一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺及其自重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺，包括圓環(huán)形導(dǎo)軌，圓環(huán)形導(dǎo)軌上滑動裝配有六組基座，每個基座頂面徑向內(nèi)端分別垂直安裝有液壓缸，液壓缸活塞桿上端分別轉(zhuǎn)動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅(qū)動的卷揚機，卷揚機機軸上柔索向上繞過各自對應(yīng)的定滑輪后，再分別向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心延伸，圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方設(shè)置有末端執(zhí)行器，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構(gòu)連接有鉤爪，柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執(zhí)行器上位置對應(yīng)的鉤環(huán)，每個液壓缸朝向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方的一面鉸接有連桿滑塊機構(gòu)。本發(fā)明通過一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺的自重構(gòu)方法，方便研究不同構(gòu)型二至六自由度柔索并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)性能。
【專利說明】
一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺及其自重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺領(lǐng)域，具體是一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺及其自重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的十幾年里，各種自由度的柔索驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。與傳統(tǒng)機構(gòu)相比，它們可以產(chǎn)生很大的加速度和工作區(qū)間，并且承載能力強、輕便靈活、可重組、模塊化程度高。
[0003]中國專利201410090629.X公開了一種六自由度模塊化可重構(gòu)柔索并聯(lián)機構(gòu)。但在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)該模塊化可重構(gòu)柔索并聯(lián)實驗平臺的重構(gòu)過程相對比較復(fù)雜，不僅需要手動拆裝末端執(zhí)行器上的柔索，以改變?nèi)崴鲾?shù)量，而且，所述安裝在圓環(huán)形導(dǎo)軌上分別用于控制六根柔索運動的六個柔索支柱的拆裝也比較麻煩。在整個實驗中，拆裝各模塊比較浪費時間，降低了工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺及其自重構(gòu)方法，以自動高效的實現(xiàn)各種不同自由度變參數(shù)柔索并聯(lián)，用于方便快捷的研究各種不同構(gòu)型二至六自由度柔索并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)性能。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺，其特征在于:包括水平設(shè)置的圓環(huán)形導(dǎo)軌，圓環(huán)形導(dǎo)軌上滑動裝配有六組基座，每個基座分別沿圓環(huán)形導(dǎo)軌徑向設(shè)置，每個基座頂面徑向內(nèi)端分別垂直安裝有作為柔索支柱的液壓缸，液壓缸活塞桿豎直向上延伸，且液壓缸活塞桿上端分別轉(zhuǎn)動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅(qū)動的卷揚機，卷揚機機軸上纏繞有柔索，柔索向上繞過各自對應(yīng)的定滑輪后，再分別向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心延伸，所述圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方設(shè)置有末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器側(cè)壁上對應(yīng)各個基座位置分別設(shè)有鉤環(huán)，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構(gòu)連接有鉤爪，且剪式機構(gòu)上設(shè)有電磁鐵I，多個柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執(zhí)行器上位置對應(yīng)的鉤環(huán)，每個液壓缸朝向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方的一面下部通過抱箍I鉸接有短連桿、上部通過抱箍II鉸接有長連桿，所述短連桿桿端通過滑塊滑動安裝在長連桿桿身上，長連桿桿端設(shè)有可與位置對應(yīng)的電磁鐵I相互吸合的電磁鐵II，由長連桿、短連桿、滑塊構(gòu)成連桿滑塊機構(gòu)。
