[发明专利]一种并联绳索和丝杆混合驱动的四自由度机器人末端执行器

说明书

本发明公开了一种并联绳索和丝杆混合驱动的四自由度机器人末端执行器，属于并联机器人技术领域，包括绳驱动机构、丝杆电机固定机构、夹爪机构和夹爪旋转机构；绳驱动机构包括第一电机卷筒、第二电机卷筒、第三电机卷筒、第四电机卷筒、定位板、电机底座、防跳线器、万向导轮、绳索；丝杆电机固定机构包括丝杆电机、丝杆电机底座、推力轴承、变径器、万向接头和丝杆。本发明运动过程中产生的惯性力较小，动平台动态响应迅速，刚度特性和稳定性好，相比于二转动自由度的并联机构和三平移自由度并联机构，大大拓展了末端执行器的工作空间。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，尤其涉及一种并联绳索和丝杆混合驱动的四自由度机器人末端执行器。

背景技术

绳驱动并联机器人是一种采用轻量化、柔性绳索代替刚性零件作为运动链的并联机器人。绳驱动并联机器人继承了刚性并联机构的高负载的构型优点，同时又具有绳驱动的运动惯量小、工作空间大、低成本和易重构的特点。绳驱动并联机器人由于其具有高刚度、高精度、承载能力强等优点，广泛应用于工业装配、物料分拣、医疗器械、空中作业等领域。

专利公开号为CN112693630A的专利申请中记载了一种二转动自由度绳驱动式并联机构。由三套绳驱动装置与一套中心刚性支撑装置相互并联配合，实现末端的二转动自由度运动。但是，纯绳驱动并联机器人对于绳索驱动控制要求极高，容易引起绳索断裂。

专利公开号为CN110315511A的专利申请中记载了一种三平移自由度平动的并联机构，同时采用被动弹簧和刚性杆实现绳索张紧，实现了三组驱动器驱动末端三自由度平动，其动平台能够实现空间三维的快速平移运动，但是每条运动支链中均具有限制动平台转动的平行四边形机构，使得动平台不能旋转而只能在空间中移动。由于这种运动限制，使得三平移自由度并联机构无法获得很大的工作空间。

相比于三平移自由度并联机构，六自由度并联机构可使得末端执行器姿态更加灵活，同时大大拓展了末端执行器的工作空间。但是由于其结构复杂，会导致与机构相连接的基座机器人的系统重心和惯量的实时变化，机构运动过程中惯性力也会对基座机器人的稳定性会产生较大影响，显著增加了机构的控制难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联绳索和丝杆混合驱动的四自由度机器人末端执行器，解决了纯绳驱动并联机器人控制要求高和绳索易断裂的问题，且能在保证稳定性的情况下获得更大的工作空间。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种并联绳索和丝杆混合驱动的四自由度机器人末端执行器，包括绳驱动机构、丝杆电机固定机构、夹爪机构和夹爪旋转机构；

绳驱动机构包括第一电机卷筒、第二电机卷筒、第三电机卷筒、第四电机卷筒、定位板、电机底座、防跳线器、万向导轮、绳索；第一电机卷筒、第二电机卷筒、第三电机卷筒和第四电机卷筒通过电机底座固定于定位板上面；防跳线器固定于定位板的上面；电机卷筒的横截面与防跳线器绳槽的横截面相切；万向导轮固定于定位板的底面；绳索起始端固定于第一电机卷筒、第二电机卷筒、第三电机卷筒和第四电机卷筒的卷筒轴底部，绕卷筒轴后导出，绕过防跳线器的绳槽向下通过万向导轮；

丝杆电机固定机构包括丝杆电机、丝杆电机底座、推力轴承、变径器、万向接头和丝杆；丝杆电机通过丝杆电机底座固定于定位板的底面；推力轴承安装于丝杆电机的输出端；变径器一端与丝杆电机输出轴连接，变径器另一端插入万向接头，万向接头另一端连接丝杆。

在上述技术方案中，优选地，防跳线器与定位板通过防跳线器支架固定；万向导轮与定位板通过万向导轮支架固定。