一种动锚点座式绳驱并联机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种动锚点座式绳驱并联机器人。

背景技术

随着机器人技术，尤其是绳驱并联机器人的不断快速发展，绳驱并联机器人已经广泛应用在工业和经济建设等各个领域，其中绳驱并联机器人的避障能力已经凸显地愈加重要。

目前绳驱并联机器人主要是采用定锚点座的方式进行绳索控制和末端平台控制，确定的锚点座位置无法快速改变机器人构型从而适应复杂的工作环境。

发明内容

本发明提供一种动锚点座式绳驱并联机器人，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明提供了一种动锚点座式绳驱并联机器人，通过引入动锚点座的概念，使绳驱并联机器人在运动过程中可以改变构型，从而改变驱动绳索引出点的位置，实现超冗余驱动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种平面动锚点座式绳驱并联机器人，包括：圆形导轨；沿所述的圆形导轨移动的至少三个的动锚点座；能够在平面内移动的末端平台，该末端平台通过驱动绳索分别与每个动锚点座连接，其中该末端平台包括多个同轴转动配合的转圈，其中至少一个转圈通过驱动绳索与动锚点座连接；其中，每个动锚点座包括支撑组件、用于限定所述的动锚点座沿所述的圆形导轨进行圆周移动的引导组件、以及用于收放所述的驱动绳索的绳索组件。

进一步，所述支撑组件包括：具有安装平面的动锚点座底板；设置在动锚点座底板第一侧的动锚点座驱动电机架；设置在动锚点座底板第二侧的主动摩擦轮框架，所述的第二侧与所述的第一侧为相反侧。

进一步，所述引导组件包括：由所述的动锚点座驱动电机架支撑的动锚点座驱动电机；连接至所述的动锚点座驱动电机的输出轴的联轴器；主动摩擦轮轴，该主动摩擦轮轴的一部分轴体穿过所述的动锚点座底板并且与所述的联轴器连接；布置在动锚点座底板第二侧并且与所述的主动摩擦轮轴连接的主动摩擦轮；布置在动锚点座底板第二侧的至少一个从动摩擦轮，其中，所述的主动摩擦轮处于所述的圆形导轨的外侧并且与所述的圆形导轨摩擦接触，所述的至少一个从动摩擦轮处于所述圆形导轨的内侧，所述的主动摩擦轮和所述的从动摩擦轮的转轴都与所述的动锚点座底板的安装平面垂直。

进一步，所述的引导组件包括与所述的从动摩擦轮转动地连接的偏心套，该偏心套通过可拆装的紧固件连接到所述的动锚点座底板；所述的偏心套的紧固件安装孔与外轮廓圆存在偏心距，使得所述的偏心套在转动调整时，允许改变所述的从动摩擦轮的转动中心与所述的主动摩擦轮的转动中心的距离。

进一步，所述绳索组件包括：收绳电机，该收绳电机通过绳索驱动电机架固定在所述的动锚点座底板的第一侧；与所述的收绳电机的输出端连接的收绳绞盘，用于对所述驱动绳索进行收放，实现所述驱动绳索的伸缩长度控制；与所述的动锚点座底板具有支撑关系的多个导绳滑轮，其中，所述的驱动绳索的端部固定于所述的收绳绞盘上，并且经过所述的多个导绳滑轮后连接至所述的末端平台。

进一步，所述的绳索组件包括转动滑轮架，该转动滑轮架通过转轴件连接至所述的动锚点座底板，使得所述的转动滑轮架能够绕垂直于所述的动锚点座底板的轴线转动；所述的多个导绳滑轮包括固定安装在所述的绳索驱动电机架上的第一导绳滑轮，还包括由所述的转动滑轮架支撑的第二导绳滑轮、第三导绳滑轮和第四导绳滑轮，其中，来自所述的收绳绞盘的驱动绳索依次绕过所述第一导绳滑轮、所述第二导绳滑轮、所述第三导绳滑轮和所述第四导绳滑轮。所述第二导绳滑轮可以配置为动滑轮。所述第二导绳滑轮除可以绕着自身滑轮旋转轴旋转外，还可以绕着相切于所述第二导绳滑轮轮槽的竖直方向旋转轴转动，所述第二导绳滑轮安装在可以绕所述竖直旋转轴转动的基座上。所述第三导绳滑轮和所述第四导绳滑轮安装在所述基座上，除可以绕自身旋转轴转动外，也可绕所述竖直旋转轴转动。

进一步，所述的绳索组件包括：与所述的动锚点座底板固定的拉力传感器，该拉力传感器设置在所述的收绳绞盘和所述的导绳滑轮之间，通过拉力传感器侧边的轮缘接收所述的收绳绞盘和所述的导绳滑轮之间的驱动绳索，以反馈驱动绳索的拉力。