[0007]所述的一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺，其特征在于:每個基座分別通過驅(qū)動輪滑動裝配在圓環(huán)形導(dǎo)軌上，且每個基座由伺服電機通過變速箱帶動驅(qū)動輪驅(qū)動，為了實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，在驅(qū)動輪上設(shè)置電磁制動器。
[0008]—種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺的自重構(gòu)方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0009]步驟一:所述連桿滑塊機構(gòu)通過抱箍鉸接在液壓缸的缸體上，用于實現(xiàn)柔索和末端執(zhí)行器之間的連接和斷開，所述處于復(fù)位狀態(tài)的連桿滑塊機構(gòu)與液壓缸的缸體平行，當(dāng)所述末端執(zhí)行器需要和柔索斷開連接時，連桿滑塊機構(gòu)處于工作狀態(tài)，所述連桿的末端與柔索連接末端執(zhí)行器的一端接觸，并通過電磁鐵固定，通過工控機控制柔索和末端執(zhí)行器斷開，所述連桿滑塊機構(gòu)和柔索一起回到復(fù)位狀態(tài)，實現(xiàn)柔索和末端執(zhí)行器的斷開；
[0010]步驟二:所述基座是以滑塊的形式與所述圓環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合，所述基座包括內(nèi)圓環(huán)滑塊和外圓環(huán)滑塊，分別與圓環(huán)形導(dǎo)軌的內(nèi)圓表面和外圓表面配合，所述圓環(huán)形導(dǎo)軌外圓周周圍均勻分布有四個導(dǎo)軌座，分別對應(yīng)任意四個基座，所述基座上表面上對稱安裝有兩個旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸，所述旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸用于將內(nèi)圓環(huán)滑塊旋轉(zhuǎn)九十度，以保證所述基座可以沿著平行于圓環(huán)形導(dǎo)軌平面的方向向遠(yuǎn)離圓環(huán)形導(dǎo)軌中心的一端沿著導(dǎo)軌座上的導(dǎo)軌滑動；
[0011]步驟三:所述導(dǎo)軌座一側(cè)安裝有兩個嚙合的齒輪，其中一個與所述基座上的齒條嚙合，通過齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒條的移動，以實現(xiàn)所述基座滑動到所述導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌座底端安裝有氣缸，以實現(xiàn)導(dǎo)軌座的升降，所述基座隨著導(dǎo)軌座下降，以避免對其他處于工作狀態(tài)的基座產(chǎn)生干涉，同理，可以實現(xiàn)處于工作狀態(tài)的柔索支柱數(shù)量的增加，即自由度的增加。
[0012]本發(fā)明優(yōu)點為:
[0013]1、本發(fā)明通過連桿滑塊機構(gòu)和剪式機構(gòu)實現(xiàn)末端執(zhí)行器和柔索之間的自動連接和斷開，方便快捷，大大節(jié)省了時間。連桿滑塊機構(gòu)中各運動副均為面接觸，傳動時受到單位面積上的壓力較小，且有利于潤滑，磨損較輕，壽命較長，同時，制造簡單，工作空間大，易獲得較高的精度。
[0014]2、本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸實現(xiàn)內(nèi)圓盤滑塊的九十度轉(zhuǎn)動，以保證基座在齒輪齒條機構(gòu)的驅(qū)動下可以順利滑動到導(dǎo)軌座上。氣缸具有負(fù)載大、動作迅速、工作環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點，并且旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和伸縮兩個功能，大大簡化了機構(gòu)的復(fù)雜程度。齒輪齒條機構(gòu)傳動動力大、工作穩(wěn)定、可靠性高。
[0015]3、本發(fā)明裝置具有自動重構(gòu)的特點，可以高效利用各模塊，方便地開展各種不同構(gòu)型的二至六自由度變參數(shù)柔索并連機構(gòu)的設(shè)計、運動演示、力學(xué)特性研究等問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明自動重構(gòu)六自由度柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明連桿滑塊機構(gòu)工作示意圖。
[0018]圖3為圖2中A的局部放大圖。
[0019]圖4為內(nèi)圓環(huán)滑塊旋轉(zhuǎn)示意圖。
[0020]圖5為未處于工作狀態(tài)的基座示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的工作效果圖。
[0022]圖7為本發(fā)明模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺結(jié)構(gòu)總圖。
【具體實施方式】
