模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107053132A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710019495.6(22)申请日2017.01.11(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人訾斌李永昌钱森尹泽强王道明钱钧周斌(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理有限公司34112代理人余成俊(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J9/16(2006.01)B25J19/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置及方法(57)摘要本发明公开了一种模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置及方法，包括变刚度装置和控制装置，变刚度装置由相对设置的左、右压板、固定在左压板上液压缸、杆端固定在右压板活塞在液压缸内的单出杆活塞、套在液压缸上的弹簧、套在单出杆活塞杆段上且固定弹簧的弹簧限位块，连通液压缸进出油口的软胶管、左、右压板间连接的可伸缩套通和左、右连接柔索组组成，控制装置包括安装在液压缸进出油口软胶管上的电磁阀、连接在柔索并联机器人柔索上的张力传感器、安装在柔索并联机器人定滑轮处的拉线位移传感器、安装在右压板上的单片机模块和无线通讯设备组成。本发明大大提高了柔索并联机器人运动的稳定性、安全性和可靠性。CN107053132ACN107053132A权利要求书1/1页1.模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置，其特征在于：包括变刚度装置、控制装置，其中：变刚度装置包括相对设置的左、右压板，左、右压板之间连接有可伸缩套筒，可伸缩套筒内设有液压缸，液压缸与可伸缩套筒中心轴共线，液压缸的进出油口分别通过软胶管连接，液压缸的缸体端连接在左压板上，液压缸中单出杆活塞的杆端连接在右压板上，活塞杆穿出液压缸的杆段上固定套装有弹簧限位块，液压缸外还套装有弹簧，弹簧一端连接在左压板上，另一端连接在弹簧限位块上，变刚度装置还包括左、右连接柔索组，左、右连接柔索组分别由三股沿可伸缩套筒轴向连接左、右压板外侧边缘的柔索构成，左、右连接柔索组中的柔索位置一一相互错开，其中左连接柔索组中每根柔索的左端汇成一股并形成左连接端，右连接柔索组中每根柔索的右端汇成一股并形成右连接端，变刚度装置通过左、右连接柔索组安装在柔索并联机器人中柔索末端和末端执行器之间；控制装置包括集成在变刚度装置中的单片机模块和无线通讯设备、安装在液压缸进出油口软胶管上的电磁阀、安装在柔索并联机器人柔索上的张力传感器、安装在柔索并联机器人定滑轮处的拉线位移传感器，所述无线通讯设备接入单片机模块的通讯接口，张力传感器、拉线位移传感器分别接入单片机模块的信号输入接口，电磁阀接入单片机模块的信号输出接口。2.根据权利要求1所述的模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置，其特征在于：左、右连接柔索组中各个柔索分别在可伸缩套筒外呈环向均匀分布，且左、右连接柔索组中柔索位置一一相互错开形成叉指分布。3.一种基于权利要求1所述变刚度控制装置的模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、将变刚度控制装置中左连接柔索组的连接端与柔索并联机器人的柔索连接，变刚度控制装置中右连接柔索组的连接端与柔索并联机器人的末端执行器连接；（2）、对末端执行器的某一运动轨迹进行运动分析，将运动轨迹分成若干段，并通过运算算法确定每一段轨迹运动过程中柔索的期望刚度值，通过期望刚度值对柔索进行张力规划，获得张力常量，利用刚度矩阵进行内张力规划，得到一组柔索张力期望值，并将期望值存储在单片机模块中；（3）、对柔索进行张力控制，安装在定滑轮处的拉线位移传感器检测柔索位移，确定末端执行器的运动处在哪一阶段，单片机模块通过分析位移而调用期望张力值；安装在柔索上的张力传感器时刻测量柔索的张力值，并将采集的数据传递给单片机模块；单片机模块将采集的数据与所调用柔索张力期望值进行比较，实测张力值小于期望张力值时，电磁阀为关闭状态，此时该变刚度装置起增加负重作用，增大机构刚度，柔索张力随着运动将会逐渐增大，当实测张力值大于期望张力值时，电磁阀为打开状态，此时该变刚度装置可简化为一单自由度弹簧阻尼系统，柔索张力将会减小，从而形成循环；当控制柔索的张力值与期望张力值相等时，就会得到期望的柔索刚度，进而实现机构的变刚度控制。2CN107053132A说明书1/4页模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置及方法技术领域[0001]本发明涉及柔索并联机器人领域，具体是一种模块化可重构柔索并联机器人变刚度控制装置及方法。背景技术[0002]柔索并联机器人减少了液压缸直线以及铰链转角运动的限制，采用结构简单且质量轻的柔索作为驱动元件，具有