一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，包括主机箱，主机箱底部设有两道中空圆柱形直线导向槽，每道中空圆柱形直线导向槽中分别有压缩弹簧和圆形隔板，圆形隔板与主机箱之间分别连接压缩弹簧，主机箱内设有活动导向轮支撑轴、两二力滑杆，二力滑杆一端与圆柱形隔板及中空圆柱形直线导向槽底部接触、另一端共同转动连接至活动导向轮支撑轴，活动导向轮固定于活动导向轮支撑轴，主机箱内还转动安装有一对固定导向轮支撑轴，两固定导向轮支撑轴相对于活动导向轮支撑轴呈前后对称，固定导向轮支撑轴分别固定有固定导向轮；柔索从主机箱一侧柔索进出口穿入主机箱，绕过两固定导向与活动导向轮后从主机箱另一侧柔索进出口穿出。本发明专利技术为完全约束柔索并联机器人提供良好的柔顺变刚度特性。

A Variable Stiffness Device for Fully Constrained Wire Parallel Robot

The invention discloses a variable stiffness device of a fully restrained flexible parallel robot, which comprises a main cabinet. There are two hollow cylindrical straight guide grooves at the bottom of the main cabinet. Each hollow cylindrical straight guide groove has a compression spring and a circular diaphragm, respectively. A compression spring is connected between the circular diaphragm and the main cabinet, and a movable guide wheel support shaft and two two two-force sliding rods are arranged in the main cabinet. One end of the two-force slide rod contacts with the bottom of the cylindrical diaphragm and the hollow cylindrical straight guide groove, and the other end jointly rotates and connects to the supporting axle of the movable guide wheel. The movable guide wheel is fixed to the supporting axle of the movable guide wheel. A pair of fixed guide wheel supporting axes are rotated and installed in the main engine box. The supporting axes of the two fixed guide wheels are symmetrical with respect to the supporting axle of the movable guide wheel, and the fixed guide wheel supporting ax The wheel support axle is fixed with fixed guide wheels, and the flexible rope enters the main cabinet from the inlet and outlet of the flexible rope on one side of the main cabinet, and passes through the two fixed guide wheels and the movable guide wheels, then passes through the inlet and outlet of the flexible rope on the other side of the main cabinet. The invention provides a good flexible and variable stiffness characteristic for a fully constrained flexible cable parallel robot.

【技术实现步骤摘要】
一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置
本专利技术涉及柔索机器人领域，具体是一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置。
技术介绍
