一種上支撐式空間四索超跨度機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬機械技術領域，特別涉及一種上支撐式空間四索超跨度機器人。
【背景技術】
[0002]索并聯(lián)機構由繩索代替剛性構件驅(qū)動動平臺運動，使其具有一定的柔性，具有高速運動和結構重量輕等特點，同時由于繩索理論上可以無限纏繞在卷筒上，使得索并聯(lián)機構工作空間很大?，F(xiàn)在航空航天、醫(yī)療康復和風洞實驗等領域具有廣闊的應用前景。
[0003]但現(xiàn)有的索并聯(lián)機構終端動平臺的運動仍然受限于出索支撐點所形成的空間范圍內(nèi)，即作業(yè)空間位于出索支撐點連線范圍內(nèi)，出索支撐機構占用的體積大于終端的作業(yè)空間范圍。若能實現(xiàn)終端運動范圍大于出索支撐點的連線范圍，獲得更大的作業(yè)空間，其潛在的工程應用價值將更高，應用領域也將更為廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，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器人，為空間冗余驅(qū)動懸掛式1-4索并聯(lián)裝置，通過規(guī)劃運動軌跡，可使末端執(zhí)行器的作業(yè)空間超出索支撐點，從而實現(xiàn)大范圍超跨度的運動。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]—種上支撐式空間四索超跨度機器人，由支撐框架1、出索機構、運動機構和末端執(zhí)行器構成:
[0007]所述支撐框架1懸掛在天車上，為四邊形結構；
[0008]所述出索機構由四個出索單元組成，每個出索單元由電機4、聯(lián)軸器8、減速箱9和卷筒10組成，其中電機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]所述運動機構由分別布置在支撐框架1四個角下方的四個運動單元組成，每個運動單元由出索滑輪5、張緊滑輪3和繩索6構成，其中繩索6的一端纏繞在一個出索單元的卷筒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實現(xiàn)對繩索運動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的運動。
[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，為矩形結構。
[0012]所述出索單元分別布置在支撐框架1四個角下方，每個出索單元位于一個機箱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構的內(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4運轉時，通過聯(lián)軸器8和減速箱9，將運動傳遞至卷筒10，從而控制繩索6的運動。末端執(zhí)行器7的作業(yè)空間可以超出支撐框架1范圍，實現(xiàn)大范圍超跨度的運動。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016](1)終端質(zhì)量點具有三個平動自由度，經(jīng)過對其運動軌跡進行規(guī)劃，可以實現(xiàn)機構大范圍超跨度的運動，解決了現(xiàn)有索并聯(lián)機器人作業(yè)空間范圍無法超出支撐框架范圍的難題。
[0017](2)該機器人的支撐結構處于工作空間上方。使用時整體懸掛于天車上，可避免末端執(zhí)行器超跨度運動時產(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器人。
[0019]圖2為本發(fā)明出索機構示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明機器人超跨度直線運動示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明機器人超跨度水平圓周運動示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明機器人超跨度豎直圓周運動示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0024]本發(fā)明上支撐式空間四索超跨度機器人如圖1所示，由支撐框架1、出索機構、運動機構和末端執(zhí)行器構成。
[0025]支撐框架1由鋁合金材料制成，工作時懸掛在天車上，為四邊形結構；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構的內(nèi)部。
[0026]如圖2，出索機構由四個出索單元組成，每個出索單元由電機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1四個角下方，每個出索單元位于一個機箱2中，其中電機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]運動機構由分別布置在支撐框架1四個角下方的四個運動單元組成，每個運動單元由出索滑輪5、張緊滑輪3和繩索6構成，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實現(xiàn)對繩索運動方向的改變以及張緊，由四根繩索6控制末端執(zhí)行器7的運動。
[0028]繩索6的伸縮和拉力通過出索機構進行控制，當電機4運轉時，減速箱9將轉速降低，轉矩放大，將運動傳遞至卷筒10處。卷筒10控制繩索6的伸縮和受力。
[0029]圖3為該機器人超跨度直線運動示意圖。末端執(zhí)行器7具有三個平動自由度，經(jīng)過對其運動軌跡進行規(guī)劃，可實現(xiàn)機構大范圍超跨度的運動。圖中粗雙點劃線繪制了末端執(zhí)行器的直線運動軌跡，細雙點劃線表示運動軌跡所在平面的索支撐范圍，I位置超出了索支撐點。
[0030]圖4為該機器人超跨度水平圓周運動示意圖。圖中粗雙點劃線繪制了末端執(zhí)行器7的水平圓周運動軌跡，細雙點劃線表示運動軌跡所在平面的索支撐范圍，軌跡均超出了索支撐點。
[0031]圖5為該機器人超跨度豎直圓周運動示意圖。圖中粗雙點劃線繪制了末端執(zhí)行器7的豎直圓周運動軌跡，細雙點劃線表示運動軌跡所在平面的索支撐范圍，I位置超出了索支撐點。
【主權項】
1.一種上支撐式空間四索超跨度機器人，由支撐框架(1)、出索機構、運動機構和末端執(zhí)行器構成，其特征在于: 所述支撐框架(1)懸掛在天車上，為四邊形結構； 所述出索機構由四個出索單元組成，每個出索單元由電機(4)、聯(lián)軸器(8)、減速箱(9)和卷筒(10)組成，其中電機(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); 所述運動機構由分別布置在支撐框架(1)四個角下方的四個運動單元組成，每個運動單元由出索滑輪(5)、張緊滑輪(3)和繩索(6)構成，其中繩索(6)的一端纏繞在一個出索單元的卷筒(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)實現(xiàn)對繩索運動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)的運動。2.根據(jù)權利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機器人，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)權利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機器人，其特征在于，所述支撐框架(1)由鋁合金材料制成，為矩形結構。4.根據(jù)權利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機器人，其特征在于，所述出索單元分別布置在支撐框架(1)四個角下方，每個出索單元位于一個機箱(2)中。5.根據(jù)權利要求1所述上支撐式空間四索超跨度機器人，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構的內(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器人，包括機械支撐框架、出索機構、運動機構和末端執(zhí)行器，為懸掛式1-4索并聯(lián)機器人，索支撐結構處于工作空間上方，使用時整體懸掛于天車上，可避免末端執(zhí)行器超跨度運動時產(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，該裝置通過電機驅(qū)動繩索，使末端執(zhí)行器具有三個平動自由度，并可實現(xiàn)機構大范圍超跨度的運動，節(jié)約了制造成本，解決了現(xiàn)有索并聯(lián)機器人作業(yè)空間范圍無法超出支撐框架范圍的難題，在物料搬運，機構噴涂等領域有著廣泛的應用前景。
【IPC分類】B25J9/00, B25J9/10
【公開號】CN105364911
【申請?zhí)枴緾N201510818727
【發(fā)明人】唐曉強, 邵珠峰, 田斯慧, 汪勁松, 劉辛軍, 李煜琦, 祝玉蘭, 季益中, 項程遠, 劉振輝
【申請人】清華大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月23日