一種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]索并聯(lián)機(jī)構(gòu)由繩索代替剛性構(gòu)件驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)，使其具有一定的柔性，具有高速運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)重量輕等特點(diǎn)，同時(shí)由于繩索理論上可以無限纏繞在卷筒上，使得索并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間很大。現(xiàn)在航空航天、醫(yī)療康復(fù)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]但現(xiàn)有的索并聯(lián)機(jī)構(gòu)終端動(dòng)平臺的運(yùn)動(dòng)仍然受限于出索支撐點(diǎn)所形成的空間范圍內(nèi)，即作業(yè)空間位于出索支撐點(diǎn)連線范圍內(nèi)，出索支撐機(jī)構(gòu)占用的體積大于終端的作業(yè)空間范圍。若能實(shí)現(xiàn)終端運(yùn)動(dòng)范圍大于出索支撐點(diǎn)的連線范圍，獲得更大的作業(yè)空間，其潛在的工程應(yīng)用價(jià)值將更高，應(yīng)用領(lǐng)域也將更為廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，為空間冗余驅(qū)動(dòng)懸掛式1-4索并聯(lián)裝置，通過規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，可使末端執(zhí)行器的作業(yè)空間超出索支撐點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)大范圍超跨度的運(yùn)動(dòng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，由支撐框架1、出索機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和末端執(zhí)行器構(gòu)成:
[0007]所述支撐框架1懸掛在天車上，為四邊形結(jié)構(gòu)；
[0008]所述出索機(jī)構(gòu)由四個(gè)出索單元組成，每個(gè)出索單元由電機(jī)4、聯(lián)軸器8、減速箱9和卷筒10組成，其中電機(jī)4的輸出依次連接其所在單元的聯(lián)軸器8、減速箱9和卷筒10 ;
[0009]所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分別布置在支撐框架1四個(gè)角下方的四個(gè)運(yùn)動(dòng)單元組成，每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元由出索滑輪5、張緊滑輪3和繩索6構(gòu)成，其中繩索6的一端纏繞在一個(gè)出索單元的卷筒10上，然后依次穿過其所在單元的出索滑輪5和張緊滑輪3后，另一端連接在末端執(zhí)行器7上，由出索滑輪5和張緊滑輪3實(shí)現(xiàn)對繩索運(yùn)動(dòng)方向的改變以及張緊，由所述四根繩索6控制末端執(zhí)行器7的運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述出索滑輪5和張緊滑輪3均為定滑輪。
[0011]所述支撐框架1由鋁合金材料制成，為矩形結(jié)構(gòu)。
[0012]所述出索單元分別布置在支撐框架1四個(gè)角下方，每個(gè)出索單元位于一個(gè)機(jī)箱2中。
[0013]所述支撐框架1的相鄰邊之間連接有斜支撐，斜支撐位于四邊形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，張緊滑輪3安裝在該斜支撐的中部。
[0014]本發(fā)明將繩索6纏繞在卷筒10上，經(jīng)出索滑輪5、張緊滑輪3后連接末端執(zhí)行器7。電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過聯(lián)軸器8和減速箱9，將運(yùn)動(dòng)傳遞至卷筒10，從而控制繩索6的運(yùn)動(dòng)。末端執(zhí)行器7的作業(yè)空間可以超出支撐框架1范圍，實(shí)現(xiàn)大范圍超跨度的運(yùn)動(dòng)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016](1)終端質(zhì)量點(diǎn)具有三個(gè)平動(dòng)自由度，經(jīng)過對其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)大范圍超跨度的運(yùn)動(dòng)，解決了現(xiàn)有索并聯(lián)機(jī)器人作業(yè)空間范圍無法超出支撐框架范圍的難題。
[0017](2)該機(jī)器人的支撐結(jié)構(gòu)處于工作空間上方。使用時(shí)整體懸掛于天車上，可避免末端執(zhí)行器超跨度運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干涉。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人。
[0019]圖2為本發(fā)明出索機(jī)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明機(jī)器人超跨度直線運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明機(jī)器人超跨度水平圓周運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明機(jī)器人超跨度豎直圓周運(yùn)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0024]本發(fā)明上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人如圖1所示，由支撐框架1、出索機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和末端執(zhí)行器構(gòu)成。
[0025]支撐框架1由鋁合金材料制成，工作時(shí)懸掛在天車上，為四邊形結(jié)構(gòu)；支撐框架1的相鄰邊之間連接有水平的斜支撐，斜支撐位于四邊形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
[0026]如圖2，出索機(jī)構(gòu)由四個(gè)出索單元組成，每個(gè)出索單元由電機(jī)4、聯(lián)軸器8、減速箱9和卷筒10組成，出索單元分別布置在支撐框架1四個(gè)角下方，每個(gè)出索單元位于一個(gè)機(jī)箱2中，其中電機(jī)4的輸出依次連接其所在單元的聯(lián)軸器8、減速箱9和卷筒10。
