本實用新型屬于機械工程領(lǐng)域，特別涉及一種多自由度并聯(lián)隨行機構(gòu)，并提供一種該機構(gòu)的驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：

隨行機構(gòu)能夠完成對主運動部件運動的隨行。目前的隨行機構(gòu)大多只能完成單自由度的隨行，不能滿足對空間運動的隨行任務(wù)；并且，往往需要液壓、氣壓等系統(tǒng)的輔助，結(jié)構(gòu)較為復雜。例如一種隨行機構(gòu)(專利號：CN203266227U)以伸縮機構(gòu)為主體，利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)控制，改變隨行部分桿件伸縮長度，可完成單自由度運動的隨行。所以，實現(xiàn)隨行機構(gòu)結(jié)構(gòu)的簡單化、運動自由度的多樣化是十分有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種多自由度并聯(lián)隨行機構(gòu)，可以實現(xiàn)對主運動平臺運動的運動隨行。

本實用新型采取的技術(shù)方案是：支架Ⅰ、支架Ⅱ和滑軌組件固定在試驗平臺上，上支撐板兩端安裝在支架Ⅱ上，上板固定在上支撐板上；主運動組件和隨行運動組件分別通過虎克鉸安裝在上板下部，圓柱滑軌組件Ⅰ和圓柱滑軌組件Ⅱ通過它們連接板上的滑塊與滑軌組件縱向滑軌座上的滑軌配合連接，并且其圓柱滑軌兩端以轉(zhuǎn)動副與主運動組件和隨行運動組件外側(cè)的兩對伸縮桿上的連接件A和連接件B連接；兩運動組件內(nèi)側(cè)的伸縮桿通過連桿連接，連桿兩端以轉(zhuǎn)動副與兩運動組件中的連接件連接。

所述主運動組件的結(jié)構(gòu)是：虎克鉸一驅(qū)動電機通過電機支架固定在上板，電機轉(zhuǎn)軸與虎克鉸一十字軸橫軸配合安裝，虎克鉸一與伸縮桿推桿上端配合安裝；推桿下端為絲杠螺母副，與滾珠絲杠配合安裝，滾珠絲杠下端與齒輪組中最右面的齒輪配合安裝；導向裝置固定在推桿上，兩側(cè)的導向輪與伸縮桿套筒內(nèi)壁凸臺滾動接觸；伸縮桿套筒與轉(zhuǎn)接架以螺栓連接，并與推桿頂端配合；伸縮桿驅(qū)動電機安裝在轉(zhuǎn)接架上，轉(zhuǎn)軸與齒輪組最左面齒輪配合安裝，齒輪組固定裝在轉(zhuǎn)接架上，連接件固定安裝在伸縮桿套筒上，轉(zhuǎn)接架通過球鉸鏈固定在運動平臺上。

所述隨行運動組件的結(jié)構(gòu)是：伸縮桿上端通過虎克鉸二固定在上板上，下端通過球鉸鏈固定在運動平臺上，連接件固定安裝在伸縮桿套筒壁上，另外兩組伸縮桿結(jié)構(gòu)與此相同。

所述滑軌組件的結(jié)構(gòu)是：滑軌Ⅰ、滑軌Ⅱ與縱向滑軌座固定連接，滑軌Ⅲ、滑軌Ⅳ與橫向滑軌座固定連接，縱向滑軌座下端與連接板相互固定，連接板下面固定有滑塊Ⅰ、滑塊Ⅱ，并與橫向滑軌座上滑軌配合安裝，滑塊可沿滑軌直線運動，另一縱向滑軌座相關(guān)配合結(jié)構(gòu)與縱向滑軌座相同。

所述圓柱滑軌組件Ⅰ的結(jié)構(gòu)是：圓柱滑軌和圓柱滑塊面接觸連接，圓柱滑塊固定安裝在連接板上，連接板反面固定安裝滑塊一、安裝滑塊二，與滑軌組件縱向滑軌組件上的滑軌配合安裝。

所述圓柱滑軌組件Ⅱ的結(jié)構(gòu)與圓柱滑軌組件Ⅰ相同。

本實用新型的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)新穎，將三桿并聯(lián)機構(gòu)引入隨行機構(gòu)，充分發(fā)揮其在空間中運動范圍廣的優(yōu)點，可以實現(xiàn)空間多自由度的運動隨行；結(jié)構(gòu)簡單，通過滑軌組件、圓柱滑軌組件及連桿的作用，產(chǎn)生隨行運動的組件無需通過額外的液壓、氣壓等系統(tǒng)提供動力，即可實現(xiàn)對運動的精確隨行；用于機加工等領(lǐng)域時，可以實現(xiàn)雙工位加工，并省去一套驅(qū)動機構(gòu)，降低了成本；將主運動組件中電機控制部分除去，變換成普通的伸縮桿機構(gòu)，也可以實現(xiàn)對手動運動的隨行。

附圖說明

圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是本實用新型主運動組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(b)是本實用新型主運動組件伸縮桿剖面示意圖；

