專利名稱：三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)，尤其涉及一種空間三平動自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)作為柔性并聯(lián)機構(gòu)中的一種，是近10年來國際機構(gòu)學(xué)的研究熱點和學(xué)科前沿，也是我國學(xué)者在國際上具有重要學(xué)術(shù)影響的研究領(lǐng)域之一?；旌向?qū)動柔性并聯(lián)機構(gòu)是一個多閉環(huán)多彈性體非線性系統(tǒng)，它兼容了傳統(tǒng)柔索機構(gòu)的高效率、高承載力及伺服驅(qū)動機構(gòu)柔性可調(diào)的優(yōu)點，又彌補了傳統(tǒng)柔索機構(gòu)伺服電機驅(qū)動時機構(gòu)不能承受大載荷的缺陷，而且可以產(chǎn)生很大的加速度，相比于常規(guī)柔索并聯(lián)機構(gòu)擁有更好的靈活性和更強的適應(yīng)性，以其結(jié)構(gòu)簡單、易拆裝、可重組、模塊化程度高、負載能力強、運動速度快以及價格低廉等特點，在加工制造業(yè)、裝配業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋探測和航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。中國專利200910233341.2公開的《空間三維平動自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)》中，提出的混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)繼承了傳統(tǒng)并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)勢，具有高承載、高精度、速度可調(diào)的工作輸出，并且實現(xiàn)了高性能運動的輸出。然而近年來，隨著柔索并聯(lián)機構(gòu)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大，也對混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)提出了更高的要求，不僅需要具有高承載、高精度、速度可調(diào)的工作輸出，而且需要提供不同的工作空間?！犊臻g三維平動自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)》的驅(qū)動機構(gòu)是混合驅(qū)動的平面五連桿機構(gòu)，柔索直接連接在五連桿上，柔索的長度固定不變，從而導(dǎo)致柔索并聯(lián)機構(gòu)的工作空間無法變化，柔索并聯(lián)機構(gòu)工作空間大、柔性高、自適應(yīng)強的特點被限制，無法充分體現(xiàn)出來。目前，混合驅(qū)動五連桿柔索并聯(lián)機構(gòu)還無法解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機機構(gòu)柔索不能纏繞、工作空間固定的不足，本發(fā)明提供一種三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大負載運轉(zhuǎn)、高性能運動輸出，且具備運動速度可調(diào)的特點，同時可以應(yīng)用于大范圍的工作空間。技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，包括三組呈品字形分布的混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元、一個呈正三棱柱結(jié)構(gòu)的索塔支架和三根柔索；所述索塔支架包括三根索塔棱柱和兩端分別與相鄰兩根索塔棱柱固定的索塔橫梁，所述索塔棱柱的上端安裝有滑輪支架，所述滑輪支架上安裝有滑輪；所述索塔支架安裝在三組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)側(cè)，且每一組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元分別正對一根索塔棱柱安裝；所述混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元包括基座、常速電機、減速器、A曲柄、A連桿、伺服電機、小皮帶輪、皮帶、大皮帶輪、B曲柄、B連桿和絞盤，所述絞盤的中心轉(zhuǎn)軸線與基座位置固定；所述常速電機通過減速器驅(qū)動A曲柄轉(zhuǎn)動；所述小皮帶輪、皮帶和大皮帶輪構(gòu)成皮帶傳動機構(gòu)，伺服電機驅(qū)動小皮帶輪轉(zhuǎn)動，大皮帶輪驅(qū)動B曲柄轉(zhuǎn)動；所述々曲柄和A連桿一端之間、B曲柄和B連桿一端之間、A連桿另一端和B連桿另一端之間均通過可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動副鉸接，同時鉸接A連桿另一端和B連桿另一端的轉(zhuǎn)動副同時與絞盤偏心鉸接，所述絞盤可繞中心轉(zhuǎn)軸線作連續(xù)圓周轉(zhuǎn)動；所述A曲柄、A連桿、B曲柄、B連桿和絞盤工作在同一個平面內(nèi)；所述三根柔索的一端分別纏繞在三個絞盤上，另一端依次繞過相應(yīng)的滑輪后與位于索塔支架內(nèi)的重物固定；所述相應(yīng)的絞盤、柔索和滑輪工作在同一個平面內(nèi)。本案中，常速電機通過減速器減小轉(zhuǎn)速、增大力矩，驅(qū)動A曲柄；伺服電機通過皮帶傳送機構(gòu)驅(qū)動B曲柄；在A曲柄和B曲柄的驅(qū)動下，A連桿和B連桿同步運動，絞盤在A連桿和B連桿的共同運動帶動下運動，可以繞中心轉(zhuǎn)軸線作連續(xù)圓周轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對柔索的纏繞，柔索經(jīng)過導(dǎo)向滑輪改變方向，從而驅(qū)動重物動作，實現(xiàn)搬運與吊裝，完成重物空間三平動自由度的運轉(zhuǎn)。本案提供的機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大、易拆裝、可重組、模塊化程度高、負載能力強、運動速度快等優(yōu)點；能夠為機床、機器人、微動操作手等提供新機型。優(yōu)選的，所述伺服電機和小皮帶輪之間、常速電機和減速器之間均通過聯(lián)軸器連接。優(yōu)選的，所述每個滑輪支架上安裝有兩個滑輪，所述兩個滑輪之間存在0 90°
