專利名稱：一種二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械學(xué)領(lǐng)域，具體為一種二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景.
繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)是將若干驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)和力以繩為介質(zhì)，并行轉(zhuǎn)換為動(dòng) 平臺(tái)(末端執(zhí)行器)的運(yùn)動(dòng)和力的封閉機(jī)械裝置。其組成元素包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng) 器、繩、動(dòng)平臺(tái)、連接繩與動(dòng)平臺(tái)的關(guān)節(jié)和驅(qū)動(dòng)器與繩的關(guān)節(jié)。繩牽引并聯(lián) 機(jī)構(gòu)是一種新型機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大和運(yùn)動(dòng)速度快等特點(diǎn)，因 而在大型輪船艦艇的制造和維修、機(jī)械制造、人造射電望遠(yuǎn)鏡、機(jī)器人等領(lǐng) 域得到日益廣泛的研究和應(yīng)用。繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器是固定的，它的機(jī) 械效率很高；有效載荷可以分布在多個(gè)驅(qū)動(dòng)器上，且能達(dá)到非常高的速度和 加速度；繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸可以制造的非常大，也可以制造的非常小， 且與起重機(jī)不一樣，其運(yùn)動(dòng)是可以預(yù)測(cè)的，也能在沒有人工交互時(shí)進(jìn)行控制。
研究員Ming指出，由于柔索(繩)只能承受拉力，不能承受壓力，柔索 牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)必須采用冗余驅(qū)動(dòng)，即n自由度的并聯(lián)柔索牽引機(jī)構(gòu)至少要由 n+l根柔索來牽引，即不完全約束定位機(jī)構(gòu)需要外力(如重力)來保持穩(wěn)定。柔 索是柔性元件，只能承受單向拉力，因此在工作過程中必須始終保持其處于 張緊狀態(tài)，并且繩索易出現(xiàn)干涉等現(xiàn)象，也因此需要的驅(qū)動(dòng)電機(jī)較多，能耗 高，加大了其制造和運(yùn)行成本，并且控制問題較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
-本發(fā)明針對(duì)繩牽引機(jī)構(gòu)必須采用冗余驅(qū)動(dòng)，成本高等缺點(diǎn)，提出一種新 型的二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用了加裝兩組張緊裝置的方法，實(shí) 現(xiàn)繩索的張緊不松動(dòng)，不需要冗余驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，控制操作容易等優(yōu)點(diǎn)，并且運(yùn)動(dòng)靈活，能實(shí)現(xiàn)更大的回轉(zhuǎn)空間。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種二自由度繩牽引并聯(lián) 機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)，其特征在于該機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)中間支鏈和 兩組繩索牽引支鏈，所述的中間支鏈由兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)鉸接組成， 且安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間的中心位置；所述的兩組繩索牽引支鏈結(jié)構(gòu)相同， 并以中間支鏈為中心，十字形安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間；每一組繩索牽引支 鏈均由固定在機(jī)架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)繩索經(jīng)張緊裝置和滑輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 動(dòng)平臺(tái)繞所述中間支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在兩個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的有益效果是由于 設(shè)計(jì)采用了張緊裝置，實(shí)現(xiàn)了牽引繩索的有效張緊，因而避免了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的 冗余驅(qū)動(dòng)；本發(fā)明是非冗余驅(qū)動(dòng)，不用多個(gè)電機(jī)、多個(gè)驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)簡單，成 本降低，操作控制簡單易行，且工作空間加大，可滿足不同的作業(yè)要求，可 用于多方面研究，例如可用于太陽跟蹤裝置等多方面。