圖2(c)是本實用新型主運動組件伸縮桿套筒剖面示意圖；

圖3是本實用新型隨行運動組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型滑軌組件的示意圖；

圖5是本實用新型圓柱滑軌組件示意圖；

圖6是本實用新型多自由度運動隨行機構(gòu)簡圖；

其中：上板1，主運動組件2，支架Ⅰ3，試驗平臺4，隨行運動組件5，滑軌組件6，連桿7，上支撐板8，圓柱滑軌組件Ⅰ9，圓柱滑軌組件Ⅱ10，支架Ⅱ11，電機支架201，虎克鉸一驅(qū)動電機202，虎克鉸一203，伸縮桿套筒204，連接件A205，伸縮桿驅(qū)動電機206，轉(zhuǎn)接架207，球鉸鏈208，運動平臺209，齒輪組210，推桿211，導向裝置212，滾珠絲杠213，虎克鉸二501，伸縮桿502，連接件B503，球鉸鏈504，運動平臺505，滑軌Ⅰ601，縱向滑軌座602，滑軌Ⅱ603，滑軌Ⅲ604，滑軌Ⅳ605，連接板606，橫向滑軌座609，圓柱滑軌901，連接板902，滑塊一903，圓形滑塊904， 滑塊二905。

具體實施方式

該運動隨行機構(gòu)由上板1，主運動組件2，支架Ⅰ3，試驗平臺4，隨行運動組件5，滑軌組件6，連桿7，上支撐板8，圓柱滑軌組件Ⅰ9，圓柱滑軌組件Ⅱ10，支架Ⅱ11組成；支架Ⅰ3、支架Ⅱ11和滑軌組件6固定在試驗平臺4上，上支撐板8兩端安裝在支架Ⅱ上，上板1固定在上支撐板8上；主運動組件2和隨行運動組件5分別通過虎克鉸安裝在上板1下部，圓柱滑軌組件Ⅰ9和圓柱滑軌組件Ⅱ10通過它們連接板上的滑塊與滑軌組件6縱向滑軌座上的滑軌配合連接，并且其圓柱滑軌兩端以轉(zhuǎn)動副與主運動組件2和隨行運動組件5外側(cè)的兩對伸縮桿上的連接件A205和連接件B503連接；兩運動組件內(nèi)側(cè)的伸縮桿通過連桿7連接，連桿7兩端以轉(zhuǎn)動副與兩運動組件中的連接件連接。

所述主運動組件2的結(jié)構(gòu)是：虎克鉸一驅(qū)動電機202通過電機支架201固定在上板，電機轉(zhuǎn)軸與虎克鉸一203十字軸橫軸配合安裝；虎克鉸一203與伸縮桿推桿211上端配合安裝；推桿211下端為絲杠螺母副，與滾珠絲杠213配合安裝，滾珠絲杠下端與齒輪組210中最右面的齒輪配合安裝；導向裝置212固定在推桿211上，兩側(cè)的導向輪與伸縮桿套筒204內(nèi)壁凸臺滾動接觸；伸縮桿套筒204與轉(zhuǎn)接架207以螺栓連接，并與推桿頂端配合；伸縮桿驅(qū)動電機206安裝在轉(zhuǎn)接架207上，轉(zhuǎn)軸與齒輪組最左面齒輪配合安裝；齒輪組固定裝在轉(zhuǎn)接架207上；連接件A205固定安裝在伸縮桿套筒204上；轉(zhuǎn)接架207通過球鉸鏈208固定在運動平臺209上。

所述隨行運動組件5的結(jié)構(gòu)是：伸縮桿502上端通過虎克鉸二501固定在上板1上，下端通過球鉸鏈504固定在運動平臺505上；連接件B503固定安裝在伸縮桿套筒壁上；另外兩組伸縮桿結(jié)構(gòu)與此相同。

所述滑軌組件6的結(jié)構(gòu)是：滑軌Ⅰ601、滑軌Ⅱ603與縱向滑軌座602固定連接，滑軌Ⅲ604、滑軌Ⅳ605與橫向滑軌座609固定連接；縱向滑軌座602下端與連接板606相互固定；連接板606下面固定有滑塊Ⅰ607、滑塊Ⅱ608，并與橫向滑軌座609上滑軌配合安裝；滑塊可沿滑軌直線運動。另一縱向滑軌座相關(guān)配合結(jié)構(gòu)與縱向滑軌座602相同。

所述圓柱滑軌組件Ⅰ9的結(jié)構(gòu)是：圓柱滑軌901和圓柱滑塊904面接觸連接；圓柱滑塊904固定安裝在連接板902上；連接板902反面固定安裝滑塊一903、安裝滑塊二905，與滑軌組件6縱向滑軌組件上的滑軌配合安裝。

