專利名稱：一種具有直線運動功能的2-rrr機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直線導引機構，特別涉及一種需要直線伸縮功能且受載較復雜的機械機構，屬于機械結構及機構學技術領域。
背景技術：
單自由度的直線運動機構在現代機械中應用十分廣泛，為了精確實現直線運動，人們發明了曲柄滑塊機構，不過曲柄滑塊機構的運動特性在一定程度上完全取決于滑軌。為了盡可能避免直線運動受限于滑軌的影響，機構學者試圖通過傳統的連桿和轉動副綜合出能夠實現精確直線運動的機構來。在機構學史上比較有代表性的直線平移機構有 Peaucellier-Lipkin 機構1· Peaucellier—Lipkin linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Peaucellier % E2 % 80 % 93Lipkin IinkaRe]禾口 Chebyshev 機構[2. Chebyshev linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Chebyshev 1inkaRe 。 Peaucellier-Lipkin機構(如圖1所示)中，構件AB、BC、CD和AD構成一個菱形,構件O2B 和可以是任意長度，但必須長度相等。當O1A等于O1A時，點C的運動軌跡將是一條直線。Chebyshev機構(如圖2所示)，當滿足條件構件O1O2、構件O1B和構件AB的桿長比例為I1 I2 I3 = 4 5 2，且構件O2A的桿長為/4 = /3 + ^l22-Z12W,構件AB的中點P的運動軌跡為一固定直線。此外，趙景山等還提出了一種六連桿直線平移機構3.趙景山，褚福磊.單自由度直線平移式空間六連桿機構[P].中國專利200610113112. 3，2007-2- ，該六連桿直線平移機構中包含兩條相同的RRR運動鏈，且兩條RRR運動鏈所確定的兩個平面非共面。
上述的四種直線平移機構均能夠實現直線平移運動，但是機構形式差異較大，其復雜的結構較不適用于需要做小范圍直線運動的機械結構中。發明內容
本發明的目的在于克服上述存在的不足，提供一種適合于工程應用的具有直線運動功能的2-RRR機構，實現在采用轉動副和圓柱副相結合的方式，使得其中某個構件能夠做單自由度的直線運動。
本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，它包括下側連桿固定端，上側連桿固定端，第一條RRR運動鏈的第一條RRR運動鏈下側連桿、第一條RRR運動鏈上側連桿，第二條RRR運動鏈的第二條RRR運動鏈下側連桿、第二條RRR運動鏈上側連桿和導向桿，所述下側連桿固定端與第一條RRR運動鏈下側連桿通過轉動副A1聯接、下側連桿固定端與第二條RRR運動鏈下側連桿通過轉動副A2聯接；所述上側連桿固定端與第一條RRR運動鏈上側連桿通過轉動副C1聯接、上側連桿固定端與第二條RRR運動鏈上側連桿通過轉動副C2聯接；所述第一條RRR運動鏈下側連桿與第一條RRR運動鏈上側連桿通過轉動副&聯接；所述第二條RRR運動鏈下側連桿與第二條RRR運動鏈上側連桿通過轉動副化聯接。
作為優選，所述的第一條RRR運動鏈、第二條RRR運動鏈所確定的兩個平面為共面，且與軸線O1A確定的平面為共面。
作為優選，所述的第一條RRR運動鏈下側連桿和第二條RRR運動鏈下側連桿長度相等，所述的第一條RRR運動鏈上側連桿和第二條RRR運動鏈上側連桿長度相等，第一條 RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈關于軸線O1A呈對稱分布。