进一步，沿第一时针方向绕所述的收绳绞盘后的驱动绳索沿第一时针方向绕所述的拉力传感器的轮缘，然后沿第一时针方向绕所述的第一导绳滑轮，然后沿第二时针方向绕所述的第二导绳滑轮，然后沿第一时针方向绕所述的第三导绳滑轮，然后沿第二时针方向绕所述的第四导绳滑轮。其中所述的第一时针方向与所述的第二时针方向相反，即第一时针方向为顺时针方向时第二时针方向为逆时针方向，或者第一时针方向为逆时针方向时第二时针方向为顺时针方向。

进一步，动锚点座的数量优选为三，然后所述的末端平台包括：依次同轴配合的上转圈、第一轴承、中轴、第二轴承和下转圈；固定连接所述的上转圈的第一吊耳；固定连接所述的中轴的第二吊耳；固定连接所述的下转圈的第三吊耳；其中，所述的第一吊耳、第二吊耳和第三吊耳分别固定连接至所述的驱动绳索。

进一步，所述的上转圈设有下延伸部，用于固定安装所述的第一吊耳，所述的下转圈设有上延伸部，用于固定安装所述的第三吊耳，其中所述的上延伸部、所述的下延伸部和所述的中轴的安装吊耳的位置高度相同。

本发明的有益效果是：

将锚点座驱动和绳索收放装置集成到一个动锚点座上，提高了机器人的集成度和模块化程度；

本发明的导绳滑轮部分既解决了绳索的方向问题，又可以任意调节绳索水平面的高度。

本发明的末端平台，能够在绳索之间具有不同的夹角时候，依然保证绳索延长线交于一点，增加了模型的准确性。

本发明的平面动锚点座式绳驱并联机器人，通过增加锚点座的运动自由度，平面三绳并联机器人的控制自由度可以达到6，从而可增大平面三绳并联机器人的工作空间；同时在遇到障碍物的时候能够通过动锚点座的移动改变机器人构型，达到避障效果。

附图说明

图1是根据本发明的动锚点座式绳驱并联机器人的整体示意图。

图2是根据本发明的实施例中的圆形导轨的截面结构的示意图。

图3是根据本发明的实施例中动锚点座的运动部分结构分解图。

图4是根据本发明的实施例中动锚点座导绳及收绳部分立体图。

图5是根据本发明的实施例中动锚点座收绳部分从另一视角观察的立体图。

图6是根据本发明的实施例中的末端平台结构的立体分解图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1，在一些实施例中，根据本发明的动锚点座式绳驱并联机器人包括圆形导轨100、动锚点座200、末端平台300和驱动绳索400。其中动锚点座200数量为多个，优选为三个(下文的实施例皆以3个动锚点座200为例进行技术方案的描述)，以实现绳索冗余驱动末端平台 300。末端平台300通过驱动绳索400分别与每个动锚点座200连接，因此驱动绳索400的数量等于动锚点座200的数量。圆形导轨100为360°正圆导轨，可以由多段半径相同的圆弧形导轨拼接。每个动锚点座200能够沿圆形导轨100限定进行圆周移动。参照图2，优选地，导轨内外侧均有梯形槽，以接纳动锚点座200中的运动轮。

参照图3至图5，在一些实施例中，每个动锚点座200包括支撑组件210、引导组件220 和绳索组件230。支撑组件210包括动锚点座底板211、动锚点座驱动电机架212、主动摩擦轮框架213和绳索驱动电机架214。引导组件220包括动锚点座驱动电机221、联轴器222、主动摩擦轮轴223、主动摩擦轮224、从动摩擦轮225、偏心套和螺栓228。绳索组件230包括收绳电机232、多个导绳滑轮、转动滑轮架237和收绳绞盘238，还可以包括拉力传感器 231。

动锚点座底板211可以具有互相平行的上下安装平面。考虑动锚点座200与圆形导轨100 的支撑引导关系以及安装紧凑性，动锚点座驱动电机架212和绳索驱动电机架214可以安装在动锚点座底板211的上部平面，而主动摩擦轮框架213可以安装在动锚点座底板211的下部平面。在一个实施例中，动锚点座200由动锚点座底板211作框架，(在图3所示的左部) 开有多个通孔，用于在下方固定一个主动摩擦轮框架213，并且容纳主动摩擦轮轴223的一部分轴体穿过。主动摩擦轮224与主动摩擦轮轴223固定，并通过轴承装配于主动摩擦轮框架213和动锚点座底板211中间。主动摩擦轮轴223的输入端与动锚点座驱动电机221的输出端通过联轴器222连接。动锚点座驱动电机221通过动锚点座驱动电机架212固定于动锚点座底板211上。

主动摩擦轮224处于圆形导轨100的外侧，其轮体进入到圆形导轨100的梯形截面范围内，并且与圆形导轨100摩擦接触。从动摩擦轮225处于圆形导轨100的内侧，其轮体进入到圆形导轨100的梯形截面范围内。结合图1至图3，可以采用1个主动轮和2个从动摩擦轮225的搭配，使得动锚点座200与圆形导轨100的梯形截面部有三点支撑效果，稳定性好且结构紧凑。

