一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置

摘要

本发明公开了一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，涉及拉力测试技术领域，包括由驱动电机同步驱动的卷筒和同步螺杆，同步滑块螺纹配合连接于同步螺杆上，卷筒滑块套设于卷筒外部，与同步滑块连接固定，其顶部通过卷筒滑块导引滑轮底座转动安装有用于张紧驱动绳的卷筒导引滑轮。本发明通过设置主动同步轮、同步带和从动同步轮将卷筒的转动运动同步传递至同步螺杆，使同步滑块在卷筒收绳或放绳的过程中跟随卷筒的转动驱动卷筒滑块沿卷筒轴线平移，控制驱动绳于卷筒上的收放位置，实现了驱动绳于卷筒上的按位顺序收放，避免驱动绳的不同部分在收放过程中互相干扰，提高了驱动绳收放控制的精度及驱动绳收放动作的稳定性。

权利要求

1.一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，两个卷筒支座(3‑1)对立安装于固定梁(8)上，卷筒(4‑4)设于两个所述卷筒支座(3‑1)之间，并通过卷筒转轴转动安装于所述卷筒支座(3‑1)上，所述固定梁(8)上还安装有驱动电机(1)，所述卷筒转轴的前端与所述驱动电机(1)的输出端轴联，其特征在于：所述卷筒转轴的末端连接固定有主动同步轮(6‑1)；两个同步螺杆支座(2‑1)对立设置，并分别连接固定至两个所述卷筒支座(3‑1)的侧面，同步螺杆(2‑4)设于两个所述同步螺杆支座(2‑1)，其两端分别与两个所述同步螺杆支座(2‑1)转动连接，同步滑块(2‑2)螺纹配合连接于所述同步螺杆(2‑4)上；所述同步螺杆(2‑4)的末端连接固定有从动同步轮(6‑3)，同步带(6‑2)配合张紧设于所述主动同步轮(6‑1)和所述从动同步轮(6‑3)上；

卷筒滑块(4‑1)套设于所述卷筒(4‑4)外部，且与所述卷筒(4‑4)之间留设间隙，所述卷筒滑块(4‑1)与所述同步滑块(2‑2)连接固定，其顶部通过卷筒滑块导引滑轮底座(4‑2)转动安装有卷筒导引滑轮(4‑3)；导引滑轮(5‑3)位于所述卷筒转轴末端的上方，转动安装于导引滑轮支架(5‑2)上，所述导引滑轮支架(5‑2)与所述卷筒支座(3‑1)上安装的导引底座(5‑1)连接固定；

测量装置底座(7‑1)安装固定于所述固定梁(8)上，测量导引滑轮支架(7‑6)呈悬吊结构连接于所述测量装置底座(7‑1)上，其与所述测量装置底座(7‑1)连接处设有拉力传感器(7‑7)，测量引导滑轮(7‑3)转动安装于所述测量导引滑轮支架(7‑6)上，各转向引导滑轮(7‑4)分别转动安装于对应的转向导引滑轮支架(7‑6)上，各所述转向导引滑轮支架(7‑6)以所述测量装置底座(7‑1)为承力结构安装固定；

驱动绳前端连接固定至所述卷筒(4‑4)的前端，所述驱动绳依次于所述卷筒导引滑轮(4‑3)、所述导引滑轮(5‑3)上张紧绕设，以及按各所述转向引导滑轮(7‑4)和所述测量引导滑轮(7‑3)设置的位置于各所述转向引导滑轮(7‑4)和所述测量引导滑轮(7‑3)张紧绕设，其末端与末端执行器连接固定；所述驱动绳与所述测量引导滑轮(7‑3)的两条切线均沿所述拉力传感器(7‑7)测量的标准方向。

2.根据权利要求1所述的一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，其特征在于：所述测量装置底座(7‑1)还安装固定有末端万向导引底座(7‑8)，末端万向导引滑轮(7‑9)安装于所述末端万向导引底座(7‑8)上，所述驱动绳张紧绕设经过各所述转向引导滑轮(7‑4)和所述测量引导滑轮(7‑3)后，张紧绕设经过所述末端万向导引滑轮(7‑9)。

3.根据权利要求2所述的一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，其特征在于：所述转向引导滑轮(7‑4)的数量为两个，两个所述转向引导滑轮(7‑4)对称设于所述测量引导滑轮(7‑3)两侧下方，所述驱动绳依次由第一个所述转向引导滑轮(7‑4)的底部、所述测量引导滑轮(7‑3)的顶部以及第二个所述转向引导滑轮(7‑4)的底部张紧绕设。

4.根据权利要求2所述的一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，其特征在于：所述转向引导滑轮(7‑4)的数量为一个，所述转向引导滑轮(7‑4)设于所述测量引导滑轮(7‑3)一侧上方，所述驱动绳依次由所述测量引导滑轮(7‑3)的底部和所述转向引导滑轮(7‑4)的顶部张紧绕设。

