一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺及其自重構方法
【專利摘要】本發明公開了一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺，包括圓環形導軌，圓環形導軌上滑動裝配有六組基座，每個基座頂面徑向內端分別垂直安裝有液壓缸，液壓缸活塞桿上端分別轉動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅動的卷揚機，卷揚機機軸上柔索向上繞過各自對應的定滑輪后，再分別向圓環形導軌中心延伸，圓環形導軌中心上方設置有末端執行器，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構連接有鉤爪，柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執行器上位置對應的鉤環，每個液壓缸朝向圓環形導軌中心上方的一面鉸接有連桿滑塊機構。本發明通過一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺的自重構方法，方便研究不同構型二至六自由度柔索并聯機構的運動學、動力學性能。
【專利說明】
一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺及其自重構方法
技術領域
[0001]本發明涉及柔索并聯機構實驗平臺領域，具體是一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺及其自重構方法。
【背景技術】
[0002]在過去的十幾年里，各種自由度的柔索驅動并聯機構已經在一些領域得到了廣泛的研究和應用。與傳統機構相比，它們可以產生很大的加速度和工作區間，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柔索并聯機構。但在實驗過程中，我們發現該模塊化可重構柔索并聯實驗平臺的重構過程相對比較復雜，不僅需要手動拆裝末端執行器上的柔索，以改變柔索數量，而且，所述安裝在圓環形導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。
【發明內容】
[0004]本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺及其自重構方法，以自動高效的實現各種不同自由度變參數柔索并聯，用于方便快捷的研究各種不同構型二至六自由度柔索并聯機構的運動學、動力學性能。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
[0006]一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺，其特征在于:包括水平設置的圓環形導軌，圓環形導軌上滑動裝配有六組基座，每個基座分別沿圓環形導軌徑向設置，每個基座頂面徑向內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動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅動的卷揚機，卷揚機機軸上纏繞有柔索，柔索向上繞過各自對應的定滑輪后，再分別向圓環形導軌中心延伸，所述圓環形導軌中心上方設置有末端執行器，末端執行器側壁上對應各個基座位置分別設有鉤環，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構連接有鉤爪，且剪式機構上設有電磁鐵I，多個柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執行器上位置對應的鉤環，每個液壓缸朝向圓環形導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，長連桿桿端設有可與位置對應的電磁鐵I相互吸合的電磁鐵II，由長連桿、短連桿、滑塊構成連桿滑塊機構。
[0007]所述的一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺，其特征在于:每個基座分別通過驅動輪滑動裝配在圓環形導軌上，且每個基座由伺服電機通過變速箱帶動驅動輪驅動，為了實現準確定位，在驅動輪上設置電磁制動器。
[0008]—種模塊化柔索并聯機構實驗平臺的自重構方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0009]步驟一:所述連桿滑塊機構通過抱箍鉸接在液壓缸的缸體上，用于實現柔索和末端執行器之間的連接和斷開，所述處于復位狀態的連桿滑塊機構與液壓缸的缸體平行，當所述末端執行器需要和柔索斷開連接時，連桿滑塊機構處于工作狀態，所述連桿的末端與柔索連接末端執行器的一端接觸，并通過電磁鐵固定，通過工控機控制柔索和末端執行器斷開，所述連桿滑塊機構和柔索一起回到復位狀態，實現柔索和末端執行器的斷開；