作為優選，所述的導向桿與下側連桿固定端通過螺紋連接，與上側連桿固定端間隙配合；第一條RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈做伸縮運動時，導向桿的上端可以沿上側連桿固定端的中心孔內壁滑動。
作為優選，所述的導向桿和下側連桿固定端與上側連桿固定端，其圓桿結構為實心桿或中空結構。
本發明有益的效果本發明通過采用轉動副和圓柱副相結合的方式，實現了機構中某一個構件做精確直線運動的目的，同時該機構具有結構簡單，較好的各向剛度和較好的承載能力等優點；該機構相對于Peaucellier-Lipkin機構和Chebyshev機構結構更為簡單，更有利于機械工程應用；相對于六連桿直線平移機構具有更好的各向剛度和較好的承載能力。
圖1是Peaucellier-Lipkin機構機構原理圖。
圖2是Chebyshev機構機構原理圖。
圖3是本發明提供的具有直線運動功能的2-RRR機構結構示意圖。
圖4是本發明2-RRR機構的俯視示意圖。
圖5是第一條RRR運動鏈機構原理圖。
附圖中的標號分別為1、下側連桿固定端；2a、第一條RRR運動鏈下側連桿；2b、第一條RRR運動鏈上側連桿；3a、第二條RRR運動鏈下側連桿；3b、第二條RRR運動鏈上側連桿；4、上側連桿固定端；5、導向桿。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構、原理及具體實施方式
作進一步的說明。
圖3是本發明提供的具有直線運動功能的2-RRR機構結構示意圖。該機構包括下側連桿固定端1，上側連桿固定端4，第一條RRR運動鏈的第一條RRR運動鏈下側連桿加、 第一條RRR運動鏈上側連桿2b，第二條RRR運動鏈的第二條RRR運動鏈下側連桿3a、第二條RRR運動鏈上側連桿北和導向桿5，所述下側連桿固定端1與第一條RRR運動鏈下側連桿加通過轉動副A1聯接、下側連桿固定端1與第二條RRR運動鏈下側連桿3a通過轉動副 A2聯接；所述上側連桿固定端4與第一條RRR運動鏈上側連桿2b通過轉動副C1聯接、上側連桿固定端4與第二條RRR運動鏈上側連桿北通過轉動副C2聯接；所述第一條RRR運動鏈下側連桿加與第一條RRR運動鏈上側連桿2b通過轉動副B1聯接；所述第二條RRR運動鏈下側連桿3a與第二條RRR運動鏈上側連桿北通過轉動副化聯接；所述的第一條RRR運動鏈下側連桿加和第二條RRR運動鏈下側連桿3a長度相等，所述的第一條RRR運動鏈上側連桿2b和第二條RRR運動鏈上側連桿北長度相等，第一條RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈關于軸線O1A呈對稱分布。
所述的導向桿5與下側連桿固定端1通過螺紋連接，與上側連桿固定端4間隙配合；第一條RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈做伸縮運動時，導向桿5的上端可以沿上側連桿固定端4的中心孔內壁滑動；所述的第一條RRR運動鏈、第二條RRR運動鏈所確定的兩個平面為共面，且與軸線O1A確定的平面為共面；所述的導向桿5和下側連桿固定端1與上側連桿固定端4，其圓桿結構可以為實心桿，也可以做成中空結構。
從圖3中可以看出，在兩條RRR運動鏈的約束下，上側連桿固定端4具有三個自由度，即繞y軸的轉動、沿χ軸和ζ軸的移動；在導向桿5的約束下，上側連桿固定端4具有兩個自由度，即繞ζ軸的轉動和沿ζ軸的移動。因此，在兩條RRR運動鏈和導向桿5的共同約束下，上側連桿固定端4只具有沿ζ軸移動的自由度，即該機構中上側連桿固定端4能夠做精確的直線運動。為了進一步闡述該機構的運動學原理，下面對該機構的運動學原理進行分析。