5.根据权利要求3或4所述的一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，其特征在于：所述导引滑轮(5‑3)和所述末端万向导引滑轮(7‑9)为万向导引滑轮。

说明书

一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及拉力测试技术领域，具体涉及一种用于进行绳驱动并联机器人实时拉力测量的装置。

背景技术

[0002] 绳驱动并联机器人是由弹性绳代替刚性连杆驱动的一种特殊类型并联机器人。绳驱动并联机器人末端执行器的运动由每根绳的长度和拉力控制，每根绳由各自的绞车系统
驱动，绞车电机产生的拉力通过滑轮引导的弹性绳传递到末端执行器。为了实现并联机器
人的精确力控，需要精确测量并联机器人中每根绳的拉力，绞车电机本身不具备拉力测量
模块，目前一般通过在绞车电机与绳驱动并联机器人末端执行器之间的绳子中间安装拉力
传感器来实现每根绳拉力的测量。此种测量方式拉力传感器的安装繁琐，且容易造成绳索
之间的磨损和损坏，还存在拉力传感器的重量严重影响末端执行器的动力学参数的问题。

[0003] 通过现有技术检索，存在以下已知的技术方案：

[0004] 现有技术1：

[0005] 申请号：201410146203.1，申请日：2014.04.11，公开(公告)日：2014.07.16，一种具有张紧力测量功能的高精度卷索装置，包括平行固定于底板上的直线导轨和双向丝杠，
位于直线导轨上的滑块上安装有支架，支架上固定有滚筒，滚筒的一端通过联轴器依次连
接减速器和驱动电机，另一端通过同步带轮和同步带连接丝杠螺母，丝杠螺母通过滚动轴
承与连接块相连，连接块与滑块固联，绳索依次绕过设置在底板底面上的第一导向轮和底
板顶面上的第二导向轮，其中第一导向轮通过拉压力传感器设置在底板上，本发明通过协
同卷筒的转动和平移运动，保证卷筒出索位置和姿态相对底板基本恒定，从而有效提高的
绳索的控制精度，同时，可以实时测量绳索的张紧力，避免绳索的虚牵和过载断裂。

[0006] 但该现有技术由设置在滑台上的驱动装置和固定在平台上的测量装置组成，其测量装置结构复杂，并且需要通过另外一台电机来控制移动卷筒，造价成本更高；其自身不具
有绳索导引功能，需要依赖于其他导引装置来引导绳索牵引方向。

[0007] 现有技术2：

[0008] 申请号：201110026500.9，申请日：2011.01.25，公开(公告)日：2011.07.06，一种能实现快速重构的绳驱动并联机器人，它是由机器人本体机架(1)、驱动模块(2)、柔绳(3)、
动平台(4)、换向装置(5)和输出装置(6)组成；驱动模块(2)通过其驱动模块底板(14)固定
在本体机架(1)的下端；换向装置(5)通过其换向装置底板(24)固定在本体机架(1)的下端；
输出装置(6)通过其输出模块底板(32)固定在本体机架(1)上；动平台(4)通过柔绳(3)、换
向装置(5)、输出装置(6)和驱动模块(2)的绕线轮(11)连接；本发明中将驱动模块和绳索与
静平台的连接点分离，机器人能够根据任务需求快速地进行构型重构，具有良好的适应性。
它在机器人技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

[0009] 但该现有技术有多组驱动模块、换向装置和输出装置组成，但是由于没有实时测量拉力，所以控制精度低，同时结构复杂。

[0010] 现有技术3：

[0011] 申请号：201710254027.7，申请日：2017.04.18，公开(公告)日：2017.07.28，本发明公开了一种高精度绳索驱动装置，其特征包括：一对主体支架、一对支撑杆、绳索、绳索导
引机构、万向导出机构、实时拉力测量机构和伺服驱动装置；在驱动过程中通过绳索导引机
构保证绳索在刻槽卷筒上顺序缠绕或者释放，同时检测绳索上拉力，精确控制输出绳索拉
力，并通过万向导出装置将绳索引导到目标工作位置。本发明的高精度绳索驱动装置能提
高驱动绳索的位置控制精度和拉力控制精度；通过万向导出装置，减少其他附属引导设备，
并提高装置的适用性和经济效益。

[0012] 但该现有技术的拉力测量装置测量得到的数据需要后期进行标定，同时测量方案与拉力传感器测量原理有冲突，测量数据不准确。

[0013] 通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上现有技术的相互组合没有破坏本发明的创造性。

