專利名稱：一種過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械設(shè)計與制造技術(shù)的一種回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特別涉及一種并聯(lián)機床的過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
機器人的關(guān)節(jié)大多為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，串聯(lián)原理機器人中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)一般為主動關(guān)節(jié)，并聯(lián)原理機器人中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)除了主動回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外，還有眾多被動關(guān)節(jié)。由于并聯(lián)機構(gòu)具有高速、高剛度、高精度的突出優(yōu)點，因此近年來將并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用到機床上的研究開發(fā)成為熱點。有關(guān)文獻預(yù)測完全并聯(lián)機床的速度、剛度及精度可達到傳統(tǒng)的串聯(lián)原理機床的五倍。美國、俄羅斯、德國、中國等各國相繼開發(fā)出了一些新型原理的并聯(lián)機床，但除了速度快之外，其剛度、精度都還遠沒有達到理論上所期望的那么高的水平，其關(guān)鍵的原因之一是并聯(lián)機構(gòu)帶來的眾多被動關(guān)節(jié)問題。由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，一般來說回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)剛度比較低。而關(guān)節(jié)的運動精度與它的剛度及阻尼呈制約關(guān)系，若用滾動副，則其運動精度穩(wěn)定性好(不易產(chǎn)生爬行)，但其剛度、阻尼??；若用滑動副，則其優(yōu)缺點恰恰相反。
研究開發(fā)剛度、精度、阻尼特性都好的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對推動機器人、機床的創(chuàng)新開發(fā)，特別是對推動并聯(lián)機床的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兼有滾動副和滑動副的特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是，由桿件，回轉(zhuǎn)軸，支架和過約束連接件構(gòu)成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；其特點是，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動副由滾動副與過約束的滑動副復(fù)合而成；其中回轉(zhuǎn)軸與桿件固定連接形成滾動組件，該滾動組件與支架用滾動副連接，使該滾動組件和支架相對轉(zhuǎn)動；該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的兩個過約束連接件與桿件在兩邊連接組成滑動組件，該滑動組件與支架用滑動副連接。
本實用新型的其他一些特點是，所述滾動組件與支架的滾動副約束了5個自由度，只允許相對轉(zhuǎn)動。
滑動組件的過約束連接件與支架之間回轉(zhuǎn)滑動副的滑動面為樹脂。
過約束連接件與支架之間的滑動副為該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的過約束。
該過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用于單自由度的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)即R關(guān)節(jié)，也可將它組合成RR型的2自由度關(guān)節(jié)或RRR型的3自由度關(guān)節(jié)。
本實用新型的過約束回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的約束量可以優(yōu)化設(shè)置，使其兼具滾動副與滑動副的優(yōu)點，既具有剛度和精度高，又具有大的阻尼。該過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可用于單自由度回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R，還可用RR型的2自由度和RRR型3自由度的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。


附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖2是滾滑復(fù)合關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合工作原理和附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
依照上述技術(shù)方案，過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由支架1，回轉(zhuǎn)軸2，桿件3和過約束連接件4構(gòu)成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動副由滾動副與過約束的滑動副復(fù)合而成；其中回轉(zhuǎn)軸2與桿件3固定連接形成滾動組件，該組件與支架1用滾動副連接，使該滾動組件和支架1相對轉(zhuǎn)動；該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的兩個過約束連接件4與桿件3在兩邊連接組成滑動組件，該滑動組件與支架1用滑動副連接。
