轻量化高速四自由度索驱动并联机器人

1.本发明涉及并联机器人技术领域，尤其是涉及一种轻量化高速四自由度索驱动并联机器人。


背景技术：

2.在食品、医药、新能源、物流及3c电子等诸多行业，需要大量对产品进行高速拣选、理料和包装的机器人。该类高速机器人是工业机器人的重要组成部分，已成为分拣和包装领域中提高效率、降低成本和提升质量的核心装备，需求量大、需求面广。
3.高速机器人末端一般会根据抓取物体的不同配备不同类别的抓取工具或抓取手，机器人本体要求具有对末端的空间定位功能，并且末端可以实现三自由度空间平动和一个沿固定方向轴线的旋转自由度以对抓取的物体姿态的调整，最终实现4自由度scara运动，即在三维空间中的平移运动加上一个沿着固定方向的轴的旋转运动。
4.现有的高速机器人均为刚性机构，按照构型不同可以分为串联机器人和并联机器人两大类。串联机器人具有工作空间大、灵活性好的特点，但其运动支链逐层堆叠，运动部件惯量大，导致其终端速度和加速度较低，且功耗偏高。并联机器人相较串联机器人在速度和效率方面有所提升，然而面向轻量化、柔性化和智能化的装备发展趋势及日益复杂多变的生产需求，在性能方面仍存在亟待突破的瓶颈，具体表现在：(1)运动支链采用刚性杆件，限制了运动部件质量的进一步降低和运动效率的进一步提升；(2)运动支链中大量使用球铰等复杂铰链，限制了动平台的运动范围；(3)驱动单元需要使用大减速比精密减速器以及球铰等精密传动部件，导致成本较高。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种轻量化高速四自由度索驱动并联机器人，具有轻量化、运动效率高、结构简单、运动范围大、成本低的优点，可实现高速抓取和拣选。
6.根据本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人，包括：
7.静平台；
8.动平台，所述动平台有间距地位于所述静平台的下方，所述动平台包括外平台、内平台、传动机构和执行器，所述外平台包括外上平台和外下平台，所述外上平台和所述外下平台的左右两侧固定相连，所述内平台和所述传动机构均位于所述外上平台和所述外下平台之间，且所述传动机构分别与所述外平台和所述内平台相连，所述执行器位于所述动平台的下方且与所述传动机构相连；
9.索驱动支链，所述索驱动支链有四组，四组所述索驱动支链分别位于所述静平台的中心的前侧、后侧、左侧和右侧；每组所述索驱动支链包括滚筒驱动组件、滑轮组件和平行绳索，所述滚筒驱动组件和所述滑轮组件安装在所述静平台上，所述平行绳索缠绕于所述滚筒驱动组件上，并经所述滑轮组件引导后连接至所述动平台上，其中，左右相对设置的
两组所述索驱动支链的所述平行绳索对应地连接至所述外平台左右相对的两侧上，前后相对设置的两组所述索驱动支链的所述平行绳索对应地连接至所述内平台前后相对的两侧上；
10.中央支链，所述中央支链的两端分别连接在所述静平台的中心与所述动平台的顶部中心，用于始终张紧四组所述平行绳索；
11.工作时，四组所述索驱动支链的所述滚筒驱动组件分别对应地控制各自的所述平行绳索的收放，使所述动平台具有三维平动自由度，并通过前后相对设置的两组所述索驱动支链的所述平行绳索驱动所述内平台，进而通过所述内平台驱动所述传动机构使所述执行器具有绕自身中心轴线的一维转动自由度，从而实现四自由度scara运动。
12.根据本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人，具有如下优点，第一、通过平行绳索驱动内平台，进而通过内平台驱动传动机构使执行器具有绕自身中心轴线的一维转动自由度，无需在动平台上安装额外的驱动单元来驱动执行器转动，可以有效减小动平台整体的质量，使本发明的并联机器人可以实现低成本、高效率地完成高速抓取、分拣等任务。第二、通过四组索驱动支链代替现有技术中刚性杆件运动支链对动平台进行驱动，一方面，可以极大地减轻并联机器人的质量，使并联机器人容易实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运动效率，且机器人自身质量带来的负载比较小，用于驱动自身运动的能耗也较小；另一方面，每组索驱动支链避免了现有技术中刚性杆件运动支链大量使用的球铰等复杂铰链，成本低，结构简单。第三、通过设置中央支链来始终张紧四组平行绳索，避免了对动平台的驱动冗余，提高本发明并联机器人的整体刚度，使机器人具有更好的高速/高加速性能，可以实现高动态运动。第四、本发明的并联机器人通过采用索驱动并联机构，在具有刚性并联机构负载能力强、精度高的优势的同时，还兼具索驱动机构惯量低、工作空间大的优势。
13.根据本发明的一些实施例，每组所述索驱动支链中，所述平行绳索中的绳索数量为两根，所述滑轮组件的数量为两组，两组所述滑轮组件各具有一个供所述平行绳索中的单根绳索引出的出索点，所述动平台具有与两根所述绳索分别对应相连的两个索连接点，两个所述出索点和两个所述索连接点顺次连接始终构成平行四边形。
14.根据本发明的一些实施例，每组所述索驱动支链中，两根所述绳索在所述滚筒驱动组件的驱动下始终平行且同步收放。
15.根据本发明的一些实施例，每个所述索连接点处设有拉力传感器，所述拉力传感器用于进行绳索索力监测。
16.根据本发明的一些实施例，所述滚筒驱动组件包括滚筒安装座、滚筒和伺服电机，所述滚筒安装座固定安装在所述静平台的上表面上，所述滚筒可转动地支撑在所述滚筒安装座上，所述平行绳索的一端缠绕在所述滚筒上，所述伺服电机驱动所述滚筒正反转，以改变所述平行绳索在所述滑轮组件至所述动平台之间的长度。
17.根据本发明的一些实施例，所述伺服电机配备有编码器。
18.根据本发明的一些实施例，所述伺服电机内具有电流传感器，所述电流传感器用于进行绳索索力监测。
19.根据本发明的一些实施例，所述滑轮组件包括上滑轮组件和下滑轮组件；所述上滑轮组件位于所述静平台的上方且包括上滑轮座和上滑轮；所述上滑轮座固定在所述静平
台的上表面上，所述上滑轮可转动地支撑在所述上滑轮座上；所述下滑轮组件位于所述静平台下方且包括套筒、转动座、两个凹槽滑轮和两个横筒；所述套筒穿过所述静平台并与所述静平台固定，所述转动座的顶部可转动地套设在所述套筒的下端；两个所述凹槽滑轮的轴线位于同一水平面上，两个所述凹槽滑轮并排相切地且可转动地支撑在所述转动座上；两个所述横筒位于两个所述凹槽滑轮的下方且处于同一高度，两个所述横筒的轴线与两个所述凹槽滑轮的轴线垂直；两个所述横筒并排相邻地且可转动地支撑在所述转动座上，两个所述横筒之间形成狭缝；所述平行绳索中的单根绳索从所述滚筒驱动组件引出后，经过所述上滑轮，再依次向下穿过所述套筒、两个所述凹槽滑轮在相切处对应的凹槽和两个所述横筒之前的所述狭缝，与所述动平台相连。
