防索虚牵装置及包含该装置的冗余驱动并联机器人技术领域
本发明涉及并联装置技术领域，尤其涉及一种防索虚牵的装置及包含该装置的冗
余驱动并联机器人。
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，控制困难。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
加入索力检测和调整模块。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。
发明内容
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虚牵的装置及包
含该装置的冗余驱动并联机器人，通过霍尔器件对索力的检测，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。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种防索虚牵装置包括外壳、弹簧、霍尔器件、永磁体以及由铁磁材料制成的内
筒；所述内筒上设有一检测缺口；所述弹簧的上、下两端都系在索上，弹簧的长度随着索的
张紧力的增大同步增长；弹簧可导电，其上端与外壳固结，下端与内筒固结；内筒部分置于
外壳内，随着弹簧的伸长与压缩，内筒相对外壳上下滑动；所述外壳上固设有霍尔器件，霍
尔器件背面设置一个永磁体；霍尔器件通过检测缺口的位置变化而识别索的张紧程度。
作为本发明的改进，一种防索虚牵装置还包括充电模块，弹簧可以导电，并且弹簧
上设有导线和充电模块，三者形成闭合的导线回路；索的索力变化带来弹簧的伸长与压缩，
弹簧的伸长与压缩会切割磁力线而形成电流，此电流给充电模块充电；充电模块供电给霍
尔器件。
作为本发明的进一步改进，所述外壳上设置有至少两组霍尔器件，其中第一组的
安装位置对应索力为最小张紧力时检测缺口的位置，第二组的安装位置对应索力为允许最
大值时检测缺口的位置。
作为本发明的进一步改进，所述外壳上设置有四组霍尔器件。
本发明还提供了一种包含防索虚牵装置的冗余驱动并联机器人，包括终端动平
台，多组带驱动的索，其特征在于：每组索上均串联有一个防索虚牵装置。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
本发明采用霍尔器件，霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器，具有许多优点，
它们的结构牢固，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，本发明通过霍尔器件对索力进行检测，相对
于，模块化程度高，结构简单可靠，安装实施方便，而且可以利用可导电的弹簧的伸缩运动
切割磁力线产生电力并给充电模块充电，充电模块进而供电给霍尔器件，从而检测索力变
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。
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一简单地介绍，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是一种防索虚牵装置的结构示意图；
图2是一种可自供电的防索虚牵装置的结构示意图；
图3是包含防索虚牵装置的冗余驱动并联机器人的结构示意图；
图中：1-终端动平台，2-索，3-防虚牵装置，31-导线，32-充电模块，33-外壳，34-弹
簧，35-霍尔器件，36-永磁体，37-内筒，371-检测缺口。
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所示的是一种防索虚牵装置，包括外壳33、弹簧34、霍尔器件35、永磁体36以
及由铁磁材料制成的内筒37；内筒37的外侧壁上设有一检测缺口371；弹簧34的上端穿过外
壳33的顶部系在索2上，下端穿过内筒37的底部系在索2上，弹簧34的长度随着索2的张紧力
的增大同步增长；可导电弹簧34的上端与外壳33固结，下端与内筒37固结；内筒37部分置于
外壳33内，随着弹簧34的伸长与压缩，内筒37相对外壳33上下滑动；所述外壳33上设置有霍
尔器件35，霍尔器件35背面设置一个永磁体36；霍尔器件35通过检测缺口371的位置变化而
识别索2的张紧程度。霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器，具有许多优点，其结构牢
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、水汽及盐雾等污染或腐蚀。本实施方案通过霍尔器件对索力的检测，并通过检测缺口位
置的变化判断索的张紧情况以及是否虚牵，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2所示，作为本发明的另一实施例，一种防索虚牵装置还包括充电模块32，弹
簧34可以导电，并且弹簧34、导线31和充电模块32三者形成闭合的导线回路；索2的索力变
化带来弹簧34的伸长与压缩，弹簧34的伸长与压缩会切割磁力线而形成电流，此电流给充
电模块32充电；充电模块32给霍尔器件35供电。充电模块用现有技术即可制成，如一个可充
电电池加上一个能利用切割磁力线发电并能给充电电池充电的简单电路。充电电池给霍尔
器件供电，也接受弹簧切割磁力线的发电。因此，本实施方案不需要外界给霍尔器件供电即
可实现对索力的检测，适用于一些工作环境复杂的特殊领域。所述外壳33上设置有至少两
组霍尔器件35，其中第一组的安装位置对应索力为最小张紧力时检测缺口371的位置，第二
组的安装位置对应索力为允许最大值时检测缺口371的位置。两组霍尔器件即可以检测出
索力为最小张紧力的状态，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。本实施例的基本原理是，可导电的弹簧的伸缩运动切割磁力线产生电力并给充
电模块充电，充电模块供电给霍尔器件并通过检测缺口位置的变化以判断索的张紧情况，
霍尔元件可以采用蓝牙等无线方式发射信号，如有振荡通过添加阻尼器避免系统振荡；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。
由于冗余驱动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
索索力为最小张紧力从而虚牵的的情况，且冗余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冗余驱动并联机器人，如图
3示意了一种包含防索虚牵装置3的实施方案，包括终端动平台1，多组带驱动的索2，每组索
2上均串联有一个防索虚牵装置3。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根据霍尔效应原理，将永磁体固设
在内筒上，霍尔器件设置在外壳上的适当位置，霍尔器件检测磁场的变化来识别内筒的位
置，从而知道索力的张紧程度；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。