圖1是本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的第一繩索牽引支鏈 結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的第二繩索牽引支鏈 結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明第一張緊裝置6 (第二張緊裝置7與第一張緊裝置6結(jié)構(gòu) 相同)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5a是本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的第一張緊裝置6的 一種工作狀態(tài)(第一繩索24緊張時(shí))示意圖5b是本發(fā)明二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的第一張緊裝置6的 另一種工作狀態(tài)(第一繩索24松弛時(shí))示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)(簡稱機(jī)構(gòu)，參見圖1_4)包括 機(jī)架1和動(dòng)平臺(tái)5，其特征在于該機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)中間支鏈4和兩組繩索牽 引支鏈即第一繩索牽引支鏈2和第二繩索牽引3，所述的中間支鏈4由兩 個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)鉸接組成，且安裝在機(jī)架1和動(dòng)平臺(tái)5之間的中心位 置；所述的兩組繩索牽引支鏈結(jié)構(gòu)相同，并以中間支鏈4為中心，十字形安 裝在機(jī)架1和動(dòng)平臺(tái)5之間；每一組繩索牽引支鏈均由固定在機(jī)架1上的電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)帶動(dòng)繩索經(jīng)張緊裝置和滑輪機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)5繞所述中 間支鏈4轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)5在兩個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)是在機(jī)架1上安裝有第一繩索牽引支鏈2、第 二繩索牽引支鏈3和中間支鏈4三條支鏈，所述的三條支鏈都與動(dòng)平臺(tái)5相 連。第一繩索牽引支鏈2包括安裝在機(jī)架1上的第一電機(jī)23，第二繩索牽引 支鏈3包括安裝在機(jī)架1上的第二電機(jī)33;所述的中間支鏈4為從動(dòng)支鏈， 包括依次機(jī)械連接的下連桿41、下鉸鏈軸42、中連桿43、上鉸鏈軸44和上 連桿45,下連桿41安裝在機(jī)架1的上表面，上連桿45安裝在動(dòng)平臺(tái)5的下 表面，且所述的下鉸鏈軸42和上鉸鏈軸44相互垂直安裝。所述下連桿41的 中間部分是框式空芯結(jié)構(gòu)，第一繩索牽引支鏈2中的第一繩索24和第二繩索 牽引支鏈3中的第二繩索34均可以從下連桿41的框式空芯(腔)中通過(參 見圖l)。當(dāng)然這僅是本發(fā)明一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)，它可以采用其他結(jié)構(gòu)，例如， 在所述下連桿41的中間部分開有空間相互垂直的兩個(gè)通孔，所述的第一繩索 24和第二繩索34分別從兩個(gè)通孔中穿過。
所述的第一繩索牽引支鏈2 (參見圖2)包括第一電機(jī)23、第一電機(jī) 座21、第一張緊裝置6、第一滑輪機(jī)構(gòu)和第一繩索24;第一電機(jī)23安裝在 第一電機(jī)座21上，并且第一電機(jī)23上裝有第一滑輪機(jī)構(gòu)的第一滑輪22，第 一電機(jī)21座安裝在機(jī)架1的一側(cè)邊緣上；在機(jī)架1的另一側(cè)邊緣與所述下連 桿41和第一電機(jī)21相對(duì)(成一直線)的位置上安裝有第一滑輪機(jī)構(gòu)的第一 滑輪座25，第一滑輪座25上帶有第一滑輪座滑輪26;第一繩索24的一端與 動(dòng)平臺(tái)5的一端相連，另一端依次經(jīng)第一滑輪22、第一張緊裝置6中的第一
5小槽輪64和第一滑輪座滑輪26與動(dòng)平臺(tái)5的另一端連接，第一繩索24基本 構(gòu)成U字形。第一繩索牽引支鏈2的工作原理和過程是第一電機(jī)23轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 帶動(dòng)第一繩索24移動(dòng)，第一繩索24的移動(dòng)牽引動(dòng)平臺(tái)5繞上鉸鏈軸44旋轉(zhuǎn)， 從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)5的一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的第二繩索牽引支鏈3(參見圖3)與第一繩索牽引支鏈2的結(jié)構(gòu)完全 相同，但兩者在機(jī)架1上的安裝位置相互垂直，構(gòu)成與以所述中間支鏈4為 中心的十字形(參見圖1)。第二繩索牽引支鏈3中的第二繩索34的一端與 動(dòng)平臺(tái)5相連，另一端依次經(jīng)第二滑輪32、第二張緊裝置7中的第二小輪子 74和第二滑輪座滑輪36與動(dòng)平臺(tái)5的另一端連接。