[0023]參見圖1，本實施例中模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:呈水平設(shè)置的圓環(huán)形導(dǎo)軌7，由三個均勻分布的支腿8固定支撐。在圓環(huán)形導(dǎo)軌7上設(shè)置六組可沿圓環(huán)形導(dǎo)軌7移動、并可在豎向伸縮的柔索支柱，柔索支柱是在基座10上呈直立設(shè)置可伸縮的液壓缸3，液壓缸的頂端設(shè)置有定滑輪2?；?0是以滑塊的形式與圓環(huán)形導(dǎo)軌7滑動配合，并可以在圓環(huán)形導(dǎo)軌7上按圓環(huán)形軌跡移動?；?0上固定設(shè)置有卷揚機6，柔索4的一端由卷揚機卷放，另一端繞過定滑輪2并連接在末端執(zhí)行器I的對應(yīng)位置的連接點上，與柔索4一一對應(yīng)連接的各連接點分處在末端執(zhí)行器I的不同位置上。以末端執(zhí)行器I作為實現(xiàn)不同自由度的被控對象。液壓馬達5通過減速機驅(qū)動卷揚機6構(gòu)成柔索驅(qū)動機構(gòu)，基座10是由伺服電機9通過變速箱帶動驅(qū)動輪12在圓環(huán)形導(dǎo)軌7上移動，為了實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，在驅(qū)動輪12上設(shè)置電磁制動器11，以保證柔索支柱準(zhǔn)確定位在圓環(huán)形導(dǎo)軌7上。
[0024]處于工作狀態(tài)的柔索支柱可設(shè)置為二至六組，本發(fā)明分別通過以下方法實現(xiàn)模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺的自重構(gòu)過程，下面將以處于工作狀態(tài)的柔索支柱數(shù)量的減少過程為例，詳細(xì)說明該方法的實現(xiàn)步驟:
[0025]步驟一:參見圖1 一圖4，連桿滑塊機構(gòu)14通過抱箍120和抱箍1121鉸接在液壓缸3的缸體上，圖1中連桿滑塊機構(gòu)14與液壓缸3的缸體平行，處于復(fù)位狀態(tài)。如圖2所示，為了實現(xiàn)末端執(zhí)行器I和柔索4的自動分離，首先，通過工控機39控制連接在抱箍20上的桿件在電機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，連桿滑塊機構(gòu)14運動，使得連桿滑塊機構(gòu)14的末端運動到柔索與末端執(zhí)行器I的連接點上。如圖3所示，剪式機構(gòu)26和連桿滑塊機構(gòu)14的末端上分別安裝有電磁鐵123和電磁鐵1122，通過工控機39控制電磁鐵通電吸合，柔索4連接在連桿滑塊機構(gòu)14末端，控制卷揚機6放松柔索4，在剪式機構(gòu)26上安裝的彈簧24的作用下，鉤爪25打開，連桿滑塊機構(gòu)14帶動柔索4回到復(fù)位狀態(tài)，如圖4所示，柔索4和末端執(zhí)行器I斷開；
[0026]步驟二:參見圖1一圖5，圓環(huán)形導(dǎo)軌7外圓周周圍均勻分布有四個導(dǎo)軌座17，分別對應(yīng)任意四個基座10，基座10由內(nèi)圓環(huán)滑塊28和外圓環(huán)滑塊32組成，如圖4所示，內(nèi)圓環(huán)滑塊28兩側(cè)加工有一字型凹槽38和十字形凹槽37，旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸29和旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸30固定安裝在基座上，它們的活塞桿上分別安裝有用于連接氣缸和內(nèi)圓環(huán)滑塊的連接件134和連接件1135，連接件134和連接件1135與內(nèi)圓環(huán)滑塊接觸的一端加工有對應(yīng)的凸起塊36。當(dāng)基座向外運動時，在旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸的作用下，連接件134和連接件II 35沿著一字型凹槽38運動到十字形凹槽37所在的位置，通過工控機39控制旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸29和旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸30的活塞桿收縮，此時，內(nèi)圓環(huán)滑塊28上的十字形凹槽37和連接件134上的凸起配合，旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸29和旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸30旋轉(zhuǎn)90°，帶動內(nèi)圓環(huán)滑塊向上翻轉(zhuǎn)90°，達到如圖4所示的效果；
[0027]步驟三:參見圖1一圖6，導(dǎo)軌座17底部安裝有電機27，驅(qū)動小齒輪16轉(zhuǎn)動，從而通過大齒輪15和齒條31，帶動基座10沿著導(dǎo)軌座17上的導(dǎo)軌33向外運動，然后再控制旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸29和旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸30使內(nèi)圓環(huán)滑塊復(fù)位。為了避免非工作狀態(tài)的基座10對其他處于工作狀態(tài)的基座產(chǎn)生干涉，工控機39控制升降氣缸18下降，導(dǎo)軌座17和基座10隨著升降氣缸18—起下降到導(dǎo)軌座支撐13所在的高度，由三個導(dǎo)軌座支撐13來承受基座的重量，，至此整個柔索支柱的減少過程完成。
[0028]參見圖7，四個柔索支柱處于工作狀態(tài)，兩個處于非工作狀態(tài)。
[0029]下面將再以一組柔索支柱為例，簡單說明處于工作狀態(tài)的柔索支柱數(shù)量的增加過程。
[0030]參見圖1 一圖6，首先，工控機39控制升降氣缸18上升，導(dǎo)軌座17和基座10隨著升降氣缸18—起上升到工作狀態(tài)的柔索支柱所在的平面。然后，控制旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸29和旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸30旋轉(zhuǎn)90°，帶動內(nèi)圓環(huán)滑塊向上翻轉(zhuǎn)，齒輪齒條機構(gòu)帶動基座回到工作位置，控制內(nèi)圓環(huán)滑塊復(fù)位。工控機39控制連桿滑塊機構(gòu)運動，剪式機構(gòu)將繩索安裝到末端執(zhí)行器的鉤環(huán)上，然后回到復(fù)位狀態(tài)，處于工作狀態(tài)的柔索支柱的增加過程完成。