[0010]步驟二:所述基座是以滑塊的形式與所述圓環形導軌滑動配合，所述基座包括內圓環滑塊和外圓環滑塊，分別與圓環形導軌的內圓表面和外圓表面配合，所述圓環形導軌外圓周周圍均勻分布有四個導軌座，分別對應任意四個基座，所述基座上表面上對稱安裝有兩個旋轉伸縮氣缸，所述旋轉伸縮氣缸用于將內圓環滑塊旋轉九十度，以保證所述基座可以沿著平行于圓環形導軌平面的方向向遠離圓環形導軌中心的一端沿著導軌座上的導軌滑動；
[0011]步驟三:所述導軌座一側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，通過齒輪的轉動，帶動齒條的移動，以實現所述基座滑動到所述導軌上，所述導軌座底端安裝有氣缸，以實現導軌座的升降，所述基座隨著導軌座下降，以避免對其他處于工作狀態的基座產生干涉，同理，可以實現處于工作狀態的柔索支柱數量的增加，即自由度的增加。
[0012]本發明優點為:
[0013]1、本發明通過連桿滑塊機構和剪式機構實現末端執行器和柔索之間的自動連接和斷開，方便快捷，大大節省了時間。連桿滑塊機構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、本發明通過旋轉伸縮氣缸實現內圓盤滑塊的九十度轉動，以保證基座在齒輪齒條機構的驅動下可以順利滑動到導軌座上。氣缸具有負載大、動作迅速、工作環境適應性好等優點，并且旋轉伸縮氣缸可以實現旋轉和伸縮兩個功能，大大簡化了機構的復雜程度。齒輪齒條機構傳動動力大、工作穩定、可靠性高。
[0015]3、本發明裝置具有自動重構的特點，可以高效利用各模塊，方便地開展各種不同構型的二至六自由度變參數柔索并連機構的設計、運動演示、力學特性研究等問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明自動重構六自由度柔索并聯機構實驗平臺結構示意圖。
[0017]圖2為本發明連桿滑塊機構工作示意圖。
[0018]圖3為圖2中A的局部放大圖。
[0019]圖4為內圓環滑塊旋轉示意圖。
[0020]圖5為未處于工作狀態的基座示意圖。
[0021]圖6為本發明的工作效果圖。
[0022]圖7為本發明模塊化柔索并聯機構實驗平臺結構總圖。
【具體實施方式】
[0023]參見圖1，本實施例中模塊化柔索并聯機構實驗平臺的結構設置為:呈水平設置的圓環形導軌7，由三個均勻分布的支腿8固定支撐。在圓環形導軌7上設置六組可沿圓環形導軌7移動、并可在豎向伸縮的柔索支柱，柔索支柱是在基座10上呈直立設置可伸縮的液壓缸3，液壓缸的頂端設置有定滑輪2。基座10是以滑塊的形式與圓環形導軌7滑動配合，并可以在圓環形導軌7上按圓環形軌跡移動。基座10上固定設置有卷揚機6，柔索4的一端由卷揚機卷放，另一端繞過定滑輪2并連接在末端執行器I的對應位置的連接點上，與柔索4一一對應連接的各連接點分處在末端執行器I的不同位置上。以末端執行器I作為實現不同自由度的被控對象。液壓馬達5通過減速機驅動卷揚機6構成柔索驅動機構，基座10是由伺服電機9通過變速箱帶動驅動輪12在圓環形導軌7上移動，為了實現準確定位，在驅動輪12上設置電磁制動器11，以保證柔索支柱準確定位在圓環形導軌7上。
[0024]處于工作狀態的柔索支柱可設置為二至六組，本發明分別通過以下方法實現模塊化柔索并聯機構實驗平臺的自重構過程，下面將以處于工作狀態的柔索支柱數量的減少過程為例，詳細說明該方法的實現步驟:
[0025]步驟一:參見圖1 一圖4，連桿滑塊機構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14與液壓缸3的缸體平行，處于復位狀態。如圖2所示，為了實現末端執行器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動下轉動，連桿滑塊機構14運動，使得連桿滑塊機構14的末端運動到柔索與末端執行器I的連接點上。如圖3所示，剪式機構26和連桿滑塊機構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14末端，控制卷揚機6放松柔索4，在剪式機構26上安裝的彈簧24的作用下，鉤爪25打開，連桿滑塊機構14帶動柔索4回到復位狀態，如圖4所示，柔索4和末端執行器I斷開；
