本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人，尤其涉及一種氣動(dòng)人工肌肉的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)載體提出越來(lái)越多的要求。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種由多個(gè)并行鏈構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，其具有高剛度、高精度、高承載能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊以及易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)飛行、戰(zhàn)車道路模擬、潛艇模擬等運(yùn)動(dòng)模擬器領(lǐng)域，可以很好地滿足VR技術(shù)中對(duì)運(yùn)動(dòng)載體的要求。但以往并聯(lián)機(jī)構(gòu)多采用液壓缸或電動(dòng)缸作為驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)元件既是驅(qū)動(dòng)元件也是動(dòng)平臺(tái)的主支撐構(gòu)件，存在體積大、重量重、易出故障等問(wèn)題，這些問(wèn)題制約著并聯(lián)機(jī)構(gòu)在VR領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的適用性，降低故障率，提高機(jī)構(gòu)可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括固定架(10)、動(dòng)平臺(tái)(20)、回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)、支鏈(40)，其中：回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)固定在固定架(10)與動(dòng)平臺(tái)(20)之間，包括虎克鉸(31)、回轉(zhuǎn)軸承(32)、直線運(yùn)動(dòng)軸承(33)、彈簧端蓋(34)、彈簧殼(35)、彈簧(36)及位移傳感器(37)；支鏈(40)，6條結(jié)構(gòu)相同的支鏈設(shè)置在固定架(10)與動(dòng)平臺(tái)(20)之間，包括氣動(dòng)人工肌肉(41)、上鉸座(42)、上球鉸(43)、拉力傳感器(44)、下球鉸(45)、下鉸座(46)。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)的直線運(yùn)動(dòng)軸承(33)由軸(331)和軸套(332)組成；所述虎克鉸(31)通過(guò)所述回轉(zhuǎn)軸承(32)與所述直線運(yùn)動(dòng)軸承(33)的軸(331)連接；所述直線運(yùn)動(dòng)軸承(33)的軸(331)與所述彈簧端蓋(34)固定連接；所述彈簧殼(35)下端與所述固定架(10)連接；所述彈簧(36)上端與所述彈簧端蓋(34)連接、下端與所述固定架(10)連接，并套在所述彈簧殼(35)周圍；所述位移傳感器(37)上端與所述彈簧端蓋(34)連接、下端與所述固定架(10)連接。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)的虎克鉸(31)與所述動(dòng)平臺(tái)(20)通過(guò)螺栓固定連接。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述支鏈(40)的上鉸座(42)與所述上球鉸(43)連接；所述上球鉸(43)與所述拉力傳感器(44)連接；所述拉力傳感器(44)與所所述氣動(dòng)人工肌肉(41)上端連接；所述氣動(dòng)人工肌肉(44)下端與所述下球鉸(45)連接；所述下球鉸(45)與所述下鉸座(46)連接；所述下鉸座(46)與所述固定架(10)連接。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述動(dòng)平臺(tái)(20)與所述支鏈(40)的上鉸座(42)連接。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述6條支鏈(40)中的氣動(dòng)人功肌肉(41)在壓縮氣體作用下收縮，拉動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)(20)運(yùn)動(dòng)；所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)(20)進(jìn)行支撐；所述動(dòng)平臺(tái)(20)在所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)與所述6條支鏈(40)的作用下進(jìn)行橫滾、俯仰、偏航及垂向四個(gè)自由度方向的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述氣動(dòng)人工肌肉(41)對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)(20)的作用力通過(guò)位于所述上球鉸(42)與所述氣動(dòng)人工肌肉(41)之間的所述拉力傳感器(44)測(cè)量；所述動(dòng)平臺(tái)(20)的上、下運(yùn)動(dòng)位移由連接在所述彈簧端蓋(34)與所述固定架(10)之間的所述位移傳感器(37)測(cè)量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)柔性好、響應(yīng)速度快：本發(fā)明采用氣動(dòng)人工肌肉作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)元件，通過(guò)氣壓控制氣動(dòng)人工肌肉的力量大小及其伸縮量；

(2)重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊：驅(qū)動(dòng)支鏈不作為動(dòng)平臺(tái)主支撐結(jié)構(gòu)，重量輕；為減小機(jī)構(gòu)質(zhì)量，本發(fā)明將氣導(dǎo)桿殼等零件中間掏空；直接將拉力傳感器與氣動(dòng)人工肌肉連接，通過(guò)氣壓與氣動(dòng)人工肌肉出力測(cè)量預(yù)估氣動(dòng)人工肌肉伸縮量，不必額外安裝位移傳感器，使得機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更緊湊；

(3)穩(wěn)定性好：彈簧上下分別通過(guò)導(dǎo)向組件連接在固定架與動(dòng)平臺(tái)之間，始終能保持較高的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架(10)、動(dòng)平臺(tái)(20)、回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)、支鏈(40)，其中：所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)固定在所述固定架(10)與所述動(dòng)平臺(tái)(20)之間，所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)包括虎克鉸(31)、回轉(zhuǎn)軸承(32)、直線運(yùn)動(dòng)軸承(33)、彈簧端蓋(34)、彈簧殼(35)、彈簧(36)及位移傳感器(37)；所述6條結(jié)構(gòu)相同的支鏈(40)設(shè)置在所述固定架(10)與所述動(dòng)平臺(tái)(20)之間，所述支鏈(40)包括氣動(dòng)人工肌肉(41)、上鉸座(42)、上球鉸(43)、拉力傳感器(44)、下球鉸(45)、下鉸座(46)。

根據(jù)附圖1中所示，所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)(20)提供約束，限制所述動(dòng)平臺(tái)(20)兩個(gè)方向的平動(dòng)，使得所述動(dòng)平臺(tái)(20)僅具有橫滾、俯仰、偏航及垂向四個(gè)自由度；在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述6條支鏈(40)中的所述氣動(dòng)人工肌肉(41)提供所述動(dòng)平臺(tái)(20)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力；所述氣動(dòng)人工肌肉(41)在壓縮氣體作用下發(fā)生收縮，且壓縮氣體的壓力不同收縮量也不同，這樣通過(guò)調(diào)節(jié)所述氣動(dòng)人工肌肉(41)的供氣壓力，所述6條支鏈(40)會(huì)對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)(20)不同方向作用不同的力；所述動(dòng)平臺(tái)(20)在所述6條支鏈(40)不同作用力及所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)約束下會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)；如向6條所述氣動(dòng)人工肌肉(41)提供相同壓力的壓縮氣體，所述氣動(dòng)人工肌肉(41)產(chǎn)生相同的壓縮量，對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)(20)產(chǎn)生相同的作用力，則在6個(gè)相同作用力及中間所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)向組件(30)約束作用下，所述動(dòng)平臺(tái)(20)會(huì)產(chǎn)生垂直方向運(yùn)動(dòng)。

以上描述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和基本工作原理，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施方式和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都列入要求保護(hù)范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所述權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。