一种上支撑式空间四索超跨度机器人

摘要

一种上支撑式空间四索超跨度机器人，包括机械支撑框架、出索机构、运动机构和末端执行器，为悬挂式1-4索并联机器人，索支撑结构处于工作空间上方，使用时整体悬挂于天车上，可避免末端执行器超跨度运动时产生干涉，四根绳索一端连接末端执行器，另一端经过滑轮连接在卷筒上，该装置通过电机驱动绳索，使末端执行器具有三个平动自由度，并可实现机构大范围超跨度的运动，节约了制造成本，解决了现有索并联机器人作业空间范围无法超出支撑框架范围的难题，在物料搬运，机构喷涂等领域有着广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属机械技术领域，特别涉及一种上支撑式空间四索超跨度机器人。

背景技术

索并联机构由绳索代替刚性构件驱动动平台运动，使其具有一定的柔性， 具有高速运动和结构重量轻等特点，同时由于绳索理论上可以无限缠绕在卷 筒上，使得索并联机构工作空间很大。现在航空航天、医疗康复和风洞实验 等领域具有广阔的应用前景。

但现有的索并联机构终端动平台的运动仍然受限于出索支撑点所形成的 空间范围内，即作业空间位于出索支撑点连线范围内，出索支撑机构占用的 体积大于终端的作业空间范围。若能实现终端运动范围大于出索支撑点的连 线范围，获得更大的作业空间，其潜在的工程应用价值将更高，应用领域也 将更为广阔。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种上支撑式空 间四索超跨度机器人，为空间冗余驱动悬挂式1-4索并联装置，通过规划运 动轨迹，可使末端执行器的作业空间超出索支撑点，从而实现大范围超跨度 的运动。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种上支撑式空间四索超跨度机器人，由支撑框架1、出索机构、运动 机构和末端执行器构成：

所述支撑框架1悬挂在天车上，为四边形结构；

所述出索机构由四个出索单元组成，每个出索单元由电机4、联轴器8、 减速箱9和卷筒10组成，其中电机4的输出依次连接其所在单元的联轴器8、 减速箱9和卷筒10；

所述运动机构由分别布置在支撑框架1四个角下方的四个运动单元组 成，每个运动单元由出索滑轮5、张紧滑轮3和绳索6构成，其中绳索6的 一端缠绕在一个出索单元的卷筒10上，然后依次穿过其所在单元的出索滑轮 5和张紧滑轮3后，另一端连接在末端执行器7上，由出索滑轮5和张紧滑 轮3实现对绳索运动方向的改变以及张紧，由所述四根绳索6控制末端执行 器7的运动。

所述出索滑轮5和张紧滑轮3均为定滑轮。

所述支撑框架1由铝合金材料制成，为矩形结构。

所述出索单元分别布置在支撑框架1四个角下方，每个出索单元位于一 个机箱2中。

所述支撑框架1的相邻边之间连接有斜支撑，斜支撑位于四边形结构的 内部，张紧滑轮3安装在该斜支撑的中部。

本发明将绳索6缠绕在卷筒10上，经出索滑轮5、张紧滑轮3后连接末 端执行器7。电机4运转时，通过联轴器8和减速箱9，将运动传递至卷筒 10，从而控制绳索6的运动。末端执行器7的作业空间可以超出支撑框架1 范围，实现大范围超跨度的运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)终端质量点具有三个平动自由度，经过对其运动轨迹进行规划，可 以实现机构大范围超跨度的运动，解决了现有索并联机器人作业空间范围无 法超出支撑框架范围的难题。

(2)该机器人的支撑结构处于工作空间上方。使用时整体悬挂于天车上， 可避免末端执行器超跨度运动时产生干涉。

附图说明

图1为本发明上支撑式空间四索超跨度机器人。

图2为本发明出索机构示意图。

图3为本发明机器人超跨度直线运动示意图。

图4为本发明机器人超跨度水平圆周运动示意图。

图5为本发明机器人超跨度竖直圆周运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明上支撑式空间四索超跨度机器人如图1所示，由支撑框架1、出 索机构、运动机构和末端执行器构成。

支撑框架1由铝合金材料制成，工作时悬挂在天车上，为四边形结构； 支撑框架1的相邻边之间连接有水平的斜支撑，斜支撑位于四边形结构的内 部。

如图2，出索机构由四个出索单元组成，每个出索单元由电机4、联轴器 8、减速箱9和卷筒10组成，出索单元分别布置在支撑框架1四个角下方， 每个出索单元位于一个机箱2中，其中电机4的输出依次连接其所在单元的 联轴器8、减速箱9和卷筒10。

运动机构由分别布置在支撑框架1四个角下方的四个运动单元组成，每 个运动单元由出索滑轮5、张紧滑轮3和绳索6构成，出索滑轮5和张紧滑 轮3均为定滑轮，张紧滑轮3安装在该斜支撑的中部。其中绳索6的一端缠 绕在一个出索单元的卷筒10上，然后依次穿过其所在单元的出索滑轮5和张 紧滑轮3后，另一端连接在末端执行器7上，由出索滑轮5和张紧滑轮3实 现对绳索运动方向的改变以及张紧，由四根绳索6控制末端执行器7的运动。

绳索6的伸缩和拉力通过出索机构进行控制，当电机4运转时，减速箱 9将转速降低，转矩放大，将运动传递至卷筒10处。卷筒10控制绳索6的 伸缩和受力。

图3为该机器人超跨度直线运动示意图。末端执行器7具有三个平动自 由度，经过对其运动轨迹进行规划，可实现机构大范围超跨度的运动。图中 粗双点划线绘制了末端执行器的直线运动轨迹，细双点划线表示运动轨迹所 在平面的索支撑范围，Ⅰ位置超出了索支撑点。

图4为该机器人超跨度水平圆周运动示意图。图中粗双点划线绘制了末 端执行器7的水平圆周运动轨迹，细双点划线表示运动轨迹所在平面的索支 撑范围，轨迹均超出了索支撑点。

图5为该机器人超跨度竖直圆周运动示意图。图中粗双点划线绘制了末 端执行器7的竖直圆周运动轨迹，细双点划线表示运动轨迹所在平面的索支 撑范围，Ⅰ位置超出了索支撑点。