20.根据本发明的一些实施例，所述滑轮组件还包括额外滑轮组件、受压滑轮组件和压力传感器；所述额外滑轮组件位于所述静平台的上方且包括额外滑轮座和额外滑轮，所述额外滑轮座固定在所述静平台的上表面上，所述额外滑轮可转动地支撑在所述额外滑轮座上；所述受压滑轮组件位于所述静平台的下方且包括受压滑轮座和受压滑轮，所述受压滑轮可转动地支撑在所述受压滑轮座上，所述压力传感器固定在所述受压滑轮座与所述静平台的下表面之间；所述平行绳索中的单根绳索从所述滚筒驱动组件引出后，经过所述额外滑轮，再向下穿过所述静平台经过所述受压滑轮，然后再向上穿过所述静平台，经过所述上滑轮。
21.根据本发明的一些实施例，所述中央支链包括张紧单元、上端铰链和下端铰链；所述张紧单元的上端通过所述上端铰链与所述静平台的中心相连，所述张紧单元的下端通过所述下端铰链与所述外上平台的中心相连。
22.根据本发明的一些实施例，所述张紧单元为被动式张紧单元或主动式张紧单元。
23.根据本发明的一些实施例，所述被动式张紧单元包括刚性杆件和第一弹簧；所述上端铰链由第一万向铰和第一移动副组成，由内而外分别为内环、中环和外环，所述内环与所述中环之间为第一转动副，所述中环与所述外环之间为第二转动副，所述第一转动副的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线相互垂直，从而形成所述第一万向铰，所述外环固定在所述静平台的中心孔内，所述内环上装有第二轴线轴承；所述刚性杆件的上端穿过所述第二轴线轴承，从而构成第一移动副；所述下端铰链为第二万向铰或第一球铰，所述刚性杆件的下端与所述下端铰链相连；所述第一弹簧始终处于压缩状态套设在所述刚性杆件上，所述第一弹簧的两端分别与所述上端铰链和所述下端铰链相连。
24.根据本发明的一些实施例，所述被动式张紧单元为气缸，所述上端铰链为第三万向铰或第二球铰，所述下端铰链为第四万向铰或第三球铰，所述气缸的上端与所述上端铰链相连，所述气缸的下端与所述下端铰链相连。
25.根据本发明的一些实施例，所述主动式张紧单元为电动推杆，所述上端铰链为第五万向铰或第四球铰，所述下端铰链为第六万向铰或第五球铰，所述电动推杆的上端与所述上端铰链相连，所述电动推杆的下端与所述下端铰链相连。
26.根据本发明的一些实施例，所述主动式张紧单元为液压缸，所述上端铰链为第七万向铰或第六球铰，所述下端铰链为第八万向铰或第七球铰，所述液压缸的上端与所述上端铰链相连，所述液压缸的下端与所述下端铰链相连。
27.根据本发明的一些实施例，所述传动机构包括丝杆和丝杆螺母，所述丝杆的上端
和下端分别可转动地支撑在所述外上平台的中心和所述外下平台的中心处，所述丝杆螺母设置在所述丝杆上，所述内平台具有中心孔，所述内平台通过所述中心孔套固在所述丝杆螺母的外周上，所述执行器同轴固定在所述丝杆的下端。
28.根据本发明的一些实施例，所述传动机构还包括光杆和第二弹簧，所述光杆穿过所述内平台的穿孔，所述光杆的上端和下端分别对应地固定在所述外上平台和所述外下平台上，所述第二弹簧呈压缩状态套设在所述光杆上且位于所述外上平台和所述内平台之间。
29.根据本发明的一些实施例，所述传动机构还包括第二直线轴承，所述第二直线轴承安装在所述穿孔中，所述光杆穿过所述第二直线轴承。
30.根据本发明的一些实施例，所述传动机构包括横向支撑轴、横向锥齿轮、旋转轴和水平锥齿轮；所述横向支撑轴在所述外上平台和所述外下平台之间呈左右方向延伸，且所述横向支撑轴的左端和右端分别与所述外平台固定；所述内平台可转动地支撑在所述横向支撑轴上；所述横向锥齿轮设置在所述内平台上；所述旋转轴呈竖向布置，所述旋转轴的可转动地支撑在所述外下平台的中心和所述横向支撑轴上；所述水平锥齿轮设置在所述旋转轴上，所述水平锥齿轮与所述横向锥齿轮啮合；所述执行器同轴固定在所述旋转轴的下端。
31.根据本发明的一些实施例，所述水平锥齿轮有两个，其中一个所述水平锥齿轮位于所述横向支撑轴的上方，其中另一个所述水平锥齿轮位于所述横向支撑轴的下方；所述横向锥齿轮有两个且均为半剖式锥齿轮，其中一个所述半剖式锥齿轮位于所述旋转轴的左侧且与两个所述水平锥齿轮中的一个所述锥齿轮啮合，其中另一个所述半剖式锥齿轮位于所述旋转轴的右侧且与两个所述水平锥齿轮中的另一个所述锥齿轮啮合。
32.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
33.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1为本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人的结构示意图。
35.图2为本发明实施例中滚筒驱动组件的结构示意图。
36.图3为本发明实施例中一种滑轮组件的结构示意图。
37.图4为图3中下滑轮组件的爆炸结构示意图。
38.图5为本发明实施例中另一种滑轮组件的结构示意图。
39.图6为本发明的一个实施例中动平台和中央支链的结构示意图，其中示意出中央支链包括刚性杆件和第一弹簧。
40.图7为本发明实施例中第一万向铰的结构示意图。
41.图8为本发明的另一个实施例中动平台和中央支链的结构示意图，其中示意出中央支链包括气缸。
42.图9为本发明的又一个实施例中动平台和中央支链的结构示意图，其中示意出中央支链包括电动推杆。
43.图10为本发明的再一个实施例中动平台和中央支链的结构示意图，其中示意出中
央支链包括液压缸。
44.图11为本发明实施例中第三万向铰的结构示意图。
45.图12为本发明实施例中的一种动平台的结构示意图。
46.图13为图12的剖视图。
47.图14为本发明实施例中的另一种动平台的结构示意图。
48.图15为图14的剖视图。
49.附图标记：
50.轻量化高速四自由度索驱动并联机器人1000
51.静平台1
52.动平台2
53.外平台21
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外上平台211
