專利名稱：柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，確切地說涉及一種柔索驅(qū)動(dòng)三四自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，有兩類機(jī)構(gòu)串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)式是通過轉(zhuǎn)動(dòng)副依次相連的開式鏈，這類三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有大工作空間和高靈活性，其缺點(diǎn)是串聯(lián)運(yùn)動(dòng)副的誤差累積導(dǎo)致精度低；剛度低；結(jié)構(gòu)復(fù)雜；慣量大，動(dòng)態(tài)性能差?，F(xiàn)有的并聯(lián)三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜；慣量較大，動(dòng)態(tài)性能較差。
近年來，隨著對并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的不斷深入，國內(nèi)外學(xué)者開始研究一種新型的柔索驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、慣量減小到最低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作空間大、高負(fù)載能力等，因此被越來越多的重視和研究。如美、法、德、日國等廣泛地開展了這方面的研究與應(yīng)用，我國也開展了這方面的研究，如在申請?zhí)枮?1127939的中國專利公布的一種柔索驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但是由于未解決柔索只能承受拉力的缺點(diǎn)，所以仍然具有結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿耦合、控制復(fù)雜和不能實(shí)現(xiàn)三自由度定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、位姿解耦、運(yùn)動(dòng)慣量低、高頻率響應(yīng)、工作空間大、易于控制的柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，克服現(xiàn)有剛性構(gòu)件三和四自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)和柔索驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的不足，解決三維定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和三維定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)及一維平動(dòng)的問題。
本發(fā)明的柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由五組驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)架和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組成。具體是每一驅(qū)動(dòng)單元包括固接于機(jī)架的直線電機(jī)、定滑輪及柔索。其中前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元的三根柔索一端繞過定滑輪與直線電機(jī)相連，另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)平面上呈三角形的三個(gè)點(diǎn)相連，即與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的連接點(diǎn)形成三角形。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)固接一鉸鏈，中間兩組柔索驅(qū)動(dòng)單元的兩根柔索位于一條直線且通過鉸鏈中心，其一端連接于鉸鏈活動(dòng)端，另一端分別通過定滑輪分別與固接于機(jī)架上、下方的直線電機(jī)張緊連接，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的四自由度運(yùn)動(dòng)(三維轉(zhuǎn)動(dòng)和一維平動(dòng))或三自由度定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)目的。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、無運(yùn)動(dòng)副的誤差累積而精度高；負(fù)載大，慣量減少至最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高。
2、易于實(shí)現(xiàn)和控制三個(gè)姿態(tài)角和一個(gè)平動(dòng)，且位姿完全解耦。
3、上下兩組驅(qū)動(dòng)單元直接采用柔索替代，并將柔索張緊，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)繞鉸鏈中心的三自由度定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和裝配。
5、依據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)三組柔索驅(qū)動(dòng)單元與機(jī)架連接位置，或添加冗余柔索驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)大工作空間和高承載能力。


圖1為柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)名稱1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，2、10、14、15、19五個(gè)標(biāo)號(hào)為柔索，3、8、13、17、22五個(gè)標(biāo)號(hào)為直線電機(jī)，4、7、12、16、21五個(gè)標(biāo)號(hào)為機(jī)架，5、9、11、18、20五個(gè)標(biāo)號(hào)為定滑輪，6、鉸鏈。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元的柔索2、14、19通過定滑輪5、11、20分別和與固接于機(jī)架4、12、21的直線電機(jī)3、13、22連接，柔索與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的連接點(diǎn)形成三角形，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1可為任意形狀，前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元同時(shí)位于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的上方或下方，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1中心(或位于三角形內(nèi)的某一點(diǎn))固接一鉸鏈6，中間兩組柔索驅(qū)動(dòng)單元的兩根柔索10、15位于一條直線且通過鉸鏈中心，其一端連接于鉸鏈6的活動(dòng)端，另一端分別通過定滑輪9、18分別與固接于機(jī)架7、16的直線電機(jī)8、17張緊連接，機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式可依據(jù)實(shí)際工作需要確定，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過五組柔索驅(qū)動(dòng)單元的柔索2、10、14、15、19的牽引可實(shí)現(xiàn)繞鉸鏈6中心的三自由度定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)及沿中間兩組柔索10、15牽引方向的平動(dòng)。鉸鏈6可采用球鉸，也可采用虎克鉸。
圖1的總體結(jié)構(gòu)示意圖中，若中間兩組柔索驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)不工作或不安裝電機(jī)和定滑輪，直接將柔索10、15分別與機(jī)架7、16張緊連接，即可限制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的平動(dòng)自由度，通過前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元的柔索2、14、19的牽引實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1繞鉸鏈6中心的三自由度定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)構(gòu)可廣泛地應(yīng)用于機(jī)床或機(jī)器人等調(diào)姿態(tài)領(lǐng)域，其運(yùn)動(dòng)平臺(tái)替換為風(fēng)洞試驗(yàn)飛行器模型，可直接變化飛行器的三個(gè)姿態(tài)角，若在三組柔索和兩根柔索上安裝單分量測力傳感器，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牧S外力測量。
權(quán)利要求
1.一種柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)表面上呈三角形的三個(gè)點(diǎn)通過前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元的三根柔索(2)、(14)、(19)的一端分別經(jīng)過定滑輪(5)、(11)、(20)與固接于機(jī)架(4)、(12)、(21)上的直線電機(jī)(3)、(13)、(22)相連，其特征在于還包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)內(nèi)有一鉸鏈(6)，中間兩組柔索驅(qū)動(dòng)單元的兩根柔索(14)、(15)一端連接于鉸鏈(6)的活動(dòng)端，另一端分別繞過定滑輪(9)、(18)與固接于機(jī)架(7)、(12)的直線電機(jī)(8)、(13)張緊連接。
全文摘要
一種柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。屬工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域中的柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由五組驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)架和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組成，每一驅(qū)動(dòng)單元包括固接于機(jī)架的直線電機(jī)、定滑輪及柔索。其中前后三組柔索驅(qū)動(dòng)單元柔索的一端與直線電機(jī)相連，另一端繞過定滑輪與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相連，連接點(diǎn)形成三角形。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)內(nèi)固接一鉸鏈，中間兩根柔索的一端連接于鉸鏈活動(dòng)端，另一端分別與機(jī)架張緊連接。采用這樣的機(jī)構(gòu)使得該柔索驅(qū)動(dòng)三和四自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、位姿解耦、運(yùn)動(dòng)慣量低、高頻率響應(yīng)、工作空間大、易于控制、能實(shí)現(xiàn)三維定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和三維定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)及一維平動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK1701927SQ200510040648
公開日2005年11月30日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者姚裕 申請人:南京航空航天大學(xué)