[0026]步驟二:參見圖1一圖5，圓環形導軌7外圓周周圍均勻分布有四個導軌座17，分別對應任意四個基座10，基座10由內圓環滑塊28和外圓環滑塊32組成，如圖4所示，內圓環滑塊28兩側加工有一字型凹槽38和十字形凹槽37，旋轉伸縮氣缸29和旋轉伸縮氣缸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圓環滑塊的連接件134和連接件1135，連接件134和連接件1135與內圓環滑塊接觸的一端加工有對應的凸起塊36。當基座向外運動時，在旋轉伸縮氣缸的作用下，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控制旋轉伸縮氣缸29和旋轉伸縮氣缸30的活塞桿收縮，此時，內圓環滑塊28上的十字形凹槽37和連接件134上的凸起配合，旋轉伸縮氣缸29和旋轉伸縮氣缸30旋轉90°，帶動內圓環滑塊向上翻轉90°，達到如圖4所示的效果；
[0027]步驟三:參見圖1一圖6，導軌座17底部安裝有電機27，驅動小齒輪16轉動，從而通過大齒輪15和齒條31，帶動基座10沿著導軌座17上的導軌33向外運動，然后再控制旋轉伸縮氣缸29和旋轉伸縮氣缸30使內圓環滑塊復位。為了避免非工作狀態的基座10對其他處于工作狀態的基座產生干涉，工控機39控制升降氣缸18下降，導軌座17和基座10隨著升降氣缸18—起下降到導軌座支撐13所在的高度，由三個導軌座支撐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，兩個處于非工作狀態。
[0029]下面將再以一組柔索支柱為例，簡單說明處于工作狀態的柔索支柱數量的增加過程。
[0030]參見圖1 一圖6，首先，工控機39控制升降氣缸18上升，導軌座17和基座10隨著升降氣缸18—起上升到工作狀態的柔索支柱所在的平面。然后，控制旋轉伸縮氣缸29和旋轉伸縮氣缸30旋轉90°，帶動內圓環滑塊向上翻轉，齒輪齒條機構帶動基座回到工作位置，控制內圓環滑塊復位。工控機39控制連桿滑塊機構運動，剪式機構將繩索安裝到末端執行器的鉤環上，然后回到復位狀態，處于工作狀態的柔索支柱的增加過程完成。
【主權項】
1.一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺，其特征在于:包括水平設置的圓環形導軌，圓環形導軌上滑動裝配有六組基座，每個基座分別沿圓環形導軌徑向設置，每個基座頂面徑向內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動安裝有定滑輪，每個基座頂面分別安裝有由液壓馬達驅動的卷揚機，卷揚機機軸上纏繞有柔索，柔索向上繞過各自對應的定滑輪后，再分別向圓環形導軌中心延伸，所述圓環形導軌中心上方設置有末端執行器，末端執行器側壁上對應各個基座位置分別設有鉤環，每個柔索索端分別通過帶彈簧的剪式機構連接有鉤爪，且剪式機構上設有電磁鐵I，多個柔索索端分別通過鉤爪抓住末端執行器上位置對應的鉤環，每個液壓缸朝向圓環形導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，長連桿桿端設有可與位置對應的電磁鐵I相互吸合的電磁鐵II，由長連桿、短連桿、滑塊構成連桿滑塊機構。2.根據權利要求1所述的一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺，其特征在于:每個基座分別通過驅動輪滑動裝配在圓環形導軌上，且每個基座由伺服電機通過變速箱帶動驅動輪驅動，為了實現準確定位，在驅動輪上設置電磁制動器。3.一種模塊化柔索并聯機構實驗平臺的自重構方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:所述連桿滑塊機構通過抱箍鉸接在液壓缸的缸體上，用于實現柔索和末端執行器之間的連接和斷開，所述處于復位狀態的連桿滑塊機構與液壓缸的缸體平行，當所述末端執行器需要和柔索斷開連接時，連桿滑塊機構處于工作狀態，所述連桿的末端與柔索連接末端執行器的一端接觸，并通過電磁鐵固定，通過工控機控制柔索和末端執行器斷開，所述連桿滑塊機構和柔索一起回到復位狀態，實現柔索和末端執行器的斷開； 步驟二:所述基座是以滑塊的形式與所述圓環形導軌滑動配合，所述基座包括內圓環滑塊和外圓環滑塊，分別與圓環形導軌的內圓表面和外圓表面配合，所述圓環形導軌外圓周周圍均勻分布有四個導軌座，分別對應任意四個基座，所述基座上表面上對稱安裝有兩個旋轉伸縮氣缸，所述旋轉伸縮氣缸用于將內圓環滑塊旋轉九十度，以保證所述基座可以沿著平行于圓環形導軌平面的方向向遠離圓環形導軌中心的一端沿著導軌座上的導軌滑動； 步驟三:所述導軌座一側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，通過齒輪的轉動，帶動齒條的移動，以實現所述基座滑動到所述導軌上，所述導軌座底端安裝有氣缸，以實現導軌座的升降，所述基座隨著導軌座下降，以避免對其他處于工作狀態的基座產生干涉，同理，可以實現處于工作狀態的柔索支柱數量的增加，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
【發明人】訾斌, 陳甜甜, 錢森, 劉浩
【申請人】合肥工業大學