第二繩索牽引支鏈2的 工作原理和過程是第二電機(jī)33轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)第二繩索34移動(dòng)，第二繩索 34的移動(dòng)牽引動(dòng)平臺(tái)5繞下鉸鏈軸42旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)5的另一個(gè)方 向(與第一繩索牽引支鏈2牽引運(yùn)動(dòng)垂直的方向)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明機(jī)構(gòu)所述的張緊裝置6可以有多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)施例的具體設(shè)計(jì) 是拉簧張緊裝置(簡稱張緊裝置)，包括第一繩索牽引支鏈2中的第一張緊裝 置6和第二繩索牽引支鏈3中的第二張緊裝置7?，F(xiàn)以第一張緊裝置6為例 說明其具體結(jié)構(gòu)(參見圖4):所述第一張緊裝置6安裝在機(jī)架1上，包括第 一拉簧61，第一支撐桿62，第一連接板63、第一小槽輪64和第一小軸65; 第一拉簧61的下端鉤掛在機(jī)架1上，上端與第一連接板63相鉤掛連接；第 一支撐桿62為"r"形，豎置的桿下端固定在機(jī)架1上，上端的水平桿套裝 有第一連接板63,且第一連接板63能繞第一支撐桿62的水平桿轉(zhuǎn)動(dòng)；第一 連接板63的結(jié)構(gòu)為兩塊矩形板呈大于90度固定連接的"<"形，所述兩塊矩 形板的連接處有可套裝在所述第一支撐桿62的水平桿上的通孔，兩塊矩形板 中的一塊與所述第一拉簧61鉤掛連接，另一塊為"U"字形結(jié)構(gòu)，在"U"字 形的開口處安裝有第一小軸65，第一小軸65上安裝有第一小槽輪64，第一 小槽輪64能繞第一小軸65轉(zhuǎn)動(dòng)。第二張緊裝置7與第一張緊裝置6結(jié)構(gòu)完 全相同，包括第二拉簧71、第二支撐桿72、第二連接板73、第二小槽輪74 和第二小軸。
所述第一張緊裝置6的工作原理是所述的第一繩索24安裝在第一小槽輪64的上面，在滑輪機(jī)構(gòu)的作用下對(duì)第一小槽輪64有向下的作用力，而第 一小槽輪64、第一連接板63和第一小軸65為一體結(jié)構(gòu)，并與第一拉簧61 勾掛連接，因此通過力的傳遞，第一拉簧61受到作用力而處于拉伸狀態(tài)。機(jī) 構(gòu)工作狀態(tài)下，第一拉簧61處于適當(dāng)拉伸狀態(tài)，并與第一繩索24的張力狀 態(tài)一致或平衡(參見圖5a:第一拉簧61長度較長，處于拉伸狀態(tài)，第一小 槽輪64水平位置較低)。當(dāng)?shù)谝焕K索24松動(dòng)時(shí)，所述的作用力就減小，那么 第一拉簧61就會(huì)因彈性勢(shì)能減小而產(chǎn)生收縮運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)第一連接板63繞第 一支撐桿62順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而拉動(dòng)所述的第一小槽輪64向上抬起，進(jìn)而使 第一繩索24向上抬起，張緊第一繩索24，直至第一繩索24的張力與第一拉 簧61的拉力之間平衡(參見圖5b:第一拉簧61較短，處于收縮狀態(tài)，第一 小槽輪64水平位置較高)。另一方面,當(dāng)?shù)谝焕K索24進(jìn)一步張緊時(shí)，所述的 作用力就增大，所產(chǎn)生的力就會(huì)使第一連接板63逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使所述的第 一小槽輪64向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使第一拉簧62被進(jìn)一步拉伸，增加彈性勢(shì)能， 直至達(dá)到與第一繩索24的張力平衡。
所述第二張緊裝置7與第一張緊裝置6的結(jié)構(gòu)相同。第二張緊裝置7對(duì) 第二繩索34的張緊作用原理同于第一張緊裝置6對(duì)第一繩索24的張緊作用 原理。在第一張緊裝置6和第二張緊裝置7的共同作用下，可實(shí)現(xiàn)第一繩索 24和第二繩索34始終保持適當(dāng)?shù)恼w張緊狀態(tài)，都不松動(dòng)，完成本發(fā)明的 任務(wù)。
為防止第一繩索24與第二繩索34之間可能發(fā)生的運(yùn)動(dòng)干涉，本發(fā)明機(jī) 構(gòu)的進(jìn)一步特征是在第一繩索牽引支鏈2中或第二繩索牽引支鏈3中的電機(jī)、 張緊裝置和滑輪機(jī)構(gòu)的滑輪座的下邊分別加裝等厚的墊片。具體說是，在第 一繩索牽引支鏈2中的第一電機(jī)、第一張緊裝置和第一滑輪機(jī)構(gòu)的第一滑輪 座的下邊分別加裝等厚的電機(jī)墊片，張緊裝置墊片和滑輪座墊片，使第一電 機(jī)、第一張緊裝置和第一滑輪座與第二電機(jī)、第二張緊裝置和第二滑輪座的 整體高度不同；或者相反，在第二電機(jī)、第二張緊裝置和第二滑輪座的下邊 分別加裝等厚的電機(jī)墊片，張緊裝置墊片和滑輪座墊片，使第二電機(jī)、第二 張緊裝置和第二滑輪座與第一電機(jī)、第一張緊裝置和第一滑輪座的整體高度不同；或者直接設(shè)計(jì)第二繩索牽引支鏈3中的第二張緊裝置7與第一繩索牽 引支鏈2中的第一張緊裝置6兩者具有不同的整體高度。實(shí)施例是在第二電 機(jī)33、第二張緊裝置7和第二滑輪座35的下邊分別加裝了等厚的第二電機(jī) 墊片81，第二張緊裝置墊片82和第二滑輪座墊片83 (參見圖l、 3)。