所述圓柱滑軌組件Ⅱ10的結(jié)構(gòu)與圓柱滑軌組件Ⅰ9相同。

通過伸縮桿驅(qū)動電機206帶動齒輪組210的轉(zhuǎn)動，齒輪組210與滾珠絲杠213下端連接，發(fā)生轉(zhuǎn)動，通過推桿211下端絲杠螺母副，及導向裝置212作用，使推桿211伸出長度發(fā)生變化；通過虎克鉸驅(qū)動電機201帶動虎克鉸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而改變十字軸與靜平臺夾角，并影響伸縮桿方向；通過二者共同作用，使主運動組件運動平臺位姿發(fā)生變化，通過滑軌組件6和圓柱滑軌組件Ⅰ9、Ⅱ10的作用，使隨行運動組件5產(chǎn)生隨行運動。

首先，對運動組件的的驅(qū)動方式的選擇進行說明：

如圖2所示，對結(jié)構(gòu)進行簡化可知，可運動構(gòu)件數(shù)目N＝7；移動副數(shù)目為3，每個移動副限制空間的5個自由度；虎克鉸數(shù)目為3，每個限制空間4個自由度；球鉸數(shù)目為3，每個限制空間3個自由度，故由空間自由度的計算公式可得：

由于機構(gòu)的原動件數(shù)目與自由度數(shù)目相等時，機構(gòu)才能有確定性的運動。所以，總共選用6個電機來控制主運動機構(gòu)的確定性運動。

其次，對機構(gòu)運動隨行的同步性進行說明：

如圖5所示：運動機構(gòu)動平臺和經(jīng)平臺之間通過伸縮桿連接，伸縮桿和動靜平臺之間為球鉸鏈接觸。伸縮桿B₁P₁和B₁'P₁'、B₂P₂和B₂'P₂'之間通過圓柱滑軌連接，每根圓柱滑軌與兩個圓柱滑塊配合；伸縮桿B₃P₃和B₃'P₃'通過連桿連接。其中，B₁B₂B₃和B₁'B₂'B₃'為靜平臺，P₁P₂P₃和P₁'P₂'P₃'為動平臺，B_i和B_i'(i＝1,2,3)為靜平臺鉸點，P_i和P_i'(i＝1,2,3)為動平臺鉸點。圓形滑軌組件中，由于滑塊與滑軌組件的約束關(guān)系有MM'//NN'//OO'；并且，有以下關(guān)系：OO'＝MM'＝NN'＝KK'＝l。

以靜平臺B₁B₂B₃的中心點O為坐標原點，建立靜坐標系O-XYZ；以動平臺P₁P₂P₃中心點o為原點，建立動坐標系o-xyz；以動平臺P₁'P₂'P₃'的中心點o'為坐標原點，建立動坐標系o-x'y'z'。

運動通過圓柱滑軌和連桿進行傳遞。在圖中，由于

MM'//NN'//OO'

所以，可以得到下面的結(jié)論

x_M＝x_M'，y_M＝y(tǒng)_M'+l，z_M＝z_M'；

x_N＝x_N'，y_N＝y(tǒng)_N'+l，z_N＝z_N'；

又由于靜平臺各鉸點坐標有以下關(guān)系

B_i'(x_i',y_i',z_i')＝B_i(x_i,y_i,z_i)+(0,l,0)

故，

由于安裝后從轉(zhuǎn)動副到動平臺鉸點的距離相等，故

由此可知，這兩對伸縮桿在空間中的方向和長度是相同的，這也說明了他們運動的同步性。下面只需證明剩下的一對伸縮桿B₃P₃和B₃'P₃'運動的同步性即可。只需證明KK'//OO'即可。

由靜平臺各鉸點連接線之間的關(guān)系，有

B₂B₃//B₂'B₃'，B₁B₃//B₁'B₃'

又B₁P₁//B₁'P₁'，B₂P₂//B₂'P₂',

所以，面B₂B₃P₂//面B₂'B₃'P₂'，面B₁B₃P₁//面B₁'B₃'P₁'；

而B₃P₃是面B₂B₃P₂和面B₁B₃P₁的交線，B₃'P₃'是面B₂'B₃'P₂'和面B₁'B₃'P₁'的交線，所以有

B₃P₃//B₃'P₃'

所以，四邊形B₃B₃'K'K是平行四邊形，

所以，KK'//B₃B₃'//OO'

所以，

x_K＝x_K'，y_K＝y(tǒng)_K'+l，z_K＝z_K'；

這也說明了伸縮桿B₃P₃和B₃'P₃'的運動也是同步的。

綜上所述，本隨行機構(gòu)可以完成對確定性多自由度運動的隨行。

具體操作過程如下：通過控制虎克鉸轉(zhuǎn)軸驅(qū)動電機202和伸縮桿驅(qū)動電機206，通過主運動組件2伸縮桿的長度變化及各虎克鉸十字軸的轉(zhuǎn)動，使主運動組件動平臺位姿發(fā)生預期變化，通過滑軌組件6、連桿7及圓柱滑軌組件Ⅰ9、Ⅱ10的約束，使隨動運動組件5的動平臺能夠完成對運動組件2運動的隨行。