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外下平台212
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内平台22
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中心孔221
54.传动机构23
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丝杆231
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丝杆螺母232
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光杆233
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第二弹簧234
55.第二直线轴承235
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横向支撑轴236
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横向锥齿轮237
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旋转轴238
56.水平锥齿轮239
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执行器24
57.索驱动支链3
58.滚筒驱动组件31
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滚筒安装座311
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滚筒312
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伺服电机313
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减速器314
59.联轴器315
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编码器316
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滑轮组件32
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上滑轮组件321
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上滑轮座3211
60.上滑轮3212
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上滑轮轴3213
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下滑轮组件322
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套筒3221
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转动座3222
61.凹槽滑轮3223
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横筒3224
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水平轴承3225
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轴承轴3226
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横筒轴3227
62.额外滑轮组件323
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额外滑轮座3231
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额外滑轮3232
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额外滑轮轴3233
63.受压滑轮组件324
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受压滑轮座3241
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受压滑轮3242
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受压滑轮轴3243
64.压力传感器325
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平行绳索33
65.中央支链4
66.张紧单元41
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刚性杆件411
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第一弹簧412
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上端铰链42
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第一万向铰421
67.内环4211
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中环4212
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外环4213
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第一转动副4214
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第二转动副4215
68.第一移动副422
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第二轴线轴承4221
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下端铰链43
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气缸413
69.第三万向铰423
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第三内环4231
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第三中环4232
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第三外环4233
70.第三转动副4234
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第四转动副4235
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电动推杆414
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液压缸415
具体实施方式
71.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
72.下面结合图1至图15来描述本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人1000。
73.如图1至图15所示，根据本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人1000，包括静平台1、动平台2、索驱动支链3和中央支链4。其中，动平台2有间距地位于静平台1的下方，动平台2包括外平台21、内平台22、传动机构23和执行器24，外平台21包括外上平台211和外下平台212，外上平台211和外下平台212的左右两侧固定相连，内平台22和传
动机构23均位于外上平台211和外下平台212之间，且传动机构23分别与外平台21和内平台22相连，执行器24位于动平台2的下方且与传动机构23相连；索驱动支链3有四组，四组索驱动支链3分别位于静平台1的中心的前侧、后侧、左侧和右侧；每组索驱动支链3包括滚筒驱动组件31、滑轮组件32和平行绳索33，滚筒驱动组件31和滑轮组件32安装在静平台1上，平行绳索33缠绕于滚筒驱动组件31上，并经滑轮组件32引导后连接至动平台2上，其中，左右相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33对应地连接至外平台21左右相对的两侧上，前后相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33对应地连接至内平台22前后相对的两侧上；中央支链4的两端分别连接在静平台1的中心与动平台2的顶部中心，用于始终张紧四组平行绳索33；工作时，四组索驱动支链3的滚筒驱动组件31分别对应地控制各自的平行绳索33的收放，使动平台2具有三维平动自由度，并通过前后相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33驱动内平台22，进而通过内平台22驱动传动机构23使执行器24具有绕自身中心轴线的一维转动自由度，从而实现四自由度scara运动。
74.具体地，静平台1在使用时是相对于动平台2固定不动，起固定和安装作用，为各功能组件提供安装连接位置和接口，例如可以为滚筒驱动组件31和滑轮组件32等功能部件提供安装位置和支撑。动平台2有间距地位于静平台1的下方，动平台2包括外平台21、内平台22、传动机构23和执行器24，外平台21包括外上平台211和外下平台212，外上平台211和外下平台212的左右两侧固定相连，内平台22和传动机构23均位于外上平台211和外下平台212之间，且传动机构23分别与外平台21和内平台22相连，执行器24位于动平台2的下方且与传动机构23相连。可以理解的是，内平台22位于外上平台211和外下平台212之间，以形成分层结构的动平台2，内平台22可以相对于外平台21运动以带动传动机构23运动，传动机构23将内平台22相应的运动转化输出为绕着竖直轴的转动，从而带动连接在传动机构23上的执行器24绕执行器24自身中心轴线进行一维转动，实现对执行器24上的物体的位姿的调整，也就是说，通过分层结构的动平台2实现平面旋转自由度，无需在动平台2安装额外驱动单元，有效减小运动质量，实现低成本、高效率的机器人装备。执行器24可以为不同类别的抓取工具或者抓取手，以实现机器人终端的抓取功能。
75.索驱动支链3有四组，四组索驱动支链3分别位于静平台1的中心的前侧、后侧、左侧和右侧，具体地，在图1中，四组索驱动支链3可以静平台1的中心呈圆周均布。每组索驱动支链3包括滚筒驱动组件31、滑轮组件32和平行绳索33，滚筒驱动组件31和滑轮组件32安装在静平台1上，平行绳索33缠绕于滚筒驱动组件31上，并经滑轮组件32引导后连接至动平台2上。其中，滚筒驱动组件31用于提供动力，驱动缠绕在滚筒驱动组件31上的平行绳索33运动以改变平行绳索33位于滑轮组件32与动平台2之间的长度。通过对四组滑轮组件32的合理布置，一方面，滑轮组件32用于对平行绳索33进行引导换向，即改变平行绳索33的延伸方向，例如如图1所示，使平行绳索33向下贯穿静平台1；另一方面，当滚筒驱动组件31调节平行绳索33位于滑轮组件32与动平台2之间的长度时，可以确保平行绳索33运动会非常顺畅。四组平行绳索33用于控制动平台2，使动平台2可以实现三个自由度空间平动，而限制动平台2自身的三个转动自由度，即外平台21可以相对于静平台1发生三维平动而不能发生转动，这样可以使动平台2的运动更加平稳高效。由此，本发明的并联机器人通过四组索驱动支链3代替现有技术中刚性杆件411运动支链对动平台2进行驱动，一方面，可以极大地减轻并联机器人的质量，使并联机器人容易实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运