参照图3，在本实施例中，偏心套的圆柱形外周接纳从动摩擦轮225使得从动摩擦轮可以自由转动，因此对应地，偏心套数量与从动摩擦轮225的数量相同。结合参照图1、图3及图4，动锚点座底板211(在图3所示的右部)还开有两个通孔，而偏心套中间开有螺纹孔，并用螺栓228连接安装的第一偏心套226和第二偏心套227，偏心套外侧装配从动摩擦轮225。第一偏心套226和第二偏心套227中的螺纹孔和外轮廓圆存在偏心距，这样转动偏心套可以改变从动摩擦轮225的实际转动中心，从而可以调整主动摩擦轮224、从动摩擦轮225与导轨100之间的预紧力，实现微调上述的动锚点座200与圆形导轨100的梯形截面之间的三点支撑的间隙和松紧度。

参考图4及图5，在一个实施例中，绳索驱动电机架214固定在动锚点座底板211上部，收绳电机232通过螺栓228固定于绳索驱动电机架214上。收绳电机232的输出端与收绳绞盘238直接相连，并用顶丝固定。

在本实施例中，可以采用四个导绳滑轮。绳索驱动电机架214右上角还固定有定滑轮形式的第一导绳滑轮233。参考图4，第一导绳滑轮233下方安装有转动滑轮架237，转动滑轮架237可以与动锚点座底板211通过转轴件可转动地连接，使得转动滑轮架237可绕图示4所示竖直方向的旋转轴A1转动(或者绕垂直于动锚点座底板211安装平面的旋转轴转动)，而不会改变绳索400长度。

参照图4和图5，转动滑轮架237可以包括“倒T型”结构件和“E型”结构件，其中“E型”结构件的中部设有“U型”通孔(见图5)，用于通过螺丝使得与“倒T型”结构件和“E 型”结构件可连接安装并允许高度可调。“倒T型”结构件的上端安装第二导绳滑轮234，“E 型”结构件的两端平行安装有第三导绳滑轮235和第四导绳滑轮236。第三导绳滑轮235和第四导绳滑轮236与第二导绳滑轮234基本平行放置，且第三导绳滑轮235位于第四导绳滑轮236基本垂直的上方。通过“E型”结构件的“U型”通孔的安装调节方式，从而调节第四导绳滑轮236的安装高度，进而可以调节驱动绳索400的水平高度。绳索从第二导绳滑轮234 下方引出后向上绕过第三导绳滑轮235，并向下绕过第四导绳滑轮236后从下方水平地引出，保证绳索引出后尽量保持水平。如此安装的第二导绳滑轮234、第三导绳滑轮235，第四导绳滑轮236进一步保证了绳索400在收放时的精度。

此外，绳索绕过第一导绳滑轮233后竖直向下从第二导绳滑轮234的下方绕过，这样可以保证第二导绳滑轮234在绕竖直方向旋转轴转动的时候，绳索不会因此改变伸缩长度。

参考图6，在一个实施例中，末端平台300包括上转圈311、中轴312、下转圈313、第一轴承314、第二轴承315以及三个吊耳316、317和318。中轴312两端分别安装第一轴承 314和第二轴承315，外圈装配上转圈311和下转圈313。如图6所示，上转圈311设有下延伸部，用于固定安装第一吊耳316，下转圈313设有上延伸部，用于固定安装第三吊耳318，从而使得上延伸部、下延伸部和中轴312的安装吊耳的位置高度相同。因为驱动绳索400的另一端固定于各个吊耳316、317和318上，且第一吊耳316、第二吊耳317和第三吊耳318 安装后处于同一高度，因此保证驱动绳索400在同一平面内并且其延长线交于一点。再次参照图1，可以理解到，从动锚点座200绳索组件230的第四导绳滑轮236引出的驱动绳索400 的水平高度也跟三个吊耳的高度一致，从而最终实现同一平面上动锚点座200式绳驱并联机构。

综上所述，本发明方案中的平面动锚点座式绳驱并联机器人具有以下优点：

1、增加平面绳驱并联机器人控制自由度，实现超冗余控制；

2、采用动锚点座带动绳索收放，增大了平面绳驱并联机器人的运动工作空间；

3、机器人在工作空间中遇到障碍物时，可通过动锚点座的运动改变机器人构型，实现避障；

4、整个机器人结构紧凑、可靠，功能完善，易于操作和安装。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

附图标记列表

100圆形导轨 231拉力传感器

200动锚点座 232收绳电机

210支撑组件 233第一导绳滑轮

211动锚点座底板 234第二导绳滑轮

212动锚点座驱动电机架 235第三导绳滑轮

213主动摩擦轮框架 236第四导绳滑轮

214绳索驱动电机架 237转动滑轮架

220引导组件 238收绳绞盘

221动锚点座驱动电机 300末端平台

222联轴器 311上转圈

223主动摩擦轮轴 312中轴

224主动摩擦轮 313下转圈

225从动摩擦轮 314第一轴承

226第一偏心套 315第二轴承

227第二偏心套 316第一吊耳

228螺栓 317第二吊耳

230绳索组件 318第三吊耳

400驱动绳索。