发明内容

[0014] 本发明正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置。

[0015] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，两个卷筒支座对立安装于固定梁上，卷筒设于两个所述卷筒支座之间，并通过卷筒转
轴转动安装于所述卷筒支座上，所述固定梁上还安装有驱动电机，所述卷筒转轴的前端与
所述驱动电机的输出端轴联，所述卷筒转轴的末端连接固定有主动同步轮；两个同步螺杆
支座对立设置，并分别连接固定至两个所述卷筒支座的侧面，同步螺杆设于两个所述同步
螺杆支座，其两端分别与两个所述同步螺杆支座转动连接，同步滑块螺纹配合连接于所述
同步螺杆上；所述同步螺杆的末端连接固定有从动同步轮，同步带配合张紧设于所述主动
同步轮和所述从动同步轮上；

[0016] 卷筒滑块套设于所述卷筒外部，且与所述卷筒之间留设间隙，所述卷筒滑块与所述同步滑块连接固定，其顶部通过卷筒滑块导引滑轮底座转动安装有卷筒导引滑轮；导引
滑轮位于所述卷筒转轴末端的上方，转动安装于导引滑轮支架上，所述导引滑轮支架与所
述卷筒支座上安装的导引底座连接固定；

[0017] 测量装置底座安装固定于所述固定梁上，测量导引滑轮支架呈悬吊结构连接于所述测量装置底座上，其与所述测量装置底座连接处设有拉力传感器，测量引导滑轮转动安
装于所述测量导引滑轮支架上，各转向引导滑轮分别转动安装于对应的转向导引滑轮支架
上，各所述转向导引滑轮支架以所述测量装置底座为承力结构安装固定；

[0018] 驱动绳前端连接固定至所述卷筒的前端，所述驱动绳依次于所述卷筒导引滑轮、所述导引滑轮上张紧绕设，以及按各所述转向引导滑轮和所述测量引导滑轮设置的位置于
各所述转向引导滑轮和所述测量引导滑轮张紧绕设，其末端与末端执行器连接固定；所述
驱动绳与所述测量引导滑轮的两条切线均沿所述拉力传感器测量的标准方向。

[0019] 进一步的，所述测量装置底座还安装固定有末端万向导引底座，末端万向导引滑轮安装于所述末端万向导引底座上，所述驱动绳张紧绕设经过各所述转向引导滑轮和所述
测量引导滑轮后，张紧绕设经过所述末端万向导引滑轮。

[0020] 进一步的，所述转向引导滑轮的数量为两个，两个所述转向引导滑轮对称设于所述测量引导滑轮两侧下方，所述驱动绳依次由第一个所述转向引导滑轮的底部、所述测量
引导滑轮的顶部以及第二个所述转向引导滑轮的底部张紧绕设。

[0021] 进一步的，所述转向引导滑轮的数量为一个，所述转向引导滑轮设于所述测量引导滑轮一侧上方，所述驱动绳依次由所述测量引导滑轮的底部和所述转向引导滑轮的顶部
张紧绕设。

[0022] 进一步的，所述导引滑轮和所述末端万向导引滑轮为万向导引滑轮。

[0023] 本发明提供了一种绳驱动并联机器人实时拉力测试装置，具有以下有益效果：

[0024] 1、本发明通过设置主动同步轮、同步带和从动同步轮将卷筒的转动运动同步传递至同步螺杆，使同步滑块在卷筒收绳或放绳的过程中跟随卷筒的转动驱动卷筒滑块沿卷筒
轴线平移，控制驱动绳于卷筒上的收放位置，实现了驱动绳于卷筒上的按位顺序收放，避免
驱动绳的不同部分在收放过程中互相干扰，提高了驱动绳收放控制的精度及驱动绳收放动
作的稳定性；

[0025] 2、本发明采用万向导引滑轮，与传统的导引孔相比，大大降低了驱动绳与导向结构之间的摩擦力，使拉力传感器能更为准确地获取驱动绳的实时拉力，进而实现并联机器
人的精确力控；

[0026] 3、本发明结构简单、使用便捷、安装容易，具有良好的实用性。

附图说明

[0027] 图1为本发明的结构示意图；

[0028] 图2为本发明第一种结构转向引导滑轮和测量引导滑轮设置位置及驱动绳绕设状态的示意图；

[0029] 图3为本发明第一种结构转向引导滑轮和测量引导滑轮设置位置及驱动绳绕设状态的原理图；

[0030] 图4为本发明第二种结构转向引导滑轮和测量引导滑轮设置位置及驱动绳绕设状态的示意图。

[0031] 图中：

[0032] 1、驱动电机；2‑1、同步螺杆支座，2‑2、同步滑块，2‑4、同步螺杆；3‑1、卷筒支座，4‑1、卷筒滑块，4‑2、卷筒滑块导引滑轮底座，4‑3、卷筒导引滑轮，4‑4、卷筒；5‑1、导引底座，5‑
2、导引滑轮支架，5‑3、导引滑轮；6‑1、主动同步轮，6‑2、同步带，6‑3、从动同步轮；7‑1、测量
装置底座，7‑3、测量引导滑轮，7‑4、转向引导滑轮，7‑6、转向导引滑轮支架，7‑7、拉力传感
器，7‑8、末端万向导引底座，7‑9、末端万向导引滑轮，7‑10、测量导引滑轮支架；8、固定梁。