动效率，且机器人自身质量带来的负载比较小，用于驱动自身运动的能耗也较小；另一方面，每组索驱动支链3避免了现有技术中刚性杆件411运动支链大量使用的球铰等复杂铰链，结构简单，成本低。
76.左右相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33对应地连接至外平台21左右相对的两侧上，前后相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33对应地连接至内平台22前后相对的两侧上(如图1所示)。这样当执行器24需要进行转动时，可以通过控制连接在内平台22上的前后相对设置的两组平行绳索33来带动内平台22运动，进而通过内平台22带动传动机构23的运动，使执行器24发生相应的绕自身中心轴线的一维转动，以对执行器24上抓取的物体姿态进行调整。也就是说，执行器24的转动动力来源于前后相对设置的两组索驱动支链3，这样无需在动平台2安装额外驱动单元，有效减小运动质量，实现低成本、高效率的机器人装备。中央支链4的两端分别连接在静平台1的中心与动平台2的顶部中心，用于始终张紧四组平行绳索33。具体地，无论动平台2是处于静止状态还是运动状态，中央支链4会始终地对静平台1和动平台2施加推力，该推力与平行绳索33的拉力形成对抗，从而保证平行绳索33始终处于张紧，避免了对动平台2的驱动冗余，并使整个机器人形成张拉整体结构。中央支链4的设置一方面提高了本发明并联机器人的整体刚度，使本发明的并联机器人具有更好的高速/高加速性能；另一方面，使平行绳索33始终处于张紧状态，保证了平行绳索33对动平台2的驱动和约束能力，同时平行绳索33始终处于张紧状态也是平行绳索33始终形成平行四边形的重要条件。
77.工作时，四组索驱动支链3的滚筒驱动组件31分别对应地控制各自的平行绳索33的收放，这样可以有效地改变平行绳索在滑轮组件32与动平台2之间的长度，使动平台2具有三维平动自由度，并通过前后相对设置的两组索驱动支链3的平行绳索33驱动内平台22，进而通过内平台22驱动传动机构23使执行器24具有绕自身中心轴线的一维转动自由度，从而实现四自由度scara运动。
78.根据本发明实施例的轻量化高速四自由度索驱动并联机器人1000，具有如下优点，第一、通过平行绳索33驱动内平台22，进而通过内平台22驱动传动机构23使执行器24具有绕自身中心轴线的一维转动自由度，无需在动平台2上安装额外的驱动单元来驱动执行器24转动，可以有效减小动平台2整体的质量，使本发明的并联机器人可以实现低成本、高效率地完成高速抓取、分拣等任务。第二、通过四组索驱动支链3代替现有技术中刚性杆件411运动支链对动平台2进行驱动，一方面，可以极大地减轻并联机器人的质量，使并联机器人容易实现高的速度和加速度，从而大幅地提高机器人运动效率，且机器人自身质量带来的负载比较小，用于驱动自身运动的能耗也较小；另一方面，每组索驱动支链3避免了现有技术中刚性杆件411运动支链大量使用的球铰等复杂铰链，成本低，结构简单。第三、通过设置中央支链4来始终张紧四组平行绳索33，避免了对动平台2的驱动冗余，提高本发明并联机器人的整体刚度，使机器人具有更好的高速/高加速性能，可以实现高动态运动。第四、本发明的并联机器人通过采用索驱动并联机构，在具有刚性并联机构负载能力强、精度高的优势的同时，还兼具索驱动机构惯量低、工作空间大的优势。
79.根据本发明的一些实施例，每组索驱动支链3中，平行绳索33中的绳索数量为两根，滑轮组件32的数量为两组，两组滑轮组件32各具有一个供平行绳索33中的单根绳索引出的出索点，动平台2具有与两根绳索分别对应相连的两个索连接点，两个出索点和两个索
连接点顺次连接始终构成平行四边形，每组索驱动支链3中两个出索点和两个索连接点顺次连接始终构成平行四边形。利用四组始终形成平行四边形的平行绳索33来控制动平台2的运动，使动平台2可以实现三个自由度空间平动，而限制动平台2自身的三个转动自由度，这样可以使动平台2的运动更加平稳高效。同时，利用前后两组前后相对设置的两组平行绳索33来带动内平台22运动，进而通过内平台22带动传动机构23的运动，使执行器24发生相应的绕自身中心轴线的一维转动，以对执行器24上抓取的物体姿态进行调整。此外，平行绳索33中的绳索数量为两根，有利于机器人结构的简化。
80.根据本发明的一些实施例，每组索驱动支链3中，两根平行绳索33在滚筒驱动组件31的驱动下始终平行且同步收放。这样，可以保证一组平行绳索33中的两根绳索之间始终平行，以驱动动平台2实现三自由度空间平动，而限制动平台2的三个转动自由度。在一个具体的例子中，同一滚筒驱动组件31中的滚筒312的数量为一个，同一平行绳索33中的两根绳索的一端均缠绕在滚筒驱动组件31的滚筒312上，从而可以简单方便地实现一组平行绳索33中的两根绳索的同步收放。
81.根据本发明的一些实施例，每个索连接点处设有拉力传感器，拉力传感器用于进行绳索索力监测。这样，一方面可以根据拉力传感器的监测数据在本发明机器人的控制系统中对平行绳索33进行变形补偿，以提高对动平台2的定位控制精度；另一方面，可以根据拉力传感器的监测数据，及时获知平行绳索33出现的索力过大或者过小的情况，以进行处理，保证平行绳索33对动平台2的控制效果，例如当索力过大时，平行绳索33可能会发生断裂，当索力过小时，平行绳索33会发生虚牵、松弛等问题，均会影响平行绳索33对动平台2的控制效果。
82.根据本发明的一些实施例，滚筒驱动组件31包括滚筒安装座311、滚筒312和伺服电机313，滚筒安装座311固定安装在静平台1的上表面上，滚筒312可转动地支撑在滚筒安装座311上，平行绳索33的一端缠绕在滚筒312上，伺服电机313驱动滚筒312正反转，以改变平行绳索33在滑轮组件32至动平台2之间的长度，进而控制动平台2进行三自由度空间平动，而限制动平台2的三个转动自由度，使动平台2的运动更加平稳高效。
83.如图2所示，在一个具体的例子中，滚筒驱动组件31包括滚筒安装座311、滚筒312、伺服电机313、减速器314和联轴器315。减速器314和伺服电机313同轴固定设置且安装于滚筒安装座311上，滚筒312上刻有用于缠绕平行绳索33的螺旋槽，减速器314输出轴与滚筒312中心转轴通过联轴器315固定连接且同轴设置，滚筒安装座311固定安装在静平台1上。