夾角。 優(yōu)選的，所述滑輪支架通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)安裝在索塔棱柱的上端；這樣，隨著柔索角度的改變，導(dǎo)向滑輪可以相對索塔支架轉(zhuǎn)動，自動調(diào)整方向，確保柔索始終位于導(dǎo)向滑輪的導(dǎo)向槽內(nèi)，不脫軌。所述柔索為鋼絲索。所述三組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元協(xié)同工作，隨著柔索長度的增加或者縮短，重物將會在上下左右前后六個方向進行搬運與吊裝，完成空間三平動自由度的工作有益效果:本發(fā)明提供的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，相比于常規(guī)的混合驅(qū)動五連桿機構(gòu)，引入了可以纏繞的驅(qū)動機構(gòu)，使每根柔索的長度可以大幅度收放，機構(gòu)的工作空間得以改變，重物可以達到常規(guī)混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)難以達到的位置；并且該機構(gòu)繼承了常規(guī)的機構(gòu)的高效率、高承載力及伺服驅(qū)動機構(gòu)柔性可調(diào)的優(yōu)點，甚至承載能力還有所增加，提高了系統(tǒng)控制的靈活性能；同時該機構(gòu)將混合驅(qū)動機構(gòu)和柔索并聯(lián)機構(gòu)更加完美的融合到了一起，提供了一種能夠完成大負載地運轉(zhuǎn)、高輸出性能、實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律的裝置，是一種結(jié)構(gòu)簡單、而且工作空間大、價格低廉的新一代機構(gòu)，具有深遠的理論意義和實際工程應(yīng)用價值。


圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為混合驅(qū)動五連桿纏繞機構(gòu)單元的主視結(jié)構(gòu)示意圖4為混合驅(qū)動五連桿纏繞機構(gòu)單元的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。如圖1、圖2所示為一種三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，包括三組呈品字形分布的混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元1、一個呈正三棱柱結(jié)構(gòu)的索塔支架2、三根柔索16和重物21 ;所述柔索16為鋼絲索。所述索塔支架2包括三根索塔棱柱7和兩端分別與相鄰兩根索塔棱柱7固定的索塔橫梁18，所述索塔棱柱7的上端安裝有滑輪支架20，所述滑輪支架20能夠相對索塔棱柱7發(fā)生轉(zhuǎn)動；所述滑輪支架20上安裝有兩個滑輪19，所述兩個滑輪19之間存在夾角；所述索塔支架2安裝在三組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元I的內(nèi)側(cè)，且每一組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元I分別正對一根索塔棱柱7安裝；如圖3、圖4所示，所述混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元I包括基座3、常速電機4、減速器5、A曲柄6、A連桿7、伺服電機13、小皮帶輪9、皮帶10、大皮帶輪8、B曲柄11、B連桿12和絞盤14，所述絞盤14的中心轉(zhuǎn)軸線與基座3位置固定；所述常速電機4通過減速器5驅(qū)動A曲柄6轉(zhuǎn)動；所述小皮帶輪9、皮帶10和大皮帶輪8構(gòu)成皮帶傳動機構(gòu)，伺服電機13驅(qū)動小皮帶輪9轉(zhuǎn)動，大皮帶輪8驅(qū)動B曲柄11轉(zhuǎn)動；所述A曲柄6和A連桿7 —端之間、B曲柄11和B連桿12 —端之間、A連桿7另一端和B連桿12另一端之間均通過可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動副鉸接，同時鉸接A連桿7另一端和B連桿12另一端的轉(zhuǎn)動副同時與絞盤14偏心鉸接，所述絞盤14可繞中心轉(zhuǎn)軸線作連續(xù)圓周轉(zhuǎn)動；所述A曲柄6、A連桿7、B曲柄11、B連桿12和絞盤14工作在同一個平面 內(nèi)；所述伺服電機13和小皮帶輪9之間、常速電機4和減速器5之間均通過聯(lián)軸器15連接。所述三根柔索16的一端分別纏繞在三個絞盤14上，另一端依次繞過相應(yīng)的滑輪19后與位于索塔支架2內(nèi)的重物21固定；所述相應(yīng)的絞盤14、柔索16和滑輪19工作在同一個平面內(nèi)。該結(jié)構(gòu)中，三組混合驅(qū)動五連桿纏繞機構(gòu)單元I作為位置和動力的發(fā)起者，由三根柔索16作為媒介和牽引，通過索塔支架2確定總體工作空間，共同實現(xiàn)重物21空間三平動自由度的搬運與吊裝。常速電動機4和伺服電機13同時作為混合驅(qū)動五連桿纏繞機構(gòu)I的驅(qū)動裝置，伺服電機13控制機構(gòu)的輸出速度，常速電機4為機構(gòu)提供主要力矩，常速電機4通過減速器5驅(qū)動A曲柄6，增加力矩提供，伺服電機13通過皮帶傳動機構(gòu)和B曲柄11相連，減小輸出速度，兩者均是通過聯(lián)軸器15將輸出運動傳遞給下一級裝置。