CN104476567A - 一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，涉及机器人机构学、医疗器械等领域。该并联机构由运动平台、固定平台和联接上述两个平台的六条支链组成，每条支链由固定平台到运动平台均由电机和减速器、胡克铰、绳驱动直线关节、球铰链组成。相对于目前已有的六自由度并联机构，本发明的机构其驱动装置为绳驱动的直线关节，由于采用绳驱动方式，一方面可以将所有的牵引电机置于固定平台大大降低机构本身负载，从而提高机构的传动性能；另一方面通过绳驱动可以有效减少机构运动的颤振，这对并联机构在医疗器械的应用具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及机器人机构学、医疗器械等领域，特别涉及一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构。
背景技术
并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备，是近年来发展起来的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。
目前已有的6自由度并联机构的驱动方式主要有两种形式：一是由电动机驱动方式，即由电机-丝杆-螺母等部件组合在一起形成直线滑移运动，并通过滑移运动驱动运动平台到达预期的位置和姿态；另一种方式是采用流体传动方式，即利用液压缸或者气缸的伸缩来驱动运动平台进行运动。就目前的应用实践来看，这两种驱动方式各有利弊。利用电机驱动具有相应速度快，传动效率高，运动精度高，易于控制等优点，但是也存在成本高、环境适应性差、刚性差、负载能力不高等不足；而对于液压缸驱动方式而言，具有承载能力大、环境适应性强、运动平稳等优点，但也存在着维护成本高、易泄露、运动精度差等缺点。
在工程应用中，有些特定的场合例如医疗手术辅助器械、危险品搬运等等，往往需要一些兼顾上述两种驱动方式优点的一种驱动方式，而目前尚没有相关的报告。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提出一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，利用绳驱动直线关节，使得机构具有相应速度快、传动效率高、环境适应性强、运动平稳等优点。
本发明所采用的技术方案
一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，该机构由固定平台、运动平台和联接上述两平台的六条结构形式完全相同的支链组成；其中每条支链由固定平台到运动平台均由电机和减速器、胡克铰、绳驱动直线关节和球铰链组成；其中，
所述的电机和减速器安装在与固定平台固联的电机座上，运动支链上端通过球铰链与运动平台相连，运动支链下端通过胡克铰与固定平台相连，绳驱动直线关节安装在球铰链与胡克铰之间，绳驱动直线关节由电机和减速机通过绳轮带动两条驱动绳进行驱动，绳驱动直线关节包括套装在一起并可伸缩的空心外套杆和内部的伸缩杆，伸缩杆的下端经过空心外套杆底部的介轮与一根驱动绳连接，另一驱动绳由空心外套杆上端的介轮折返向下并与伸缩杆的下端连接，两根驱动绳的另一端均与绳轮固定并反向缠绕。
电机和减速机通过正反转从而拽动（松放)第一驱动绳8（或第二驱动绳7），松放（拽动）第一驱动绳（或第二驱动绳）以此实现绳驱动直线关节（亦即运动支链）的伸长与缩短。当同时驱动所有6个支链的电机进行正转或者反转时，相应的支链会伸长或者缩短，从而带动运动平台达到不同的位置，实现不同的姿态。
本发明的有益效果是：
1、利用绳驱动直线关节实现并联机构的6自由度运动。
2、机构的驱动电机完全放置于固定平台之上，大大减少了机构整体的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动、提高机构的运动灵活性。
3、由于采用了绳驱动直线关节，使得机构的各支链在运动过程中大大减少了震颤的出现，因此在手术辅助器械、危险品搬运等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明含绳驱动直线关节的六自由度并联机构结构示意图。
图2是本发明的一条运动支链的部分结构示意图。
图3是图2中绳驱动直线关节的局部放大示意图。
图4是本发明的一条运动支链的完整结构示意图。
图中，1运动平台，2球铰链，3绳驱动直线关节，4 电机座，5电机及减速器，6绳轮，7第二驱动绳，8第一驱动绳，9 胡克铰，10 固定平台，11 介轮，12空心外套杆，13伸缩杆。
以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
如图1 和图4所示，本发明提供的一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，由固定平台10、运动平台1和联接上述两平台的六条结构形式完全相同的支链组成；其中每条支链由固定平台到运动平台均由电机和减速器5、胡克铰9、绳驱动直线关节3和球铰链2组成；其中，
所述的电机和减速器安装在与固定平台固联的电机座4上，运动支链上端通过球铰链与运动平台相连，运动支链下端通过胡克铰与固定平台相连，绳驱动直线关节安装在球铰链与胡克铰之间（见图1和图4），绳驱动直线关节由电机和减速机通过绳轮6带动两条驱动绳7、8进行驱动，绳驱动直线关节包括套装在一起并可伸缩的空心外套杆12和内部的伸缩杆13，伸缩杆的下端经过空心外套杆底部的介轮与一根驱动绳连接，另一驱动绳由空心外套杆上端的介轮11折返向下并与伸缩杆的下端连接，两根驱动绳的另一端均与绳轮固定并反向缠绕（见图3）。
电机和减速机通过正反转从而拽动（松放)第一驱动绳（或第二驱动绳），松放（拽动）第一驱动绳（或第二驱动绳）以此实现运动支链的伸长与缩短。
当同时驱动所有6个支链的电机进行正转或者反转时，相应的支链会伸长或者缩短，从而带动运动平台达到不同的位置，实现不同的姿态。尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (2)
1.一种含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，其特征在于该机构由固定平台、运动平台和联接上述两平台的六条结构形式完全相同的支链组成；其中每条支链由固定平台到运动平台均由电机和减速器、胡克铰、绳驱动直线关节和球铰链组成；其中，
所述的电机和减速器安装在与固定平台固联的电机座上，运动支链上端通过球铰链与运动平台相连，运动支链下端通过胡克铰与固定平台相连，绳驱动直线关节安装在球铰链与胡克铰之间。
2.根据权利要求1所述的含绳驱动直线关节的六自由度并联机构，其特征在于：所述的绳驱动直线关节由电机和减速机通过绳轮带动两条驱动绳进行驱动，绳驱动直线关节包括套装在一起并可伸缩的空心外套杆和内部的伸缩杆，伸缩杆的下端经过空心外套杆底部的介轮与一根驱动绳连接，另一驱动绳由空心外套杆上端的介轮折返向下并与伸缩杆的下端连接，两根驱动绳的另一端均与绳轮固定并反向缠绕。
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