首先建立坐標系，以軸線O1A與轉動副Ap A2軸線所在的平面的交點為坐標原點 O，Z軸沿交軸線O1A方向，X軸垂直于轉動副Al的軸線，根據右手螺旋法則可以得到y軸， 如圖3所示，該機構的俯視圖如圖4所示。該機構中第一條RRR運動鏈的機構原理圖如圖 5所示，設轉動副A1到坐標原定的距離為I1,第一條RRR運動鏈下側連桿加長為12，第一條 RRR運動鏈上側連桿2b長為13，第一條RRR運動鏈下側連桿加與ζ軸夾角為θ。則第一條RRR運動鏈的三個轉動副中心在坐標系oxyz中的坐標為
A1Q1 0 0)；
B1G^l2Sineo I2C0s θ )；
C1^Z1 0 Z2 cos 0 + ^Z32 - Z22 Sin2 ；
根據趙景山，馮之敬，褚福磊.機器人機構自由度分析理論[M].北京科學出版社，2009.提出的機構自由度的分析理論，可以寫出第一條RRR運動鏈A1B1C1的運動螺旋系為
權利要求
1.一種具有直線運動功能的2-RRR機構，其特征在于包括下側連桿固定端(1)，上側連桿固定端G)，第一條RRR運動鏈的第一條RRR運動鏈下側連桿(加)、第一條RRR運動鏈上側連桿Ob)，第二條RRR運動鏈的第二條RRR運動鏈下側連桿(3a)、第二條RRR運動鏈上側連桿(3b)和導向桿(5)，所述下側連桿固定端(1)與第一條RRR運動鏈下側連桿Oa) 通過轉動副A1聯接、下側連桿固定端(1)與第二條RRR運動鏈下側連桿(3a)通過轉動副 A2聯接；所述上側連桿固定端(4)與第一條RRR運動鏈上側連桿Ob)通過轉動副C1聯接、 上側連桿固定端(4)與第二條RRR運動鏈上側連桿(3b)通過轉動副C2聯接；所述第一條 RRR運動鏈下側連桿Oa)與第一條RRR運動鏈上側連桿Qb)通過轉動副B1聯接；所述第二條RRR運動鏈下側連桿(3a)與第二條RRR運動鏈上側連桿(3b)通過轉動副化聯接。
2.根據權利要求1所述的具有直線運動功能的2-RRR機構，其特征在于所述的第一條RRR運動鏈、第二條RRR運動鏈所確定的兩個平面為共面，且與軸線O1O2確定的平面為共
3.根據權利要求1所述的具有直線運動功能的2-RRR機構，其特征在于所述的第一條RRR運動鏈下側連桿Oa)和第二條RRR運動鏈下側連桿(3a)長度相等，所述的第一條 RRR運動鏈上側連桿Ob)和第二條RRR運動鏈上側連桿(3b)長度相等，第一條RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈關于軸線O1A呈對稱分布。
4.根據權利要求1或2或3所述的具有直線運動功能的2-RRR機構，其特征在于所述的導向桿( 與下側連桿固定端(1)通過螺紋連接，與上側連桿固定端(4)間隙配合；第一條RRR運動鏈與第二條RRR運動鏈做伸縮運動時，導向桿(5)的上端沿上側連桿固定端 (4)的中心孔內壁呈滑動連接。
全文摘要
本發明涉及一種具有直線運動功能的2-RRR機構，包括上下兩個連桿固定端、兩條相同的RRR運動鏈和一個導向桿，其中每條RRR運動鏈包括兩個連桿，連桿與連桿固定端之間采用轉動副聯接，連桿與連桿之間采用轉動副聯接，導向桿與上側連桿固定端形成圓柱副；兩條RRR運動鏈確定一個平面，且與導向桿軸線O1O2共面。本發明有益的效果本發明通過采用轉動副和圓柱副相結合的方式，實現了機構中某一個構件做精確直線運動的目的，同時該機構具有結構簡單，較好的各向剛度和較好的承載能力等優點；能夠用于需要做定直線運動的機械機構中。
文檔編號F16H21/16GK102537250SQ201110449290
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者馮之敬, 劉向, 張 杰, 諶文思, 資小林, 趙景山 申請人:萬向集團公司, 浙江萬向系統有限公司