專利名稱：一種能實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)，具體涉及一種能實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
連桿機(jī)構(gòu)最基本的功能就是要實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)。由于他們能實(shí)現(xiàn)各種各樣的給定運(yùn)動(dòng)，長期以來被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、紡織、冶金等行業(yè)，不足之處是難以精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)。在國際上主要從機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和對機(jī)構(gòu)的控制兩個(gè)方面著手來解決精確實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)的。而這些研究也僅僅停留在理論研究和計(jì)算機(jī)仿真的階段，開展實(shí)驗(yàn)研究以及實(shí)驗(yàn)到目前為止還是一個(gè)空白。
受控機(jī)構(gòu)學(xué)是是隨著現(xiàn)代工業(yè)對高精度、高柔性的現(xiàn)代機(jī)械的要求應(yīng)運(yùn)而生的、將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與古老的機(jī)構(gòu)學(xué)相結(jié)合的一門新興的學(xué)科，從上世紀(jì)九十年代初提出這一機(jī)構(gòu)學(xué)的新概念起，在短短的十多年時(shí)間里，它已有了長足的發(fā)展。但是，大多數(shù)的文獻(xiàn)都是從理論上對其進(jìn)行了探討，因此，從試驗(yàn)方面對其進(jìn)行研究迫在眉睫。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提供一種能為任意給定運(yùn)動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)、能精確地實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)。通過該試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)學(xué)理論上的結(jié)論，同時(shí)通過試驗(yàn)推進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)理論的發(fā)展，為以后的工業(yè)應(yīng)用奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。
為完成上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是將擺動(dòng)連桿的下半段的一端鉸接在機(jī)座的一端，擺動(dòng)連桿的下半段的另一端固定安裝有直線伺服電機(jī)，直線伺服電機(jī)的磁芯兩端固定安裝在擺動(dòng)連桿的上半段的一端，擺動(dòng)連桿的上半段的另一端與可調(diào)長連桿的一端鉸接，可調(diào)長連桿的另一端與曲柄的一端鉸接，曲柄的另一端固定安裝在交流伺服電機(jī)的輸出軸上，交流伺服電機(jī)固定安裝在機(jī)座的另一端。直線伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)通過控制電路與計(jì)算機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制卡連接；可調(diào)長連桿和曲柄的長度均能調(diào)節(jié)。
其中可調(diào)長連桿和曲柄是由兩個(gè)桿件通過2 8個(gè)螺栓聯(lián)接而成，兩個(gè)桿件的聯(lián)接處均設(shè)有相同的一個(gè)長矩形調(diào)節(jié)孔或相同的2~8個(gè)短矩形調(diào)節(jié)孔，螺栓通過長矩形調(diào)節(jié)孔或短矩 形調(diào)節(jié)孔聯(lián)接兩個(gè)桿件；鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)副采用滾動(dòng)軸承。
由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型用最優(yōu)綜合的方法綜合出一個(gè)初始四桿機(jī)構(gòu)，該四 桿機(jī)構(gòu)能在盡可能多的點(diǎn)位上最優(yōu)近似逼近給定運(yùn)動(dòng)；在初始四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上引進(jìn)受控原 動(dòng)件(直線伺服電機(jī))作為第五桿，并按給定運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果，控制受控原動(dòng)件(直線伺服電機(jī)) 的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，從而精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)。
本試驗(yàn)臺(tái)為一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中， 一方面讓曲柄做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面在 直線伺服電機(jī)隨擺動(dòng)連桿擺動(dòng)的同時(shí)，通過控制直線伺服電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)使擺動(dòng)連桿的上半 段和擺動(dòng)連桿的下半段產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而改變了擺動(dòng)連桿的長度，完成補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，使機(jī)構(gòu) 能精確地實(shí)現(xiàn)任意給定的運(yùn)動(dòng)。
