[发明专利]一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台

说明书

本发明涉及一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台，属于并联机器人领域，解决了现有技术中的三自由度运动平台对平移自由度的限制不够以及平台柔顺性差的问题。本发明通过八根气动人工肌肉连接静平台和运动平台构成一个六自由度平台，使上平台的运动更具有柔顺性，同时，通过钢丝绳固定连接圆盘和静平台，进一步，通过四根刚性连杆固定连接圆盘和运动平台，实现了对运动平台三个平移自由度的限制，得到一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台。本发明的三自由度运动平台可以作为具有三个偏转自由度的“球铰”关节，具有更好的柔顺性和更大的刚度，且能够实现大角度偏转，能够广泛应用在串并联机械臂领域。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，尤其涉及一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台。

背景技术

在机器人领域根据关节的连接和布置形式可以分为串联机器人和并联机器人，与串联机器人相比后者刚度较大，因此应用在各种各样的场合，然而在实际应用当中由于自身的奇异、关节误差等因素使其应用受到限制，并且在某些场合并不需要六个自由度，因此冗余并联机构和少自由度并联机构越来越受到重视，例如应用较广的Delta型并联机器人；并联机器人的特性除与其构型有关外还与其驱动有关，在传统的并联机器人中大都采用液压缸或者电动缸进行驱动来实现较大的承载，如今随着机器人在医疗、生物等领域的应用，对机器人的柔顺性提出了新的要求；气动人工肌肉作为一种较为新型的驱动元件，与前两者相比，其柔性较大，因此将气动人工肌肉应用在并联机器人结构中可以实现较大柔度结构从而实现大角度偏转。

由于气动人工肌肉自身的特点其只能产生轴向方向的收缩，因此目前将气动人工肌肉作为并联机构的驱动的构型大都利用运动平台的重力与气动人工肌肉产生对抗，该种方案将运动平台布置在静平台的下方，制约了平台的应用范围；另一种解决方案是将运动平台布置在静平台的上方，在两个平台的中间增加支撑关节部分，该支撑部分的设计在很大程度上影响到平台的运动自由度和性能，目前的支撑方案中对运动平台的三个平移自由度限制不够或者整个平台没有柔性。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台，用以解决现有技术中的三自由度运动平台对平移自由度的限制不够以及平台柔顺性差的问题。本发明通过对六自由度平台添加支撑完成对其三个平移自由度的约束，使平台仅具有三个转动自由度，并且整个平台的转动中心可以近似看为一个定点。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种气动人工肌肉驱动的三自由度平台，包括：静平台、运动平台、气动人工肌肉、圆盘、钢丝绳和刚性连杆；

运动平台通过多根气动人工肌肉驱动，且静平台、运动平台均与气动人工肌肉转动连接形成一个六自由度平台；

圆盘与静平台之间通过多根钢丝绳固定连接，圆盘与运动平台之间通过刚性连杆固定连接。

具体地，气动人工肌肉独立驱动，且仅能进行沿其自身轴向方向的伸缩运动。

具体地，气动人工肌肉设置在静平台与运动平台之间，且与静平台、运动平台通过球铰或虎克铰连接。

具体地，气动人工肌肉至少有三根。

具体地，圆盘位于静平台的中心位置。

具体地，钢丝绳至少有三条，且钢丝绳与圆盘和静平台之间均为固定连接。

具体地，多根钢丝绳沿圆盘的圆周方向均匀分布。

具体地，多根钢丝绳是等长的。

具体地，静平台为环形，运动平台为环形或圆形；静平台与运动平台在初始状态时是平行的。

具体地，刚性连杆至少三根，且圆盘和运动平台均与刚性连杆固定连接。

本发明至少具有以下有益效果之一：