84.根据本发明的一些实施例，伺服电机313配备有编码器316。编码器316的设置用于实时测量伺服电机313的转动角度并反馈至本发明并联机器人的控制系统中实施平行绳索33长度的闭环控制。
85.根据本发明的一些实施例，伺服电机313内具有电流传感器，电流传感器用于进行绳索索力监测。这样，一方面可以根据电流传感器的监测数据在本发明机器人的控制系统中对平行绳索33进行变形补偿，以提高对动平台2的定位控制精度；另一方面，可以根据电流传感器的监测数据，及时获知平行绳索33出现的索力过大或者过小的情况，以进行处理，保证平行绳索33对动平台2的控制效果，例如当索力过大时，平行绳索33可能会发生断裂，当索力过小时，平行绳索33会发生虚牵、松弛等问题，均会影响平行绳索33对动平台2的控制效果。
86.根据本发明的一些实施例，如图3和图4所示，滑轮组件32包括上滑轮组件321和下滑轮组件322；上滑轮组件321位于静平台1的上方且包括上滑轮座3211和上滑轮3212；上滑轮座3211固定在静平台1的上表面上，上滑轮3212可转动地支撑在上滑轮座3211上；上滑轮组件321用于对平行绳索33进行引导换向，并且可以使平行绳索33在相对于上滑轮组件321运动时更加顺畅。下滑轮组件322位于静平台1下方且包括套筒3221、转动座3222、两个凹槽滑轮3223和两个横筒3224；套筒3221穿过静平台1并与静平台1固定，转动座3222的顶部可转动地套设在套筒3221的下端；也就是说，转动座3222可以跟随平行绳索33的运动发生绕套筒3221中心轴线的转动，这样可以保证在平行绳索33的运动过程中，单根绳索始终处于两个凹槽滑轮3223所在的中心平面内，一方面，可以防止绳索与凹槽滑轮3223脱离；另一方面有利于减少绳索与凹槽滑轮3223之间的磨损，延长绳索的使用寿命，同时减少对绳索转动过程的影响。两个凹槽滑轮3223的轴线位于同一水平面上，两个凹槽滑轮3223并排相切地且可转动地支撑在转动座3222上；两个横筒3224位于两个凹槽滑轮3223的下方且处于同一高度，两个横筒3224的轴线与两个凹槽滑轮3223的轴线垂直；两个横筒3224并排相邻地且可转动地支撑在转动座3222上，两个横筒3224之间形成狭缝；两个横筒3224之间的狭缝的设置用于保护绳索，避免绳索与转动座3222之间发生严重磨损，并且可以进一步地将绳索限制在两个凹槽滑轮3223所在的中心平面内，避免绳索与凹槽滑轮3223脱离。平行绳索33中的单根绳索从滚筒驱动组件31引出后，经过上滑轮3212，再依次向下穿过套筒3221、两个凹槽滑轮3223在相切处对应的凹槽和两个横筒3224之前的狭缝，与动平台2相连。下滑轮组件322的两个凹槽滑轮3223在相切处对应的凹槽的设置用于对绳索进行导向，并且可以防止绳索与下滑轮组件322发生脱落。
87.在一个具体的例子中，如图4所示，上滑轮组件321包括上滑轮座3211、上滑轮3212和上滑轮轴3213，上滑轮3212通过上滑轮轴3213转动安装在上滑轮座3211上，上滑轮组件321与滚筒驱动组件31均固定在静平台1的上表面上。可以理解的是，上滑轮组件321用于对绳索进行引导换向，并且可以使绳索在相对于上滑轮组件321运动时更加顺畅。下滑轮组件322包括套筒3221、转动座3222、两个凹槽滑轮3223、两个横筒3224、水平轴承3225、两个轴承轴3226和两个横筒轴3227。其中，转动座3222包括上转动座和两个下转动座，两个下转动座对称固定设置在上转动座的下表面，为凹槽滑轮3223和横筒3224提供安装位置，套筒3221为空心结构，供绳索穿过，套筒3221穿过静平台1并与静平台1固定，上转动座通过水平轴承3225可转动地安装在套筒3221的下端，从而使整个转动座3222可随着绳索的运动相对静平台1绕套筒3221的中心轴线转动，保证绳索始终处于两个凹槽滑轮3223的中心平面内；两个凹槽滑轮3223位于两个下转动座之间，两个凹槽滑轮3223的轴线位于同一水平面上，两个凹槽滑轮3223并排相切地且分别通过两个轴承轴3226可转动地支撑在两个下转动座上，两个凹槽滑轮3223相切处对应形成凹槽，凹槽的直径略大于绳索的直径，凹槽滑轮3223用于对绳索进行导向的同时，可以防止绳索从凹槽滑轮3223脱落；两个横筒3224位于两个凹槽滑轮3223的下方且处于同一高度，两个横筒3224的轴线与两个凹槽滑轮3223的轴线垂直，两个横筒3224分别可转动地套设在两个横筒轴3227上，两个横筒轴3227分别安装在两个下转动座上，两个横筒轴3227并排相邻地支撑在转动座3222上，两个横筒3224之间形成狭缝，下滑轮组件322的两个横筒3224之前的狭缝的设置用于保护绳索，避免绳索与转动座3222之间发生严重磨损，并且可以进一步地将绳索限制在两个凹槽滑轮3223所在的中心平
面内，避免绳索与凹槽滑轮3223脱离。
88.根据本发明的一些实施例，如图5所示，滑轮组件32还包括额外滑轮组件323、受压滑轮组件324和压力传感器325；额外滑轮组件323位于静平台1的上方且包括额外滑轮座3231和额外滑轮3232，额外滑轮座3231固定在静平台1的上表面上，额外滑轮3232可转动地支撑在额外滑轮座3231上，例如，额外滑轮3232可以套设在额外滑轮轴3233，进而通过额外滑轮轴3233转动安装在额外滑轮座3231上；受压滑轮组件324位于静平台1的下方且包括受压滑轮座3241和受压滑轮3242，受压滑轮3242可转动地支撑在受压滑轮座3241上，例如，受压滑轮3242可以套设在受压滑轮轴3243上，进而通过受压滑轮轴3243转动安装在受压滑轮座3241上；压力传感器325固定在受压滑轮座3241与静平台1的下表面之间，压力传感器325用于监测受压滑轮组件324所受到的压力；平行绳索33中的单根绳索从滚筒驱动组件31引出后，经过额外滑轮3232，再向下穿过静平台1经过受压滑轮3242，然后再向上穿过静平台1，经过上滑轮3212。可以理解的是，额外滑轮3232和受压滑轮3242均可以起到对绳索进行引导换向的作用，如图5所示，绳索依次经过额外滑轮3232和受压滑轮3242的引导换向，向下穿过静平台1后再向上穿过静平台1。设置压力传感器325用于监测绳索对受压滑轮3242施加的压力，其中当位于受压滑轮3242两侧的绳索均为上下垂直设置时，压力传感器325监测到的压力为绳索上的索力的两倍，从而压力传感器325可以将监测到的压力传回本发明并联机器人的控制系统，以计算绳索上的索力。这样，一方面可以根据压力传感器325的监测数据在本发明机器人的控制系统中对平行绳索33进行变形补偿，以提高对动平台2的定位控制精度；另一方面，可以根据压力传感器325的监测数据，及时获知平行绳索33出现的索力过大或者过小的情况，以进行处理，保证平行绳索33对动平台2的控制效果，例如当索力过大时，平行绳索33可能会发生断裂，当索力过小时，平行绳索33会发生虚牵、松弛等问题，均会影响平行绳索33对动平台2的控制效果。
