一种空间三自由度柔索并联搬运机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，包括支撑架，支撑架的下方设多套均布在支撑架的棱边下方、与支撑架固定且同步驱动的第一动力装置，第一动力装置上连接传动装置，支撑架的棱边下部设第一滑轮支架，第一滑轮支架上设柔索张紧滑轮组，支撑架的棱边顶端设第二滑轮支架，第二滑轮支架上设柔索导向滑轮组，柔索经柔索张紧滑轮组、柔索导向滑轮组后分别与载物平台的顶端固定，载物平台的底端固定柔索的一端，柔索另一端穿过支撑架底盘上的导向孔后与第二传动装置连接，第二传动装置与第一传动装置结构相同，第二传动装置与第二动力装置连接；本发明专利技术结构简单、工作空间大、易于拆装和重组、运动速度快、负载能力强，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种空间三自由度柔索并联搬运机器人及其控制方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种空间三自由度柔索并联搬运机器人及其控制方法。
技术介绍
搬运机器人是应用于加工生产线、机械制造、包装码垛等多个行业实现自动化搬运作业的机器人。近年来受世界经济快速增长的影响，被搬运物料朝着重载大型化发展，搬运环境日趋复杂，因此，对搬运机器人的要求也越来越高。但是，目前的搬运机器人多以工业机器人为主，构型简单，性能上受到很大的限制，单纯的提高材料性能、增大搬运重量或者改进控制系统性能不可避免的提高了搬运机器人的成本和维护费用，降低了机器人的机动性能，且在很多特殊工况下，仍然很难较好地完成搬运任务。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种空间三自由度柔索并联搬运机器人及其控制方法，针对现有技术的不足，用绳索替代刚性连杆作为驱动元件的并联机构，具有结构简单、工作空间大、易于拆装和重组、运动速度快以及负载能力强等特点，利用柔索并联机构实现大跨度、高负载搬运的机器人具有极高的推广价值。本专利技术的技术方案是：一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，包括支撑架，所述支撑架的下方设置有多套同步驱动的第一动力装置，所述第一动力装置均布在支撑架的棱边下方且与支撑架固定，所述第一动力装置上连接有传动装置，所述第一传动装置包括通过联轴器与第一动力装置连接的减速器，所述减速器与卷筒连接，所述卷筒上设置有柔索；所述支撑架的棱边下部设置有第一滑轮支架，所述第一滑轮支架上设置有柔索张紧滑轮组，所述支撑架的棱边顶端设置有第二滑轮支架，所述第二滑轮支架上设置有柔索导向滑轮组，所述柔索经柔索张紧滑轮组、柔索导向滑轮组后分别与载物平台的顶端固定，所述载物平台的底端固定柔索的一端，柔索的另一端穿过支撑架的底盘上开设的导向孔后与第二传动装置连接，所述第二传动装置与第一传动装置结构相同，所述第二传动装置与第二动力装置连接；所述第二动力装置、第一动力装置分别和控制装置连接。优选的，所述控制装置包括主控主机、测量主机、无线通信单元、感知单元和多个用于将主控主机的控制指令转换成电机驱动信号的电机驱动单元，所述电机驱动单元与主控主机电连接，所述主控主机通过无线通信单元与测量主机信号连接，所述测量主机与感知单元电连接，用于接收经采样、放大、滤波处理后的电信号，并进行数据的分析和记录。优选的，所述感知单元包括光电编码器、拉绳位移传感器、三轴加速度传感器、力传感器、称重传感器和接近传感器；所述光电编码器分别对应的安装在第一动力装置和第二动力装置上；所述拉绳位移传感器分别对应的安装在柔索与卷筒的连接处；所述力传感器分别安装在柔索与柔索导向滑轮组的连接处；所述三轴加速度传感器和称重传感器均安装在载物平台的顶端；所述接近传感器安装在载物平台的底端。优选的，所述柔索有四根。优选的，所述主控主机和测量主机采用的控制芯片型号均为STM32F103ZET6。