一种防索并联机器人虚牵的检测装置的制作方法

本发明涉及并联装置技术领域，尤其涉及一种防索并联机器人虚牵的检测装置

背景技术：

索并联机构的研究与应用起源于上世纪80年代末期，是并联机构中的一种特殊柔性机构，其驱动支链为柔性索。索并联机构相较于刚性杆支撑并联机构，具有结构简单，工作空间大，高负载能力，易拆装，可重组，模块化程度高和运动速度快等优点。

然而，由于绳索只能承受拉力无法承受压力，索并联机构的构型受到诸多限制。为了保证绳索的终端运动的完全约束，绳索的数量必须多于终端自由度数目，从而引入冗余驱动和索虚牵的问题。索处于虚牵状态时，容易导致索的张力极不均匀，甚至导致运动失控。目前，解决这个问题有两种办法：一是让绳索成对拉结构，以保证绳索始终张紧；二是在控制系统中加入索力检测模块。前者绳索较多不利于应用，后者常采用力传感器解决这个问题，但这个方法接线复杂，需要考虑安装位置，且费用较高，需要专门的供电线路对力传感器进行供电。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防索并联机器人虚牵的检测装置，通过接近开关对索力进行检测以及判断是否虚牵，接线简单，成本较低，适合各种复杂环境。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种防索并联机器人虚牵的检测装置，包括外壳、内筒、弹簧和接近开关；所述弹簧的上端固结在外壳顶部且与索连接，下端固结在内筒底部且与索连接，弹簧的长度随着索的张紧力的增大同步增长；所述内筒部分置于外壳内，随着弹簧的伸长与缩短，内筒相对外壳上下滑动；所述外壳上设置有接近开关，接近开关通过检测内筒的靠近而识别索的张紧程度。

优选的，所述的接近开关为无源接近开关或霍尔接近开关或涡流式接近开关，所述内筒含铁质材料体。

优选的，所述的接近开关为光电接近开关。光电接近开关利用内筒对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测内筒的位置，判断出索是否处于虚牵位置。

优选的，所述的外壳上设置有至少两组光电接近开关。

进一步改进，还包括设置在内筒上端的永磁体和设置在外壳上的线圈，索的索力变化带来弹簧的伸长与缩短，弹簧带着内筒上的永磁体切割磁力线而形成电流，此电流可给接近开关提供工作电源。

进一步改进，线圈设置在外壳的外壁上。

进一步改进，所述内筒和外壳上均设有挂钩，索通过索结形成的绳环挂在挂钩上；与现有技术相比，本发明通过接近开关对索力进行检测以及判断是否虚牵，相对于现有技术，模块化程度高，结构简单可靠，安装实施方便，而且可以利用弹簧的伸缩运动切割磁力线产生电力而供电给接近开关，从而省却外界电源参与，特别适合安装环境复杂多变的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是包含检测装置的冗余驱动并联机器人的结构示意图；

图2是一种防索并联机器人虚牵的检测装置的结构示意图；

图3是检测装置的内筒滑出外壳的状态示意图；

图4是检测装置的内筒滑进外壳的状态示意图；

图5是另一种防索并联机器人虚牵的检测装置的结构示意图；

图6是再一种防索并联机器人虚牵的检测装置的结构示意图；

图7是一种可自供电的防索虚牵装置的结构示意图；

图中：1-终端动平台，2-索，21-索结(如铅块)，3-检测装置，31-接近开关，32-弹簧，33-外壳，34-内筒,341-铁质材料，342-永磁体，35-线圈。

具体实施方式

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中的附图，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。

如图1所示，本图示意了一种冗余索并联机器人，包括终端动平台1和多组索2。由于冗余索并联机器人不可避免存在多余索，在索力分配过程中，经常会发生个别索索力为零从而虚牵的情况。本发明通过每组索2上均串联有一个检测装置3，可以随时检测索力的变化情况从而有效避免虚牵现象。

如图2所示的是检测装置3的结构示意图。检测装置3包括外壳33、内筒34、弹簧32和接近开关31；弹簧32的上端固结在外壳33顶部，下端固结在内筒上底部；弹簧32的长度随着索2的张紧力的增大同步增长。如图3和4所示，内筒34部分置于外壳33内，随着弹簧32的伸长与缩短，内筒34相对外壳33上下滑动；内筒34和外壳33上均设有挂钩，索2通过索结21形成的绳环挂在挂钩上；通过绳环就不必破坏索，外壳33上设置有接近开关31，接近开关31通过检测内筒34的靠近而识别索的张紧程度。本发明相当于将检测装置3串联在索2上，相比于现有技术，能够更加直接有效地反映出索力的变化。

如图5所示，接近开关31为无源接近开关或霍尔接近开关或涡流式接近开关，所述内筒含铁质材料体341。无源接近开关不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态，当磁体或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。霍尔接近开关则是一种磁敏元件，当磁性物件移近霍尔接近开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。采用霍尔接近开关，具有许多优点，结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。本实施方案通过接近开关对索力进行检测以及判断是否虚牵，相对于现有技术，模块化程度高，结构简单可靠，安装实施方便。

如图6所示，接近开关31也可为光电接近开关。光电接近开关利用内筒34对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测内筒34的位置，判断出索是否处于虚牵位置。作为优选，外壳33上设置有至少两组光电接近开关。如设置两组，则其中第一组的安装位置对应索力为零时的位置，第二组的安装位置对应索力为允许最大值时的位置。两组光电接近开关即可以检测出索力为零的状态，避免虚牵，又可以检测出索力最大允许值的状态，避免索被拉断产生事故。

如图7所示，作为本发明的另一实施例，检测装置还包括设置在内筒34上端永磁体342和设置在外壳33上的线圈35。线圈35设置在外壳33的内壁或外壁上，作为优选，可如图7所示，设置在外壁上。外壳33的材质可以是金属的，也可以是非金属的，是金属时，线圈布置在里面，不是金属时，线圈布置在外面。

索2的索力变化带来弹簧32的伸长与缩短，弹簧32带着内筒34上的永磁体342切割磁力线而形成电流，此电流可给接近开关31提供工作电源。本实施方案不需要外界给接近开关供电即可实现对索力的检测，省却外界电源参与，特别适合安装环境复杂多变的情况。本实施例的基本原理是，弹簧的伸缩运动切割磁力线产生电力供电给接近开关并通过检测判断索的张紧情况，接近开关可以采用蓝牙等无线方式发射信号，本发明检测索力变化时不需要外界电源参与，特别适合安装环境复杂多变的情况。

由于索并联机器人，尤其是应用较多的冗余索并联机器人的虚牵索经常变化，也即各索的索力变化都较大，弹簧伸长与压缩的变化也较其他并联机器人剧烈，因而在切割磁力线发电方面表现优良，带来的电力也比较可观。基于此，本发明的防索虚牵装置特别适合于如图1所示的冗余驱动并联机器人。另外，如发现系统振荡，可通过添加阻尼器避免。

最后应说明的是：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都在本发明的保护范围内。如本领域的普通技术人员可以在本发明的基础上稍作改进即可采用电容式接近开关，超声波接近开关，微波接近开关等来测定索的张紧程度；各组索的充电模块也可串联起来进行供电。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。