89.根据本发明的一些实施例，中央支链4包括张紧单元41、上端铰链42和下端铰链43；张紧单元41的上端通过上端铰链42与静平台1的中心相连，张紧单元41的下端通过下端铰链43与外上平台211的中心相连。上端铰链42和下端铰链43的设置用于使张紧单元41的两端具有相应的运动自由度，以使张紧单元41可以随着动平台2的运动而发生对应摆动。张紧单元41的两端分别通过上端铰链42和下端铰链43连接在静平台1的中心与外上平台211的中心，无论外平台21是处于静止状态还是运动状态，张紧单元41会始终地对外平台21施加推力，该推力与平行绳索33的拉力形成对抗，从而保证平行绳索33始终处于张紧，并使整个机器人形成张拉整体结构，提高本发明并联机器人的整体刚度，同时，平行绳索33始终处于张紧是保证平行绳索33的驱动和约束能力以及平行绳索33始终形成平行四边形的重要条件，可以有效提高机器人的高速/高加速性能，即动平台2可以实现高速稳定运动。
90.根据本发明的一些实施例，张紧单元41为被动式张紧单元或主动式张紧单元。被动式张紧单元是利用被动的方式对绳索进行张紧，例如通过弹簧向动平台2施加辅助张紧力或者利用气缸413向动平台2施加辅助张紧力；主动式张紧单元是利用主动的方式对绳索进行张紧，例如利用液压缸415或者电动推杆414，通过主动调节液压缸415或者电动推杆414输出的推力或者长度，向动平台2施加合适的辅助张紧力。采用张紧单元41对平行绳索33进行张紧，避免了对动平台2的驱动冗余，易于控制，动平台2的运动空间更大，成本低。
91.根据本发明的一些实施例，如图6和图7所示，被动式张紧单元包括刚性杆件411和
第一弹簧412；上端铰链42由第一万向铰421和第一移动副422组成，由内而外分别为内环4211、中环4212和外环4213，内环4211与中环4212之间为第一转动副4214，中环4212与外环4213之间为第二转动副4215，第一转动副4214的转动轴线与第二转动副4215的转动轴线相互垂直，从而形成第一万向铰421，外环4213固定在静平台1的中心孔221内，内环4211上装有第二轴线轴承4221；可以理解的是，内环4211可以绕着第一转动副4214的中心轴线转动，中环4212可以绕着第二转动副4215的中心轴线转动，以使第一万向铰421具有两个转动自由度。刚性杆件411的上端穿过第二轴线轴承4221，从而构成第一移动副422；可以理解的是，刚性杆件411可以沿着第二轴线轴承4221上下移动，以跟随动平台2的运动增加或减少刚性杆件411位于动平台2和静平台1之间的长度。下端铰链43为第二万向铰或第一球铰，刚性杆件411的下端与下端铰链43相连；可以理解的是，下端铰链43具有两个转动自由度，以使被动式张紧单元可以跟随动平台2的运动发生相适应的摆动。第一弹簧412始终处于压缩状态套设在刚性杆件411上，第一弹簧412的两端分别与上端铰链42和下端铰链43相连，这样，由于弹簧自身的特性，处于压缩状态的弹簧会产生与压缩方向相反的弹力以作用在上端铰链42和下端铰链43上，进而作用在静平台1和动平台2上，从而与绳索的拉力形成对抗，实现对绳索的张紧。需要说明的是，本实施例的被动式张紧单元可以根据本发明并联机器人的负载、加速度及刚度要求选择不同刚度和长度参数的弹簧，从而可以在使用时为绳索提供相适应的张紧力，在可以有效张紧平行绳索33的同时降低因弹簧弹力的引入而产生的负载和能耗。
92.根据本发明的一些实施例，如图8所示，被动式张紧单元为气缸413，上端铰链42为第三万向铰423或第二球铰，下端铰链43为第四万向铰或第三球铰，气缸413的上端与上端铰链42相连，气缸413的下端与下端铰链43相连。这里，第三万向铰423或第二球铰用于使气缸413的上端具有两个转动自由度，使气缸413的上端可以随着动平台2的运动发生绕上端铰链42的中心发生摆动，第四万向铰或第三球铰用于使气缸413的下端具有两个转动自由度，即气缸413的下端可以跟随动平台2的运动发生摆动。需要说明的是，本实施例中的被动式张紧单元可以根据本发明并联机器人的负载、加速度及刚度要求更换不同型号的气缸413，气缸413可动态调整供气压强，从而可以为平行绳索33提供相适应的张紧力，在可以有效张紧平行绳索33的同时降低因气缸413推力的引入而产生的负载和能耗。
93.在一个具体的例子中，如图11所示，第三万向铰423由内而外分别为第三内环4231、第三中环4232和第三外环4233，第三内环4231与第三中环4232之间为第三转动副4234，第三中环4232与第三外环4233之间为第四转动副4235，第三转动副4234的转动轴线与第四转动副4235的转动轴线相互垂直，从而形成第三万向铰423。
94.根据本发明的一些实施例，如图9所示，主动式张紧单元为电动推杆414，上端铰链42为第五万向铰或第四球铰，下端铰链43为第六万向铰或第五球铰，电动推杆414的上端与上端铰链42相连，电动推杆414的下端与下端铰链43相连。具体地，电动推杆414采用位置闭环控制、力闭环控制或力位混合控制方式，主动调整电动推杆414输出的长度或推力，从而为平行绳索33提供相适应的张紧力，在有效保证绳索张紧的同时降低了因电动推杆414推力引入的负载和能耗，并且当动平台2上的负载过大时，电动推杆414还可以提供拉力，从而提高本发明并联机器人的负载能力。其中，该实施例的主动式张紧单元可根据本发明并联机器人的负载、加速度及刚度要求更换不同型号的电动推杆414，以适应不同的使用需求。
95.进一步地，第五万向铰的形状和构造与第三万向铰423相同，也均包括由内而外分别为第三内环4231、第三中环4232和第三外环4233，第三内环4231与第三中环4232之间为第三转动副4234，第三中环4232与第三外环4233之间为第四转动副4235，第三转动副4234的转动轴线与第四转动副4235的转动轴线相互垂直。
