别设在相隔180°的位置。

进一步，初始状态下，所述两组固定点之间的连线与两组通孔之间的连线垂直。这样，在结构对称的基础上，保证了绳索驱动力在动平台切线方向的分力足够大，有利于动平台的旋转运动。

进一步，所述驱动绳索有六根，六根驱动绳索另一端分别穿过定平台上的六个通孔，六个通孔等分成三组，每组中的两个通孔相互邻近，三组通孔分别设在相隔 120°的位置。