近年来，随着机器人技术，特别是柔索并联机器人技术的发展，研究和开发人-机器人-环境共融交互的柔索并联机器人已成为该类机器人的研究热点，如穿戴式机器人、康复机器人等柔索并联机器人。该类机器人都具有共同的特点：都存在使用者与机器人本体接触的物理性人机交互。相对于传统的刚性并联机器人，柔索并联机器人虽具有较好的柔顺性，但相对于使用者而言，仍具有较高的刚度特性，人机交互操作时，可能会使使用者受到伤害，机器人的人机交互安全性已经受到广泛关注。而这类问题解决的关键是机器人在控制位置的同时，要具有良好的柔顺变刚度特性。由于柔索并联机器人本体的笛卡尔空间刚度难以进行大范围调整，因此需要将柔索串联一个具有非线性刚度特性的辅助机构，即变刚度装置。依据刚度的串联定理，通过调整易变刚度的变刚度装置，进而改变整个机器人笛卡尔空间刚度，进而满足人机交互安全性和环境适应性的要求。变刚度装置根据任务需求可简便调节系统笛卡尔空间刚度，可有效提高机器人人机亲切度和安全性，进而追求更高的人机环境和谐共融的机器人设计应用理念，其应用前景十分广阔。目前，国内外关于变刚度装置的研究，已取得一些不错的成果，但针对的大多是确定的机器人或机构，而考虑到一类或可适应多种机器人或机构的变刚度装置的研究则相对较少。因此，如何设计一种适合完全约束柔索并联机器人变刚度装置，使机器人容易实现良好的柔顺变刚度特性，是目前人机交互性柔索并联机器人可靠性及安全性领域的一个研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，以为柔索机器人提供良好的柔顺变刚度特性。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：包括主机箱，主机箱底部设有两道均平行于前后方向的中空圆柱形直线导向槽，两道中空圆柱形直线导向槽整体在左右方向错开一段距离，且两道中空圆柱形直线导向槽在前后方向之间间隔一段距离，每道中空圆柱形直线导向槽中分别滑动安装有压缩弹簧，每道中空圆柱形直线导向槽中还分别设有圆形隔板，压缩弹簧的轴向平行于所在的中空圆柱形直线导向槽，压缩弹簧一端固定于主机箱对应侧内壁，压缩弹簧另一端嵌套于圆形隔板；主机箱内设有活动导向轮支撑轴、活动导向轮及一对二力滑杆，两二力滑杆在前后方向呈对称倾斜，且两二力滑杆整体在左右方向错开一段距离，两二力滑杆倾斜下端一一对应于圆形隔板接触，圆形隔板被约束在圆柱形直线导向槽内并随二力滑杆倾斜下端的运动而沿着中空圆柱形导向槽轴向运动，使压缩弹簧受压变形。活动导向轮支撑轴轴向平行于左右方向，两二力滑杆倾斜上端共同转动连接至活动导向轮支撑轴，活动导向轮固定于两二力滑杆连接处之间的活动导向轮支撑轴中间位置，由活动导向轮支撑轴、两二力滑杆构成等腰三角形一，等腰三角形一中以活动导向轮支撑轴为顶点、两二力滑杆为腰部；主机箱内还转动安装有一对固定导向轮支撑轴，两固定导向轮支撑轴轴向平行于活动导向轮支撑轴轴向，两固定导向轮支撑轴分别位于活动导向轮支撑轴前、后方并相互对称，每个固定导向轮支撑轴中间分别固定有固定导向轮，固定导向轮大小与活动导向轮大小相同，由活动导向轮中心与两固定导向轮中心构成等腰三角形二，等腰三角形二中以活动导向轮中心为顶点，活动导向轮中心与固定导向轮中心之间连线为腰部；主机箱前、后侧分别设有柔索进出口，两侧柔索进出口确定的直线位于两固定导向轮中心确定的直线正下方，还包括柔索，柔索从一侧柔索进出口穿入主机箱，然后绕过对应侧固定导向轮底部后再绕过活动导向轮顶部，最后绕过另一个固定导向轮底部后从另一侧柔索进出口穿出。所述的一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：主机箱底部，位于两道中空圆柱形直线导向槽前后方向间隔位置设有二力滑杆挡块，由二力滑杆挡块限位约束两二力滑杆的运动，使两二力滑杆始终与活动导向轮支撑轴构成等腰三角形一。所述的一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：主机箱左、右侧其中一侧设为敞口，敞口处盖合连接盖板，轴向平行于左右方向的固定导向轮支撑轴各自一端转动连接于盖板，另一端转动连接于主机箱相对于盖板的侧面。所述的一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：所述盖板及盖板相对的主机箱侧面设有圆柱形凹槽，通过圆柱形凹槽转动连接固定导向轮支撑轴的轴端。所述的一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：所述活动导向轮由轴向两侧开口挡圈夹持限位于活动导向轮支撑轴中间位置，两二力滑杆倾斜上端由开口挡圈单侧夹持限位于活动导向轮支撑轴两端，固定导向轮由轴向两侧开口挡圈夹持限位于固定导向轮支撑轴中间位置。与现有技术相比，本专利技术的优点为：1、本专利技术设计的对称二力滑杆——直线导向槽及两固定导向轮——柔索——活动导向轮构成的两组可变等腰三角形机构配合压缩弹簧，使得所述变刚度装置获得良好的非线性正刚度特性，驱动柔索张力越大，变刚度装置的刚度越大。2、本专利技术理论上可以实现从零刚度到完全刚性的可调刚度输出，通过柔索的串联效应，可以显著地调整机器人的笛卡尔空间刚度，提高了人机交互的安全性。3、本专利技术的可调刚度值是关于柔索张力的函数，即通过调整柔索张力即可调整其刚度，对于完全约束柔索并联机器人，实现其刚度调整简单方便。4、本专利技术可采用不同刚度的线性压缩弹簧可获得不同的可调刚度范围。附图说明图1是本专利技术的外观图。图2是本专利技术去盖板后的正视及轴侧图，其中：图2a为正视图，图2b为轴侧图。