优选的，所述第一动力装置、第二动力装置是直流伺服电机。一种空间三自由度柔索并联搬运机器人的控制方法，包括以下步骤：步骤一、启动主控主机和测量主机，实现第一动力装置和第二动力装置的上电初始化，确保其回到零点位置；步骤二、启动感知单元，对所有传感器进行通电测试，检测其工作是否正常，如果检测到工作故障，断电排除故障后重新启动感知单元；步骤三、空间三自由度柔索并联搬运机器人根据工作任务进行搬运物体作业，感知单元检测作业情况，并将检测到的测量数据进行采样、放大、滤波处理后发送给测量主机；步骤四、测量主机实时处理接收到的测量数据，并将处理后的测量数据通过无线通信单元发送给主控主机，同步实时显示采集到的数据；步骤五、主控主机对接收到的信息进行分析处理，完成机器人的运动学和动力学计算及运动控制系统解算，获得控制指令，并将控制指令依次发送给各个电机驱动单元；步骤六、电机驱动单元将接收到的控制指令转换成电机驱动信号，发送给第一动力装置和第二动力装置中的直流伺服电机，用以实时控制四根柔索进行收绳与放绳动作，进而实现空间三自由度柔索并联搬运机器人的高精度运动。与现有技术相比，本专利技术提供的一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，将柔索并联机构引入到搬运机器人中，弥补了传统搬运机器人承载能力低、定位精度差等问题，兼具了柔索并联机构结构简单、工作空间大、易于拆装和重组、运动速度快以及负载能力强等优点，能够安全快速的完成大跨度、高负载的重物料搬运，实用性好，值得推广。附图说明图1为本专利技术的空间三自由度柔索并联搬运机器人三维立体示意图；图2为本专利技术的空间三自由度柔索并联搬运机器人俯视图；图3为本专利技术的空间三自由度柔索并联搬运机器人控制装置示意框图；图4为本专利技术的空间三自由度柔索并联搬运机器人控制方法流程图。附图标记：1、卷筒；2、减速器；3、联轴器；4、直流伺服电机；5、柔索；6、柔索导向滑轮组；7、柔索张紧滑轮组；8-1、第二滑轮支架；8-2、第一滑轮支架；9、支撑架；10、支撑横梁；11、底盘；12、载物平台；13、导向孔；14、光电编码器；15、拉绳位移传感器；16、三轴加速度传感器；17、力传感器；18称重传感器；19、接近传感器。具体实施方式本专利技术提供了一种空间三自由度柔索并联搬运机器人及其控制方法，下面结合图1到图4的结构示意图，对本专利技术进行说明。如图1所示，本专利技术提供的一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，包括支撑架9，所述支撑架9的下方设置有多套同步驱动的第一动力装置，所述第一动力装置均布在支撑架9的棱边下方且与支撑架9固定，所述第一动力装置上连接有传动装置，所述第一传动装置包括通过联轴器3与第一动力装置连接的减速器2，所述减速器2与卷筒1连接，所述卷筒1上设置有柔索5；所述支撑架9的棱边下部设置有第一滑轮支架8-2，所述第一滑轮支架8-2上设置有柔索张紧滑轮组7，所述支撑架9的棱边顶端设置有第二滑轮支架8-1，所述第二滑轮支架8-1上设置有柔索导向滑轮组6，所述柔索5经柔索张紧滑轮组7、柔索导向滑轮组6后分别与载物平台12的顶端固定，所述载物平台12的底端固定柔索5的一端，柔索5的另一端穿过支撑架9的底盘11上开设的导向孔13后与第二传动装置连接，所述第二传动装置与第一传动装置结构相同，所述第二传动装置与第二动力装置连接；所述第二动力装置、第一动力装置分别和控制装置连接。进一步的，所述控制装置包括主控主机、测量主机、无线通信单元、感知单元和多个用于将主控主机的控制指令转换成电机驱动信号的电机驱动单元，所述电机驱动单元与主控主机电连接，所述主控主机通过无线通信单元与测量主机信号连接，所述测量主机与感知单元电连接，用于接收经采样、放大、滤波处理后的电信号，并进行数据的分析和记录。