96.根据本发明的一些实施例，如图10所示，主动式张紧单元为液压缸415，上端铰链42为第七万向铰或第六球铰，下端铰链43为第八万向铰或第七球铰，液压缸415的上端与上端铰链42相连，液压缸415的下端与下端铰链43相连。具体地，液压缸415采用位置闭环控制、力闭环控制或力位混合控制方式，主动调整液压缸415输出的长度或推力，从而为平行绳索33提供相适应的张紧力，在有效保证绳索张紧的同时降低了因液压缸415推力引入的负载和能耗，并且当动平台2上的负载过大时，液压缸415还可以提供拉力，从而提高本发明并联机器人的负载能力。其中，该实施例的主动式张紧单元可根据本发明并联机器人的负载、加速度及刚度要求更换不同型号的液压缸415，以适应不同的使用需求。
97.进一步地，第七万向铰的形状和构造与第三万向铰423相同，也均包括由内而外分别为第三内环4231、第三中环4232和第三外环4233，第三内环4231与第三中环4232之间为第三转动副4234，第三中环4232与第三外环4233之间为第四转动副4235，第三转动副4234的转动轴线与第四转动副4235的转动轴线相互垂直。
98.根据本发明的一些实施例，如图12和图13所示，传动机构23包括丝杆231和丝杆螺母232，丝杆231的上端和下端分别可转动地支撑在外上平台211的中心和外下平台212的中心处，例如，丝杆231的上端和下端可以分别通过轴承可转动地支撑在外上平台211的中心和外下平台212的中心处，丝杆螺母232设置在丝杆231上，丝杆231与丝杆螺母232螺纹连接，内平台22具有中心孔221，内平台22通过中心孔221套固在丝杆螺母232的外周上，执行器24同轴固定在丝杆231的下端。当需要执行器24绕自身中心轴线进行转动时，连接在内平台22上的两组平行绳索33按照特定的速率进行同步收放，当平行绳索33位于动平台2和滑轮组件32之间的长度减小时，内平台22会相对于外平台21向上运动，从而带动丝杆231沿着一个方向转动，进而丝杆231可以带动执行器24向一个方向转动，当平行绳索33位于动平台2和滑轮组件32之间的长度增加时，内平台22可以通过自身重力或者设置的其他部件对内平台22产生的推力使内平台22相对于外平台21向下运动，从而内平台22会带动丝杆231向另一个方向转动，进而丝杆231也会带动执行器24进行相反方向的转动，实现执行器24绕自身中心轴线的一维转动自由度。
99.如图12和图13所示，在本发明的一些实施例中，传动机构23还包括光杆233和第二弹簧234，光杆233穿过内平台22的穿孔，光杆233的上端和下端分别对应地固定在外上平台211和外下平台212上，第二弹簧234呈压缩状态套设在光杆233上且位于外上平台211和内平台22之间。这里，设置光杆233用于对内平台22的运动进行导向，使内平台22可以沿光杆233的轴向方向运动，运动更加平稳。在光杆233外套设第二弹簧234，一方面，在内平台22向下运动时，第二弹簧234可以向内平台22提供向下运动的推力，相对于利用内平台22自身重力驱动自身向下运动的方式，利用第二弹簧234推动内平台22向下运动的方式更加高效可控；另一方面，保证连接在内平台22和外平台21上的绳索均能张紧，避免内平台22沿光杆233方向产生不受控制的运动。需要说明的是，当被动式张紧单元包括刚性杆件411和第一弹簧412时，第二弹簧234的总刚度小于第一弹簧412的总刚度，这是由于若第二弹簧234的
总刚度大于第一弹簧412的总刚度，当平行绳索33带动动平台2向上运动时，第一弹簧412首先会被挤压产生变形，从而使动平台2的整体位置发生变化，因此，只有当第二弹簧234的总刚度小于第一弹簧412的总刚度时，才能满足本发明并联机器人的正常使用。
100.具体地，光杆233有间距地对称设置有多个，例如，设置两个、四个等，如图12所示，当设置四个光杆233时，内平台22运动平稳性好。
101.根据本发明的一些实施例，如图12和图13所示，传动机构23还包括第二直线轴承235，第二直线轴承235安装在穿孔中，光杆233穿过第二直线轴承235。第二直线轴承235的设置，可以使内平台22在相对于光杆233进行运动时更加顺畅，减少光杆233与内平台22之间的摩擦。
102.根据本发明的一些实施例，如图14和图15所示，传动机构23包括横向支撑轴236、横向锥齿轮237、旋转轴238和水平锥齿轮239；横向支撑轴236在外上平台211和外下平台212之间呈左右方向延伸，且横向支撑轴236的左端和右端分别与外平台21固定；内平台22可转动地支撑在横向支撑轴236上；横向锥齿轮237设置在内平台22上；旋转轴238呈竖向布置，旋转轴238的可转动地支撑在外下平台212的中心和横向支撑轴236上；水平锥齿轮239设置在旋转轴238上，水平锥齿轮239与横向锥齿轮237啮合；执行器24同轴固定在旋转轴238的下端。当需要执行器24绕自身中心轴线进行转动时，控制连接于内平台22上的两组平行绳索33中的一组平行绳索33收索，控制两组平行绳索33中的另一组平行绳索33放索，以驱动内平台22相对外平台21产生绕横向支撑轴236的转动，从而内平台22上安装的横向锥齿轮237随之旋转，驱动与自身啮合的水平锥齿轮239绕旋转轴238轴线进行旋转，水平锥齿轮239转动带动旋转轴238旋转进而使下端连接的执行器24产生绕竖直轴方向的转动，实现执行器24绕自身中心轴线的一维转动自由度。
103.进一步地，如图14和图15所示，水平锥齿轮239有两个，其中一个水平锥齿轮239位于横向支撑轴236的上方，其中另一个水平锥齿轮239位于横向支撑轴236的下方；横向锥齿轮237有两个且均为半剖式锥齿轮，其中一个半剖式锥齿轮位于旋转轴238的左侧且与两个水平锥齿轮239中的一个锥齿轮啮合，其中另一个半剖式锥齿轮位于旋转轴238的右侧且与两个水平锥齿轮239中的另一个锥齿轮啮合。可以理解的是，通过设置两组相互啮合的水平锥齿轮239和横向锥齿轮237进行分散受力，整体受力对称，传力比较稳定。
104.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
105.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。