該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是以理論綜合出的受控五桿機(jī)構(gòu)為原型而建立的，從而為理論研究提供實(shí)驗(yàn)依 據(jù)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)各桿件的尺寸在一定范圍內(nèi)可調(diào)，當(dāng)通過直線伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)一定時(shí)， 改變機(jī)構(gòu)桿件的尺寸，輸出不同的軌跡；當(dāng)機(jī)構(gòu)的尺寸一定時(shí)，通過給定不同的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)， 亦能輸出不同的軌跡；當(dāng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)為常數(shù)時(shí)，還能輸出不同的四桿機(jī)構(gòu)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了一 類機(jī)構(gòu)的多種輸出。
本實(shí)用新型采用與傳統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu)不同的方式。如對五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有采用傳統(tǒng)的 交流電機(jī)+減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，而是采用了交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式，減小 了傳動(dòng)鏈的誤差影響，提高了試驗(yàn)臺(tái)的精度。連桿長度的可調(diào)，使得這種五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)增 大了試驗(yàn)的靈活性；采用運(yùn)動(dòng)控制卡控制受控原動(dòng)件(直線伺服電機(jī))的運(yùn)動(dòng)，并采用經(jīng)濟(jì)合 理的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，精確地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。在轉(zhuǎn)動(dòng)副的設(shè)計(jì)中，將通常采用的銷釘改為 滾動(dòng)軸承，大大減小了摩擦。
本實(shí)用新型通過試驗(yàn)臺(tái)來驗(yàn)證理論上的結(jié)論，同時(shí)也通過試驗(yàn)來推進(jìn)理論的發(fā)展，為以 后的工業(yè)應(yīng)用奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。


圖1是本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中曲柄1和可調(diào)長連桿2的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1中曲柄1和可調(diào)長連桿2的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述，并非對保護(hù)范圍的限制。
一種能實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)。其結(jié)構(gòu)如圖l所示將擺動(dòng)連桿 的下半段5的一端鉸接在機(jī)座6的一端，擺動(dòng)連桿的下半段5的另一端固定安裝有直線伺服 電機(jī)4，直線伺服電機(jī)4的磁芯兩端固定安裝在擺動(dòng)連桿的上半段3的一端，擺動(dòng)連桿的上 半段3的另一端與可調(diào)長連桿2的一端鉸接，可調(diào)長連桿2的另一端與曲柄1的一端鉸接， 曲柄1的另一端固定安裝在交流伺服電機(jī)7的輸出軸上，交流伺服電機(jī)7固定安裝在機(jī)座6 的另一端。直線伺服電機(jī)4和交流伺服電機(jī)7通過控制電路與計(jì)算機(jī)內(nèi)的Turbo PMAC運(yùn)動(dòng) 控制卡連接；可調(diào)長連桿2和曲柄1的長度均能調(diào)節(jié)。
其中可調(diào)長連桿2和曲柄1是由兩個(gè)桿件通過2~8個(gè)螺栓8聯(lián)接而成，兩個(gè)桿件的聯(lián) 接處如圖3所示，均設(shè)有相同的一個(gè)長矩形調(diào)節(jié)孔10，或如圖2所示，均設(shè)有相同的2 8個(gè) 短矩形調(diào)節(jié)孔9，螺栓8通過長矩形調(diào)節(jié)孔10或短矩形調(diào)節(jié)孔9聯(lián)接兩個(gè)桿件；鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng) 副采用滾動(dòng)軸承。
本實(shí)施例用最優(yōu)綜合的方法綜合出一個(gè)初始四桿機(jī)構(gòu)，該四桿機(jī)構(gòu)能在盡可能多的點(diǎn)位 上最優(yōu)近似逼近給定運(yùn)動(dòng)；在初始四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上引進(jìn)受控原動(dòng)件(直線伺服電機(jī)4)，并按 給定運(yùn)動(dòng)計(jì)算受控原動(dòng)件(直線伺服電機(jī)4)的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，從而精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)。
本試驗(yàn)臺(tái)為一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中， 一方面讓曲柄1做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面 在直線伺服電機(jī)4隨擺動(dòng)連桿3、 5擺動(dòng)的同時(shí)，通過控制直線伺服電機(jī)4的直線運(yùn)動(dòng)使擺動(dòng) 連桿的上半段3和擺動(dòng)連桿的下半段5產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，改變了擺動(dòng)連桿3、 5的長度，完成補(bǔ) 償運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)構(gòu)能精確地實(shí)現(xiàn)任意給定的運(yùn)動(dòng)。