圖1為其原理示意圖，本實用新型的工作原理如下采用過約束原理，回轉(zhuǎn)軸2和過約束連接件4安裝在桿件3上，構(gòu)成一個滾動組件(即桿件3、回轉(zhuǎn)軸2、過約束連接件4)，該組件和支架1形成一個回轉(zhuǎn)運動副，即回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的自由度是1，即允許關(guān)節(jié)組件相對支架1繞Z軸回轉(zhuǎn)即C軸運動，而其他5個自由度(即X，Y，Z，A，B軸運動均被約束，a，b，c是關(guān)節(jié)組件與支架1之間運動副的相對運動面。相對運動面a，b采用滾動副，該滾動副約束了5個自由度(X，Y，Z，A，B)，只允許關(guān)節(jié)組件與支架1之間有C軸相對轉(zhuǎn)動；相對運動c采用摩擦系數(shù)很小的樹脂滑動副，滑動副為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的過約束，合理設(shè)置滑動副的約束量，合理分配滾動副與滑動副的承載比例，以使在一般情況下，載荷主要由滾動副承受，滑動副起輔助作用；而當(dāng)載荷大，關(guān)節(jié)變形大時，滑動副的承載作用增強，特別是當(dāng)繞X軸，Y軸的轉(zhuǎn)矩負載Mx，My大，關(guān)節(jié)彎曲變形大時，滑動副負載作用更強。
本實用新型的滾動副和摩擦系數(shù)小的樹脂過約束滑動副組合而成的滾滑復(fù)合關(guān)節(jié)具有摩擦小、精度穩(wěn)定性好，剛度及阻尼大的特點。
過約束量的確定原理及方法如下設(shè)由于載荷引起的關(guān)節(jié)變形而產(chǎn)生的關(guān)節(jié)位移列陣用{Xj}表示，該滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的滾動副的剛度矩陣用[K1]表示，滾動副的剛度與關(guān)節(jié)位移近似呈線性關(guān)系，則該復(fù)合關(guān)節(jié)中滾滑副的反力列陣{FR1}用如下公式表示{FR1}＝[K1]{Xj}(1)其中{FR1}和{Xj}為6×1的列陣，[K1]為6×6的方陣。
該復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的樹脂滑動副的剛度呈非線形，且與過約束量δ有關(guān)，故滾動副的反力列陣{FR2}可用下式表示{FR2}＝f(Xj，δ) (2)外載荷列陣{F}與滾動副和滑動副的力平衡式為{FR1}+{FR2}+{F}＝0 (3)設(shè)置一定的過約束量δ，由式(1)，(2)，(3)可求出與載荷{F}相對應(yīng)的關(guān)節(jié)位移{Xj}，改變δ可求出與δ相對應(yīng)的{Xj}，同時可以求出總摩擦力ff＝{FR1}μ1+{FR2}μ2(4)其中μ1，μ2分別為滾動摩擦系數(shù)和樹脂滑動摩擦系數(shù)。
由計算結(jié)果可知，當(dāng)過約束量增大時，求出關(guān)節(jié)位移Xj減小，而關(guān)節(jié)的摩擦力增加。而摩擦增大將會產(chǎn)生爬行，影響精度的平穩(wěn)性。因此可以求出既不爬行，剛度高，精度又高(即關(guān)節(jié)位移小)的合理過約束量。
以下是發(fā)明人給出的實施例圖2為滾滑復(fù)合關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖，圖中的回轉(zhuǎn)軸2與桿件3固定聯(lián)接，形成滾動組件(2、3)，滾動組件(2、3)用滾動軸承與支架1連接，即滾動組件(2、3)與支架1用滾動副連接，過約束連接件4與桿件3連接形成組件(34)，組件(34)與支架1之間為樹脂滑動副。組件(2、3)和組件(3、4)合起來稱關(guān)節(jié)組件(2、3、4)，關(guān)節(jié)組件(2、3、4)與支架1之間形成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，允許二者之間具有C軸運動。
權(quán)利要求1.一種過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由支架1，回轉(zhuǎn)軸2，桿件3和兩個過約束連接件4構(gòu)成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；其特征在于，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動副由滾動副與過約束的滑動副復(fù)合而成；其中回轉(zhuǎn)軸2與桿件3固定連接形成滾動組件，該滾動組件與支架1用滾動副連接，使該滾動組件和支架1相對轉(zhuǎn)動；該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的兩個過約束連接件4與桿件3在兩邊連接組成滑動組件，該滑動組件與支架1用滑動副連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，所述滾動組件與支架1的滾動副約束了5個自由度，只允許相對轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，過約束連接件4與支架1之間回轉(zhuǎn)滑動副的滑動面為樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征在于，過約束連接件4與支架1之間的滑動副為該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的過約束。
專利摘要本實用新型專利公開了一種過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由支架，回轉(zhuǎn)軸，桿件和兩個過約束連接件構(gòu)成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；其特點是，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動副由滾動副與過約束的滑動副復(fù)合而成；其中回轉(zhuǎn)軸與桿件固定連接形成滾動組件，該滾動組件與支架用滾動副連接，使該滾動組件和支架相對轉(zhuǎn)動；該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的兩個過約束連接件與桿件在兩邊連接組成滑動組件，該滑動組件與支架用滑動副連接，回轉(zhuǎn)滑動副為過約束，其滑動面為摩擦系數(shù)很小的樹脂。該過約束回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的約束量可以優(yōu)化設(shè)置，使其兼具滾動副與滑動副的優(yōu)點，既具有剛度和精度高，又具有大的阻尼。該過約束滾滑復(fù)合回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可用于單自由度回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R，還可用于RR型的2自由度和RRR型3自由度的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
文檔編號B25J17/00GK2691803SQ20042004140
公開日2005年4月13日 申請日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
發(fā)明者黃玉美, 程祥, 樊澤明, 高峰, 王世軍 申請人:西安理工大學(xué)