图3是本专利技术主机箱正视及剖视图，其中：图3a是正视图，图3b是剖视图。图4是本专利技术盖板正视图。图5是本专利技术对称二力滑杆和活动导向轮组机构及固定导向轮轴测图，其中：图5a是对称二力滑杆和活动导向轮组机构轴测图，图5b是固定导向轮轴测图。图6是本专利技术去主机箱及盖板后轴测图。图7是本专利技术串接柔索后去盖板正视图。图8是完全约束柔索并联机器人结构简图。图9是本专利技术变刚度实现原理图。图10是本专利技术单个弹簧受力简图。图11是柔索-变刚度装置的受力变形特性曲线。图12是本专利技术的力-刚度特性曲线。图中标号说明：图中：1:主机箱，2:盖板，3:内六角螺钉，21:活动导向轮，22:固定导向轮一，23:固定导向轮二，24:二力滑杆，25:二力滑杆挡块，26:压缩弹簧，27:圆形隔板，31:柔索进出口，32:圆柱形凹槽，33:二力滑杆挡块固定槽，34:中空圆柱形直线导向槽，51:活动导向轮支撑轴，52:开口挡圈，61:固定导向轮支撑轴，71:柔索。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，包括主机箱1，主机箱1底部设有两道均平行于前后方向的中空圆柱形直线导向槽34，两道中空圆柱形直线导向槽34整体在左右方向错开一段距离，且两道中空圆柱形直线导向槽34在前后方向之间间隔一段距离，每道中空圆柱形直线导向槽34中分别滑动安装有圆形隔板27，每道中空圆柱形直线导向槽34中还分别设有压缩弹簧26，压缩弹簧26的轴向平行于所在的中空圆柱形直线导向槽34，压缩弹簧26一端固定于圆形隔板27，压缩弹簧26另一端固定于主机箱1对应侧内壁；主机箱1内设有活动导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：包括主机箱，主机箱底部设有两道均平行于前后方向的中空圆柱形直线导向槽，两道中空圆柱形直线导向槽整体在左右方向错开一段距离，且两道中空圆柱形直线导向槽在前后方向之间间隔一段距离，每道中空圆柱形直线导向槽中分别滑动安装有圆形隔板，每道中空圆柱形直线导向槽中还分别设有压缩弹簧，压缩弹簧的轴向平行于所在的中空圆柱形直线导向槽，压缩弹簧一端固定于圆形隔板，压缩弹簧另一端固定于主机箱对应侧内壁；主机箱内设有活动导向轮支撑轴、活动导向轮及一对二力滑杆，两二力滑杆在前后方向呈对称倾斜，且两二力滑杆整体在左右方向错开一段距离，两二力滑杆倾斜下端一一对应与圆形隔板接触，圆形隔板被约束在圆柱形直线导向槽内并随二力滑杆倾斜下端的推动而挤压压缩弹簧；活动导向轮支撑轴轴向平行于左右方向，两二力滑杆倾斜上端共同转动连接至活动导向轮支撑轴，活动导向轮固定于两二力滑杆连接处之间的活动导向轮支撑轴中间位置，由活动导向轮支撑轴、两二力滑杆构成等腰三角形一，等腰三角形一中以活动导向轮支撑轴为顶点、两二力滑杆为腰部；主机箱内还转动安装有一对固定导向轮支撑轴，两固定导向轮支撑轴轴向平行于活动导向轮支撑轴轴向，两固定导向轮支撑轴分别位于活动导向轮支撑轴前、后方并相互对称，每个固定导向轮支撑轴中间分别固定有固定导向轮，固定导向轮大小与活动导向轮大小相同，由活动导向轮中心与两固定导向轮中心构成等腰三角形二，等腰三角形二中以活动导向轮中心为顶点，活动导向轮中心与固定导向轮中心之间连线为腰部；主机箱前、后侧分别设有柔索进出口，两侧柔索进出口确定的直线位于两固定导向轮中心确定的直线正下方，还包括柔索，柔索从一侧柔索进出口穿入主机箱，然后绕过对应侧固定导向轮底部后再绕过活动导向轮顶部，最后绕过另一个固定导向轮底部后从另一侧柔索进出口穿出。...

【技术特征摘要】
1.一种完全约束柔索并联机器人变刚度装置，其特征在于：包括主机箱，主机箱底部设有两道均平行于前后方向的中空圆柱形直线导向槽，两道中空圆柱形直线导向槽整体在左右方向错开一段距离，且两道中空圆柱形直线导向槽在前后方向之间间隔一段距离，每道中空圆柱形直线导向槽中分别滑动安装有圆形隔板，每道中空圆柱形直线导向槽中还分别设有压缩弹簧，压缩弹簧的轴向平行于所在的中空圆柱形直线导向槽，压缩弹簧一端固定于圆形隔板，压缩弹簧另一端固定于主机箱对应侧内壁；主机箱内设有活动导向轮支撑轴、活动导向轮及一对二力滑杆，两二力滑杆在前后方向呈对称倾斜，且两二力滑杆整体在左右方向错开一段距离，两二力滑杆倾斜下端一一对应与圆形隔板接触，圆形隔板被约束在圆柱形直线导向槽内并随二力滑杆倾斜下端的推动而挤压压缩弹簧；活动导向轮支撑轴轴向平行于左右方向，两二力滑杆倾斜上端共同转动连接至活动导向轮支撑轴，活动导向轮固定于两二力滑杆连接处之间的活动导向轮支撑轴中间位置，由活动导向轮支撑轴、两二力滑杆构成等腰三角形一，等腰三角形一中以活动导向轮支撑轴为顶点、两二力滑杆为腰部；主机箱内还转动安装有一对固定导向轮支撑轴，两固定导向轮支撑轴轴向平行于活动导向轮支撑轴轴向，两固定导向轮支撑轴分别位于活动导向轮支撑轴前、后方并相互对称，每个固定导向轮支撑轴中间分别固定有固定导向轮，固定导向轮大小与活动导向轮大小相同，由活动导向轮中心与两固定导向轮中心构成等腰三角形二，等腰三角形二中以活动导向轮中...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾斌，李永昌，尹泽强，赵涛，王道明，陈兵，王正雨，钱钧，钱森，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34