[發(fā)明專(zhuān)利]具有平面四連桿閉環(huán)結(jié)構(gòu)的三自由度并聯(lián)模擬臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210530365.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103029121A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鐵石;陳偉偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 石家莊一誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別是一種并聯(lián)平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著世界各國(guó)加強(qiáng)國(guó)防事業(yè)發(fā)展和仿真技術(shù)迅速發(fā)展，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)最主要的應(yīng)用形式——運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)，也得到相應(yīng)的快速發(fā)展。運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)可用來(lái)在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬航天、船舶、車(chē)輛在行進(jìn)中，由于受到天氣、行進(jìn)路線狀況等特殊環(huán)境影響，而產(chǎn)生的各種運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)十余年來(lái)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論和應(yīng)用研究都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有多自由度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大承載力及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，被作為模擬平臺(tái)而廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練中。近20年來(lái)，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中被研究最多的就是六自由度并聯(lián)平臺(tái)，但其制造成本高、控制技術(shù)高、外形尺寸與工作空間比不合理，而且實(shí)際的運(yùn)動(dòng)模擬大多不需要六個(gè)自由度。空間少自由度并聯(lián)平臺(tái)和傳統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺(tái)相比，驅(qū)動(dòng)元件少，工作空間大、易解耦，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)制造和控制的成本都相對(duì)較低，高剛度，高精度的特點(diǎn)，特別是具有完全相同的分支結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)具有各向同性的對(duì)稱(chēng)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)更具應(yīng)用潛力。因此自由度數(shù)少于6的運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)成為了目前機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)的熱點(diǎn)。由于大工作空間下的線性移動(dòng)裝置都需要很大運(yùn)動(dòng)行程，這樣就導(dǎo)致整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積龐大，因此在大工作空間的前提下如何減小線性移動(dòng)裝置的行程成為拓展并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用范圍的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如中國(guó)專(zhuān)利CN201110089988.X提出了一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，三個(gè)分支為2-RPS/RPU，為兩種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分支。其不足之處是：不相同結(jié)構(gòu)的運(yùn)分支會(huì)使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的工作空間不對(duì)稱(chēng)從而增加操作規(guī)劃的難度，不易控制，而且不同結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分支使設(shè)計(jì)、制造和裝配成本提高,同時(shí)其大空間下其機(jī)構(gòu)因?yàn)樾谐虇?wèn)題體積將很大；中國(guó)專(zhuān)利CN201010100895.8?提出一種對(duì)稱(chēng)兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，三個(gè)分支為3-RRURR,其體積較小，具有較大的工作空間，但系統(tǒng)整體移動(dòng)性較差，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍以及動(dòng)態(tài)性能具有一定的局限性，且負(fù)載能力較差，所需驅(qū)動(dòng)力矩較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種占用體積小、承載能力強(qiáng)、具有大承載面和工作空間、可實(shí)現(xiàn)空間兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)和豎直方向移動(dòng)的具有平面四連桿閉環(huán)結(jié)構(gòu)的三自由度并聯(lián)模擬臺(tái)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明主要包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的四條分支,其中分布在周?chē)臑槿龡l結(jié)構(gòu)完全相同的RP????????????????????????????????????????????????S驅(qū)動(dòng)分支，另一條為PS中間承載約束分支，上述三條RPS驅(qū)動(dòng)分支均主要由第一轉(zhuǎn)動(dòng)連接件、四連桿機(jī)構(gòu)和線性模組組成，并以等邊三角形方式布置。第一轉(zhuǎn)動(dòng)連接件固連在動(dòng)平臺(tái)上，該轉(zhuǎn)動(dòng)連接件由軸線相交且不在同一面里的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，通過(guò)固定在滑塊連接法蘭上的四桿機(jī)構(gòu)與線性模組相連，該線性模組的一端與固連在中間平臺(tái)的上連接座連接，其另一端與固定在定平臺(tái)的下連接座連接，并傾斜布置,同時(shí)與定平臺(tái)面夾角為35～85°，同時(shí)線性模組能繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。線性模組的傾斜角度的大小與動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)有關(guān)。PS中間承載約束分支位于動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)中心連線上，該分支由第二轉(zhuǎn)動(dòng)連接件、升降平衡裝置、中間平臺(tái)和支撐架組成，第二轉(zhuǎn)動(dòng)連接件與動(dòng)平臺(tái)固連，該轉(zhuǎn)動(dòng)連接件的另一端與固定在中間平臺(tái)的升降平衡裝置連接，在該升降平衡裝置內(nèi)部設(shè)有彈簧、液壓缸或氣缸，用以平衡不同重量的負(fù)載。支撐架的三條支腿的一端與中間平臺(tái)固連，其另一端與定平臺(tái)固連，并呈正三角形布置，上述第二轉(zhuǎn)動(dòng)連接件中心與動(dòng)平臺(tái)中心連線垂直于動(dòng)平臺(tái)。

當(dāng)動(dòng)平臺(tái)升降或者旋轉(zhuǎn)時(shí)，線性模組中的滑塊向上運(yùn)動(dòng)，四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)隨之伸展開(kāi)來(lái)，使整個(gè)連桿變長(zhǎng)并提供一個(gè)推力；而線性模組中的滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)隨之折疊起來(lái)，使整個(gè)連桿縮短并提供一個(gè)拉力。整個(gè)過(guò)程使滑塊的運(yùn)動(dòng)行程大大減少，從而可以減小整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積，而且機(jī)構(gòu)的工作空間也大幅度的增大。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)的伸展與折疊，能減小驅(qū)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)行程，從而減小整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積，同時(shí)增大了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間。

2、平臺(tái)高度低、占用體積小，工作空間大，可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)一移。

3、中間約束分支不僅有約束作用又起到保護(hù)作用，同時(shí)能平衡動(dòng)平臺(tái)上負(fù)載重力，從而最大限度地提高了動(dòng)平臺(tái)承載能力和動(dòng)態(tài)性能。

4、采用線性模組驅(qū)動(dòng)，在其工作空間內(nèi)性能穩(wěn)定，在承受負(fù)載時(shí)仍具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，易于安裝、控制和維護(hù)；

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。