該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是以理論綜合出的受控五桿機(jī)構(gòu)為原型而建立的，從而為理論研究提供實(shí)驗(yàn)依 據(jù)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)桿件l、 2的尺寸在一定范圍內(nèi)可調(diào)，當(dāng)通過直線伺服電機(jī)4實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)一 定時(shí)，改變機(jī)構(gòu)桿件l、 2的尺寸，輸出不同的軌跡；當(dāng)機(jī)構(gòu)的尺寸一定時(shí)，通過給定不同的 補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，亦能輸出不同的軌跡；當(dāng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)為常數(shù)時(shí)，還能輸出不同的四桿機(jī)構(gòu)軌跡，從 而實(shí)現(xiàn)了一類機(jī)構(gòu)的多種輸出。
本試驗(yàn)臺(tái)采用了與傳統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu)不同的方式。如對五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有采用傳統(tǒng)的 交流電機(jī)+減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，而是采用了交流伺服電機(jī)7直接驅(qū)動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式，減 小了傳動(dòng)鏈的誤差影響，提高了試驗(yàn)臺(tái)的精度。連桿長度的可調(diào)，使得這種五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái) 增大了試驗(yàn)的靈活性；采用Turbo PMAC控制卡控制受控原動(dòng)件(直線伺服電機(jī)4)的運(yùn)動(dòng)，并采用經(jīng)濟(jì)合理的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，精確地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。在轉(zhuǎn)動(dòng)副的設(shè)計(jì)中，將通常采用 的銷釘改為滾動(dòng)軸承，大大減小了摩擦。
本具體實(shí)施方式
通過試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)學(xué)理論上的結(jié)論，同時(shí)也通過試驗(yàn)推進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)理論 的發(fā)展，為以后的工業(yè)應(yīng)用奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。
權(quán)利要求1、一種能實(shí)現(xiàn)任意軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于將擺動(dòng)連桿的下半段[5]的一端鉸接在機(jī)座[6]的一端，擺動(dòng)連桿的下半段[5]的另一端固定安裝有直線伺服電機(jī)[4]，直線伺服電機(jī)[4]的磁芯兩端固定安裝在擺動(dòng)連桿的上半段[3]的一端，擺動(dòng)連桿的上半段[3]的另一端與可調(diào)長連桿[2]的一端鉸接，可調(diào)長連桿[2]的另一端與曲柄[1]的一端鉸接，曲柄[1]的另一端固定安裝在交流伺服電機(jī)[7]的輸出軸上，交流伺服電機(jī)[7]固定安裝在機(jī)座[6]的另一端；直線伺服電機(jī)[4]和交流伺服電機(jī)[7]通過控制電路與計(jì)算機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制卡連接，可調(diào)長連桿[2]和曲柄[1]的長度均能調(diào)節(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能實(shí)現(xiàn)任意軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述 的可調(diào)長連桿[2]和曲柄[1]是由兩個(gè)桿件通過2 8個(gè)螺栓[8]聯(lián)接而成，兩個(gè)桿件的聯(lián)接處均設(shè) 有相同的一個(gè)長矩形調(diào)節(jié)孔[10]或相同的2 8個(gè)短矩形調(diào)節(jié)孔[9]，螺栓[8]通過長矩形調(diào)節(jié)孔 [10]或短矩形調(diào)節(jié)孔[9]聯(lián)接兩個(gè)桿件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能實(shí)現(xiàn)任意軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述 的鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)副采用滾動(dòng)軸承。
專利摘要本實(shí)用新型具體涉及一種能實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)軌跡的受控平面五桿機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)。其技術(shù)方案是將擺動(dòng)連桿的下半段[5]的一端鉸接在機(jī)座[6]的一端，擺動(dòng)連桿的下半段[5]的另一端固定安裝有直線伺服電機(jī)[4]，直線伺服電機(jī)[4]的磁芯兩端固定安裝在擺動(dòng)連桿的上半段[3]的一端，擺動(dòng)連桿的上半段[3]的另一端與可調(diào)長連桿[2]的一端鉸接，可調(diào)長連桿[2]的另一端與曲柄[1]的一端鉸接，曲柄[1]的另一端固定安裝在交流伺服電機(jī)[7]的輸出軸上，交流伺服電機(jī)[7]固定安裝在機(jī)座[6]的另一端。直線伺服電機(jī)[4]和交流伺服電機(jī)[7]通過控制電路與計(jì)算機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制卡連接；可調(diào)長連桿[2]和曲柄[1]的長度均能調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型能精確的為任意給定運(yùn)動(dòng)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)并能驗(yàn)證機(jī)構(gòu)學(xué)理論。
文檔編號(hào)G01M13/02GK201281657SQ200820190530
公開日2009年7月29日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者孔建益, 楊金堂, 郭愛華 申請人:武漢科技大學(xué)