[0027]運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分別布置在支撐框架1四個(gè)角下方的四個(gè)運(yùn)動(dòng)單元組成，每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元由出索滑輪5、張緊滑輪3和繩索6構(gòu)成，出索滑輪5和張緊滑輪3均為定滑輪，張緊滑輪3安裝在該斜支撐的中部。其中繩索6的一端纏繞在一個(gè)出索單元的卷筒10上，然后依次穿過其所在單元的出索滑輪5和張緊滑輪3后，另一端連接在末端執(zhí)行器7上，由出索滑輪5和張緊滑輪3實(shí)現(xiàn)對繩索運(yùn)動(dòng)方向的改變以及張緊，由四根繩索6控制末端執(zhí)行器7的運(yùn)動(dòng)。
[0028]繩索6的伸縮和拉力通過出索機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，當(dāng)電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，減速箱9將轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩放大，將運(yùn)動(dòng)傳遞至卷筒10處。卷筒10控制繩索6的伸縮和受力。
[0029]圖3為該機(jī)器人超跨度直線運(yùn)動(dòng)示意圖。末端執(zhí)行器7具有三個(gè)平動(dòng)自由度，經(jīng)過對其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)大范圍超跨度的運(yùn)動(dòng)。圖中粗雙點(diǎn)劃線繪制了末端執(zhí)行器的直線運(yùn)動(dòng)軌跡，細(xì)雙點(diǎn)劃線表示運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面的索支撐范圍，I位置超出了索支撐點(diǎn)。
[0030]圖4為該機(jī)器人超跨度水平圓周運(yùn)動(dòng)示意圖。圖中粗雙點(diǎn)劃線繪制了末端執(zhí)行器7的水平圓周運(yùn)動(dòng)軌跡，細(xì)雙點(diǎn)劃線表示運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面的索支撐范圍，軌跡均超出了索支撐點(diǎn)。
[0031]圖5為該機(jī)器人超跨度豎直圓周運(yùn)動(dòng)示意圖。圖中粗雙點(diǎn)劃線繪制了末端執(zhí)行器7的豎直圓周運(yùn)動(dòng)軌跡，細(xì)雙點(diǎn)劃線表示運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面的索支撐范圍，I位置超出了索支撐點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，由支撐框架(1)、出索機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和末端執(zhí)行器構(gòu)成，其特征在于: 所述支撐框架(1)懸掛在天車上，為四邊形結(jié)構(gòu)； 所述出索機(jī)構(gòu)由四個(gè)出索單元組成，每個(gè)出索單元由電機(jī)(4)、聯(lián)軸器(8)、減速箱(9)和卷筒(10)組成，其中電機(jī)(4)的輸出依次連接其所在單元的聯(lián)軸器(8)、減速箱(9)和卷筒(10); 所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分別布置在支撐框架(1)四個(gè)角下方的四個(gè)運(yùn)動(dòng)單元組成，每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元由出索滑輪(5)、張緊滑輪(3)和繩索(6)構(gòu)成，其中繩索(6)的一端纏繞在一個(gè)出索單元的卷筒(10)上，然后依次穿過其所在單元的出索滑輪(5)和張緊滑輪(3)后，另一端連接在末端執(zhí)行器(7)上，由出索滑輪(5)和張緊滑輪(3)實(shí)現(xiàn)對繩索運(yùn)動(dòng)方向的改變以及張緊，由所述四根繩索(6)控制末端執(zhí)行器(7)的運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，其特征在于，所述出索滑輪(5)和張緊滑輪(3)均為定滑輪。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，其特征在于，所述支撐框架(1)由鋁合金材料制成，為矩形結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，其特征在于，所述出索單元分別布置在支撐框架(1)四個(gè)角下方，每個(gè)出索單元位于一個(gè)機(jī)箱(2)中。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，其特征在于，所述支撐框架(1)的相鄰邊之間連接有斜支撐，斜支撐位于四邊形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，張緊滑輪(3)安裝在該斜支撐的中部。
【專利摘要】一種上支撐式空間四索超跨度機(jī)器人，包括機(jī)械支撐框架、出索機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和末端執(zhí)行器，為懸掛式1-4索并聯(lián)機(jī)器人，索支撐結(jié)構(gòu)處于工作空間上方，使用時(shí)整體懸掛于天車上，可避免末端執(zhí)行器超跨度運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干涉，四根繩索一端連接末端執(zhí)行器，另一端經(jīng)過滑輪連接在卷筒上，該裝置通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)繩索，使末端執(zhí)行器具有三個(gè)平動(dòng)自由度，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)大范圍超跨度的運(yùn)動(dòng)，節(jié)約了制造成本，解決了現(xiàn)有索并聯(lián)機(jī)器人作業(yè)空間范圍無法超出支撐框架范圍的難題，在物料搬運(yùn)，機(jī)構(gòu)噴涂等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B25J9/00, B25J9/10
【公開號】CN105364911
【申請?zhí)枴緾N201510818727
【發(fā)明人】唐曉強(qiáng), 邵珠峰, 田斯慧, 汪勁松, 劉辛軍, 李煜琦, 祝玉蘭, 季益中, 項(xiàng)程遠(yuǎn), 劉振輝
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月23日