A連桿7和B連桿12的鉸接點(即五連桿的中心輸出點)用來作為輸出點，在一定的控制條件下，可以作固定的圓周運動，驅(qū)動絞盤14的旋轉(zhuǎn)；絞盤14對柔索16進行收縮和釋放，處于索塔支架2內(nèi)部的柔索16長度會增加或者縮短。其中，柔索16通過導(dǎo)向滑輪19改變方向時，由于重物21位置的變化，柔索16的角度也會發(fā)生一些變化，這時導(dǎo)向滑輪19的滑輪支架20可以呈一定角度旋轉(zhuǎn)，自適應(yīng)柔索16的角度的變化，保證柔索16不會脫軌。柔索16跨過索塔支架2后，伸入到索塔支架2的內(nèi)部，連接到需要搬運的重物21上面，隨著柔索16長度的增加或者縮短，重物21將會在上下左右前后六個方向進行搬運與吊裝，完成空間三平動自由度的工作。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護 范圍。
權(quán)利要求
1.三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:包括三組呈品字形分布的混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元(I)、一個呈正三棱柱結(jié)構(gòu)的索塔支架(2)和三根柔索(16)； 所述索塔支架(2)包括三根索塔棱柱(7)和兩端分別與相鄰兩根索塔棱柱(7)固定的索塔橫梁(18)，所述索塔棱柱(7)的上端安裝有滑輪支架(20)，所述滑輪支架(20)上安裝有滑輪(19);所述索塔支架(2)安裝在三組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元(I)的內(nèi)側(cè)，且每一組混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元(I)分別正對一根索塔棱柱(7)安裝； 所述混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元(I)包括基座(3 )、常速電機(4)、減速器(5 )、A曲柄(6)、A連桿(7)、伺服電機(13)、小皮帶輪(9)、皮帶(10)、大皮帶輪(8)、B曲柄(11)、B連桿(12)和絞盤(14)，所述絞盤(14)的中心轉(zhuǎn)軸線與基座(3)位置固定；所述常速電機(4)通過減速器(5)驅(qū)動A曲柄(6)轉(zhuǎn)動；所述小皮帶輪(9)、皮帶(10)和大皮帶輪(8)構(gòu)成皮帶傳動機構(gòu)，伺服電機(13)驅(qū)動小皮帶輪(9)轉(zhuǎn)動，大皮帶輪(8)驅(qū)動B曲柄(11)轉(zhuǎn)動；所述A曲柄(6 )和A連桿(7 ) —端之間、B曲柄(11)和B連桿(12 ) —端之間、A連桿(7 )另一端和B連桿(12)另一端之間均通過可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動副鉸接，同時鉸接A連桿(7)另一端和B連桿(12)另一端的轉(zhuǎn)動副同時與絞盤(14)偏心鉸接，所述絞盤(14)可繞中心轉(zhuǎn)軸線作連續(xù)圓周轉(zhuǎn)動；所述A曲柄(6)、A連桿(7)、B曲柄(11)、B連桿(12)和絞盤(14)工作在同一個平面內(nèi)； 所述三根柔索(16)的一端分別纏繞在三個絞盤(14)上，另一端依次繞過相應(yīng)的滑輪(19)后與位于索塔支架(2)內(nèi)的重物(21)固定；所述相應(yīng)的絞盤(14)、柔索(16)和滑輪(19)工作在同一個平面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu),其特征在于:所述伺服電機(13)和小皮 帶輪(9)之間、常速電機(4)和減速器(5)之間均通過聯(lián)軸器(15)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu),其特征在于:所述每個滑輪支架(20)上安裝有兩個滑輪(19)，所述兩個滑輪(19)之間存在0 90°夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:所述滑輪支架(20)通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)安裝在索塔棱柱(7)的上端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu),其特征在于:所述柔索(16)為鋼絲索。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，包括三組呈品字形分布的混合驅(qū)動五連桿纏繞結(jié)構(gòu)單元、一個呈正三棱柱結(jié)構(gòu)的索塔支架和三根柔索。本發(fā)明提供的三自由度混合驅(qū)動纏繞式柔索并聯(lián)機構(gòu)，引入了可以纏繞的驅(qū)動機構(gòu)，使每根柔索的長度可以大幅度收放，機構(gòu)的工作空間得以改變，重物可以達到常規(guī)混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機構(gòu)難以達到的位置；同時該機構(gòu)將混合驅(qū)動機構(gòu)和柔索并聯(lián)機構(gòu)更加完美的融合到了一起，提供了一種能夠完成大負載地運轉(zhuǎn)、高輸出性能、實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律的裝置，是一種結(jié)構(gòu)簡單、而且工作空間大、價格低廉的新一代機構(gòu)，具有深遠的理論意義和實際工程應(yīng)用價值。
文檔編號B25J9/12GK103240737SQ20131016679
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者訾斌, 孫輝輝, 朱真才, 吳瑕, 韓雪 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)