进一步的，所述感知单元包括光电编码器14、拉绳位移传感器15、三轴加速度传感器16、力传感器17、称重传感器18和接近传感器19；所述光电编码器14分别对应的安装在第一动力装置和第二动力装置上；所述拉绳位移传感器15分别对应的安装在柔索5与卷筒1的连接处；所述力传感器17分别安装在柔索5与柔索导向滑轮组6的连接处；所述三轴加速度传感器16和称重传感器18均安装在载物平台12的顶端；所述接近传感器19安装在载物平台12的底端。进一步的，所述柔索5有四根。进一步的，所述主控主机和测量主机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，其特征在于，包括支撑架(9)，所述支撑架(9)的下方设置有多套同步驱动的第一动力装置，所述第一动力装置均布在支撑架(9)的棱边下方且与支撑架(9)固定，所述第一动力装置上连接有传动装置，所述第一传动装置包括通过联轴器(3)与第一动力装置连接的减速器(2)，所述减速器(2)与卷筒(1)连接，所述卷筒(1)上设置有柔索(5)；所述支撑架(9)的棱边下部设置有第一滑轮支架(8‑2)，所述第一滑轮支架(8‑2)上设置有柔索张紧滑轮组(7)，所述支撑架(9)的棱边顶端设置有第二滑轮支架(8‑1)，所述第二滑轮支架(8‑1)上设置有柔索导向滑轮组(6)，所述柔索(5)经柔索张紧滑轮组(7)、柔索导向滑轮组(6)后分别与载物平台(12)的顶端固定，所述载物平台(12)的底端固定柔索(5)的一端，柔索(5)的另一端穿过支撑架(9)的底盘(11)上开设的导向孔(13)后与第二传动装置连接，所述第二传动装置与第一传动装置结构相同，所述第二传动装置与第二动力装置连接；所述第二动力装置、第一动力装置分别和控制装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，其特征在于，包括支撑架(9)，所述支撑架(9)的下方设置有多套同步驱动的第一动力装置，所述第一动力装置均布在支撑架(9)的棱边下方且与支撑架(9)固定，所述第一动力装置上连接有传动装置，所述第一传动装置包括通过联轴器(3)与第一动力装置连接的减速器(2)，所述减速器(2)与卷筒(1)连接，所述卷筒(1)上设置有柔索(5)；所述支撑架(9)的棱边下部设置有第一滑轮支架(8-2)，所述第一滑轮支架(8-2)上设置有柔索张紧滑轮组(7)，所述支撑架(9)的棱边顶端设置有第二滑轮支架(8-1)，所述第二滑轮支架(8-1)上设置有柔索导向滑轮组(6)，所述柔索(5)经柔索张紧滑轮组(7)、柔索导向滑轮组(6)后分别与载物平台(12)的顶端固定，所述载物平台(12)的底端固定柔索(5)的一端，柔索(5)的另一端穿过支撑架(9)的底盘(11)上开设的导向孔(13)后与第二传动装置连接，所述第二传动装置与第一传动装置结构相同，所述第二传动装置与第二动力装置连接；所述第二动力装置、第一动力装置分别和控制装置连接。2.如权利要求1所述的一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，其特征在于，所述控制装置包括主控主机、测量主机、无线通信单元、感知单元和多个用于将主控主机的控制指令转换成电机驱动信号的电机驱动单元，所述电机驱动单元与主控主机电连接，所述主控主机通过无线通信单元与测量主机信号连接，所述测量主机与感知单元电连接，用于接收经采样、放大、滤波处理后的电信号，并进行数据的分析和记录。3.如权利要求2所述的一种空间三自由度柔索并联搬运机器人，其特征在于，所述感知单元包括光电编码器(14)、拉绳位移传感器(15)、三轴加速度传感器(16)、力传感器(17)、称重传感器(18)和接近传感器(19)；所述光电编码器(14)分别对应的安装在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，牛奔，戴振振，
申请(专利权)人：淮南师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34