【主權(quán)項】
1.一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺，其特征在于:包括水平設(shè)置的圓環(huán)形導(dǎo)軌，圓環(huán)形導(dǎo)軌上滑動裝配有六組基座，每個基座分別沿圓環(huán)形導(dǎo)軌徑向設(shè)置，每個基座頂面徑向內(nèi)端分別垂直安裝有作為柔索支柱的液壓缸，液壓缸活塞桿豎直向上延伸，且液壓缸活塞桿上端分別轉(zhuǎn)動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅(qū)動的卷揚機，卷揚機機軸上纏繞有柔索，柔索向上繞過各自對應(yīng)的定滑輪后，再分別向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心延伸，所述圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方設(shè)置有末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器側(cè)壁上對應(yīng)各個基座位置分別設(shè)有鉤環(huán)，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構(gòu)連接有鉤爪，且剪式機構(gòu)上設(shè)有電磁鐵I，多個柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執(zhí)行器上位置對應(yīng)的鉤環(huán)，每個液壓缸朝向圓環(huán)形導(dǎo)軌中心上方的一面下部通過抱箍I鉸接有短連桿、上部通過抱箍II鉸接有長連桿，所述短連桿桿端通過滑塊滑動安裝在長連桿桿身上，長連桿桿端設(shè)有可與位置對應(yīng)的電磁鐵I相互吸合的電磁鐵II，由長連桿、短連桿、滑塊構(gòu)成連桿滑塊機構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺，其特征在于:每個基座分別通過驅(qū)動輪滑動裝配在圓環(huán)形導(dǎo)軌上，且每個基座由伺服電機通過變速箱帶動驅(qū)動輪驅(qū)動，為了實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，在驅(qū)動輪上設(shè)置電磁制動器。3.一種模塊化柔索并聯(lián)機構(gòu)實驗平臺的自重構(gòu)方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:所述連桿滑塊機構(gòu)通過抱箍鉸接在液壓缸的缸體上，用于實現(xiàn)柔索和末端執(zhí)行器之間的連接和斷開，所述處于復(fù)位狀態(tài)的連桿滑塊機構(gòu)與液壓缸的缸體平行，當(dāng)所述末端執(zhí)行器需要和柔索斷開連接時，連桿滑塊機構(gòu)處于工作狀態(tài)，所述連桿的末端與柔索連接末端執(zhí)行器的一端接觸，并通過電磁鐵固定，通過工控機控制柔索和末端執(zhí)行器斷開，所述連桿滑塊機構(gòu)和柔索一起回到復(fù)位狀態(tài)，實現(xiàn)柔索和末端執(zhí)行器的斷開； 步驟二:所述基座是以滑塊的形式與所述圓環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合，所述基座包括內(nèi)圓環(huán)滑塊和外圓環(huán)滑塊，分別與圓環(huán)形導(dǎo)軌的內(nèi)圓表面和外圓表面配合，所述圓環(huán)形導(dǎo)軌外圓周周圍均勻分布有四個導(dǎo)軌座，分別對應(yīng)任意四個基座，所述基座上表面上對稱安裝有兩個旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸，所述旋轉(zhuǎn)伸縮氣缸用于將內(nèi)圓環(huán)滑塊旋轉(zhuǎn)九十度，以保證所述基座可以沿著平行于圓環(huán)形導(dǎo)軌平面的方向向遠(yuǎn)離圓環(huán)形導(dǎo)軌中心的一端沿著導(dǎo)軌座上的導(dǎo)軌滑動； 步驟三:所述導(dǎo)軌座一側(cè)安裝有兩個嚙合的齒輪，其中一個與所述基座上的齒條嚙合，通過齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒條的移動，以實現(xiàn)所述基座滑動到所述導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌座底端安裝有氣缸，以實現(xiàn)導(dǎo)軌座的升降，所述基座隨著導(dǎo)軌座下降，以避免對其他處于工作狀態(tài)的基座產(chǎn)生干涉，同理，可以實現(xiàn)處于工作狀態(tài)的柔索支柱數(shù)量的增加，即自由度的增加。
【文檔編號】B25J9/00GK106078674SQ201610185878
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年3月25日 公開號201610185878.6, CN 106078674 A, CN 106078674A, CN 201610185878, CN-A-106078674, CN106078674 A, CN106078674A, CN201610185878, CN201610185878.6
【發(fā)明人】訾斌, 陳甜甜, 錢森, 劉浩
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)