具体实施方式

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 如图1～图4所示，其结构关系为：两个卷筒支座3‑1对立安装于固定梁8上，卷筒4‑4设于两个卷筒支座3‑1之间，并通过卷筒转轴转动安装于卷筒支座3‑1上，固定梁8上还安
装有驱动电机1，卷筒转轴的前端与驱动电机1的输出端轴联，卷筒转轴的末端连接固定有
主动同步轮6‑1；两个同步螺杆支座2‑1对立设置，并分别连接固定至两个卷筒支座3‑1的侧
面，同步螺杆2‑4设于两个同步螺杆支座2‑1，其两端分别与两个同步螺杆支座2‑1转动连
接，同步滑块2‑2螺纹配合连接于同步螺杆2‑4上；同步螺杆2‑4的末端连接固定有从动同步
轮6‑3，同步带6‑2配合张紧设于主动同步轮6‑1和从动同步轮6‑3上；

[0035] 卷筒滑块4‑1套设于卷筒4‑4外部，且与卷筒4‑4之间留设间隙，卷筒滑块4‑1与同步滑块2‑2连接固定，其顶部通过卷筒滑块导引滑轮底座4‑2转动安装有卷筒导引滑轮4‑3；
导引滑轮5‑3位于卷筒转轴末端的上方，转动安装于导引滑轮支架5‑2上，导引滑轮支架5‑2
与卷筒支座3‑1上安装的导引底座5‑1连接固定；

[0036] 测量装置底座7‑1安装固定于固定梁8上，测量导引滑轮支架7‑6呈悬吊结构连接于测量装置底座7‑1上，其与测量装置底座7‑1连接处设有拉力传感器7‑7，测量引导滑轮7‑
3转动安装于测量导引滑轮支架7‑6上，各转向引导滑轮7‑4分别转动安装于对应的转向导
引滑轮支架7‑6上，各转向导引滑轮支架7‑6以测量装置底座7‑1为承力结构安装固定；

[0037] 驱动绳前端连接固定至卷筒4‑4的前端，驱动绳依次于卷筒导引滑轮4‑3、导引滑轮5‑3上张紧绕设，以及按各转向引导滑轮7‑4和测量引导滑轮7‑3设置的位置于各转向引
导滑轮7‑4和测量引导滑轮7‑3张紧绕设，其末端与末端执行器连接固定；驱动绳与测量引
导滑轮7‑3的两条切线均沿拉力传感器7‑7测量的标准方向；

[0038] 此时，压力传感器7‑7测得的压力是驱动绳拉力的两倍。

[0039] 优选的，测量装置底座7‑1还安装固定有末端万向导引底座7‑8，末端万向导引滑轮7‑9安装于末端万向导引底座7‑8上，驱动绳张紧绕设经过各转向引导滑轮7‑4和测量引
导滑轮7‑3后，张紧绕设经过末端万向导引滑轮7‑9。

[0040] 优选的，转向引导滑轮7‑4的数量为两个，两个转向引导滑轮7‑4对称设于测量引导滑轮7‑3两侧下方，驱动绳依次由第一个转向引导滑轮7‑4的底部、测量引导滑轮7‑3的顶
部以及第二个转向引导滑轮7‑4的底部张紧绕设。

[0041] 优选的，转向引导滑轮7‑4的数量为一个，转向引导滑轮7‑4设于测量引导滑轮7‑3一侧上方，驱动绳依次由测量引导滑轮7‑3的底部和转向引导滑轮7‑4的顶部张紧绕设。

[0042] 优选的，导引滑轮5‑3和末端万向导引滑轮7‑9为万向导引滑轮。

[0043] 具体使用时，驱动电机1驱动卷筒4‑4正向或反向转动，进行放绳或收绳动作；该过程中，拉力传感器7‑7实时获取驱动绳的拉力，向机器人的控制模块反馈，以配合控制模块
实现并联机器人的精确力控。

[0044] 驱动电机1驱动卷筒4‑4转动的过程中，动力同时依次经主动同步轮6‑1、同步带6‑2和从动同步轮6‑3传递至同步螺杆2‑4，驱动同步滑块2‑2沿卷筒4‑4轴向正向或反向平移，
以控制驱动绳于卷筒4‑4上的放线或收线位置，实现驱动绳于卷筒上的按位顺序收放，避免
驱动绳的不同部分在收放过程中互相干扰，提高了驱动绳收放控制的精度及驱动绳收放动
作的稳定性。

[0045] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在
包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0046] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。