本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)為二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，根據(jù)工作任務(wù)的要求，可控制選 擇第一電機(jī)23或第二電機(jī)33單獨(dú)工作，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的第一繩索牽引支鏈2或 第二繩索牽引支鏈3單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)5在某一個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)；也可 以控制選擇第一電機(jī)23和第二電機(jī)33同時(shí)工作，分別驅(qū)動(dòng)第一繩索牽引支 鏈2和第二繩索牽引支鏈3同時(shí)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)5在兩個(gè)相互垂直方向上 的轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)，其特征在于該機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)中間支鏈和兩組繩索牽引支鏈，所述的中間支鏈由兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)鉸接組成，且安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間的中心位置；所述的兩組繩索牽引支鏈結(jié)構(gòu)相同，并以中間支鏈為中心，十字形安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間；每一組繩索牽引支鏈均由固定在機(jī)架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)繩索經(jīng)張緊裝置和滑輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)繞所述中間支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在兩個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的中間支鏈為從動(dòng)支鏈，包括依次機(jī)械連接的下連桿、下鉸鏈軸、中連 桿、上鉸鏈軸和上連桿，下連桿安裝在機(jī)架的上表面，上連桿安裝在動(dòng)平 臺(tái)的下表面，且所述的下鉸鏈軸和上鉸鏈軸相互垂直安裝；所述下連桿的 中間部分是框式空芯結(jié)構(gòu)，第一繩索牽引支鏈中的第一繩索和第二繩索牽 引支鏈中的第二繩索均從下連桿的框式空芯中通過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 張緊裝置安裝在機(jī)架上，包括拉簧，支撐桿，連接板、小軸和小槽輪；拉 簧的下端鉤掛在機(jī)架上，上端與連接板相鉤掛；支撐桿為"「"形，豎置 的桿下端固定在機(jī)架上，上端的水平桿套裝有連接板，且連接板能繞支撐 桿的水平桿轉(zhuǎn)動(dòng)；連接板為兩塊矩形板呈大于90度固定連接的"<"形， 兩塊矩形板的連接處有可套裝在所述支撐桿的水平桿上的通孔，兩塊矩形 板中的一塊與所述拉簧鉤掛連接，另一塊為"U"字形結(jié)構(gòu)，在"U"字形 的開口處安裝有小軸，小軸上安裝有小槽輪，小槽輪能繞小軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于在所 述第一繩索牽引支鏈中或者第二繩索牽引支鏈中的電機(jī)、張緊裝置和滑輪 機(jī)構(gòu)的滑輪座的下邊分別加裝等厚的墊片；或者直接設(shè)計(jì)第一繩索牽引支 鏈中的第一張緊裝置與第二繩索牽引支鏈中的第二張緊裝置兩者具有不同 的整體高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)，其特征在于該機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)中間支鏈和兩組繩索牽引支鏈，所述的中間支鏈由兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)鉸接組成，且安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間的中心位置；所述的兩組繩索牽引支鏈結(jié)構(gòu)相同，并以中間支鏈為中心，十字形安裝在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間；每一組繩索牽引支鏈均由固定在機(jī)架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)繩索經(jīng)張緊裝置和滑輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)繞所述中間支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在兩個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明是非冗余驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)簡單，控制容易。
文檔編號(hào)B25J9/02GK101664924SQ20091007005
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者唐永晨, 張建軍, 張順心, 李為民, 翟瑩瑩, 范順成 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)