一種模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺的製作方法

2023-06-03 15:30:41

一種模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是：呈水平設置圓環形導軌，在圓環形導軌上設置二至六組可沿圓環形導軌移動、並可在豎向伸縮的柔索支柱，柔索支柱是在基座上呈直立設置可伸縮的液壓缸，述液壓缸頂端設置有定滑輪，在基座上固定設置有卷揚機，柔索的一端由卷揚機卷放，另一端繞過定滑輪並連接在末端執行器的對應位置的連接點上，與柔索一一對應連接的各連接點分處在末端執行器的不同位置上；基座可以在圓環形導軌上按圓環形軌跡移動；以末端執行器作為實現不同自由度的被控對象。本發明模塊類型豐富，能實現各種不同自由度變參數柔索並聯，實現大負載運轉、高性能運動輸出，進行大範圍工作空間的操作實驗，可用於研究各種不同構型一到六自由度柔索並聯機構的運動學、動力學等性能。
【專利說明】一種模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柔索並聯機構實驗平臺，特別涉及一種能夠完成高負載、大工作空間起重吊裝作業任務的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺。
【背景技術】
[0002]柔索並聯機構具有結構簡單、工作空間大、易拆裝、可重組、模塊化程度高、負載能力強、運動速度快以及價格低廉等特點。目前，各種自由度的柔索並聯機構在國內外都有廣泛的研究和應用。中國專利01127939.7公開了一種柔索驅動三自由度並聯機構，中國專利200910070056.3公開了一種二自由度柔索並聯機構，中國專利200910233341.2公開了一種實現三自由度採用混合驅動五連杆機構驅動的柔索並聯機構，中國專利201210552298.8公開了一種實現六自由度採用可動鉸鏈驅動組件的用於風洞試驗變結構柔索並聯機構。以上各種形式的柔索並聯機構，主要採用電機驅動柔索實現特定自由度的運動，但卻不能同時滿足實現各種不同自由度運動的並聯機構。
[0003]中國專利200910088558.9公開了一種可以實現多個自由度採用電機驅動的可重構式柔索並聯機器人及其驅動裝置。但由於該可重構式柔索並聯機器人及其驅動裝置僅採用電機驅動,並且機器人本體機架是由帶有滑槽的型材連接而成的正方體框體結構，因此，該可重構式柔索並聯機器人限制了實現柔索並聯機構完成高負載、大工作空間作業任務的能力。

【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，提供一種模塊類型豐富、組裝拆卸簡單靈活的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，以期實現各種不同自由度變參數柔索並聯，實現大負載運轉、高性能運動輸出，進行大範圍工作空間的操作實驗，用於方便地研究各種不同構型一到六自由度柔索並聯機構的運動學、動力學等性能。
[0005]本發明為解決技術問題採用如下技術方案:
[0006]本發明模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺的結構特點是:呈水平設置圓環形導軌，在所述圓環形導軌上設置二至六組可沿圓環形導軌移動、並可在豎向伸縮的柔索支柱，所述柔索支柱是在基座上呈直立設置可伸縮的液壓缸，在所述液壓缸的頂端設置有定滑輪，在所述基座上固定設置有卷揚機，柔索的一端由卷揚機卷放，另一端繞過所述定滑輪並連接在末端執行器的對應位置的連接點上，與所述柔索一一對應連接的各連接點分處在末端執行器的不同位置上；所述基座是以滑塊的形式與所述圓環形導軌滑動配合，所述基座可以在所述圓環形導軌上按圓環形軌跡移動；以所述末端執行器作為實現不同自由度的被控對象。
[0007]本發明模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺的結構特點也在於:
[0008]所述基座是由伺服電機通過變速箱帶動驅動輪在所述圓環形導軌上移動。
[0009]所述末端執行器設置為圓臺體，所述圓臺體具有相互平行的上檯面和下臺面；[0010]所述柔索支柱設置為兩組或三組，對應設置在末端執行器上的各連接點均勻分布並共處在所述末端執行器的上檯面外圓周上。
[0011]所述柔索支柱設置為四組至六組，對應設置在末端執行器上的各連接點均勻分布並分處在末端執行器的上檯面外圓周面和下臺面外圓周面上，所述分處在上檯面外圓周面和下臺面外圓周面的各連接點在圓周位置上形成一一等距交錯。
[0012]與已有技術相比，本發明有益效果體現在:
[0013]1、本發明呈水平設置圓環形導軌，可在豎向伸縮的柔索支柱在圓環形導軌上模塊化設置，實現柔索並聯，柔索支柱可在圓環形導軌上按圓環形軌跡自由移動，完成大範圍工作空間的操作實驗，配合設置電液伺服驅動，能夠實現大負載運轉、高性能高精度運動輸出。
[0014]2、本發明最大化地利用各模塊，可以方便地開展各種不同組合構型一到六自由度變參數柔索並聯機構的設計、運動演示、力學特性研究等問題，對學習者掌握並聯機構相關知識具有重要意義，同時研究者可通過該實驗平臺驗證並聯機構學及液壓驅動系統中的相關理論。
[0015]3、本發明模塊結構簡單、組裝拆卸方便靈活、操作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明模塊化可重構六自由度柔索並聯機構實驗平臺結構示意圖；
[0017]圖2為本發明模塊化可重構三自由度柔索並聯機構實驗平臺結構示意圖；
[0018]圖3為本發明模塊化可重構二自由度柔索並聯機構實驗平臺結構示意圖；
[0019]圖中標號:I末端執行器，2定滑輪，3液壓缸，4柔索，5液壓馬達，6減速機，7卷揚機，8導軌，9基座，10電磁製動器，11伺服電機，12變速箱，13驅動輪。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，本實施例中模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺的結構設置為:呈水平設置圓環形導軌8，在圓環形導軌8上設置二至六組可沿圓環形導軌8移動、並可在豎向伸縮的柔索支柱，柔索支柱是在基座9上呈直立設置可伸縮的液壓缸3，在液壓缸3的頂端設置有定滑輪2，在基座9上固定設置有卷揚機7，柔索4的一端由卷揚機7卷放，另一端繞過定滑輪2並連接在末端執行器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；基座9是以滑塊的形式與圓環形導軌8滑動配合，基座9可以在圓環形導軌8上按圓環形軌跡移動；以末端執行器I作為實現不同自由度的被控對象。
[0021 ] 具體實施中，液壓馬達5通過減速機6驅動卷揚機7構成柔索驅動機構,基座9是由伺服電機11通過變速箱12帶動驅動輪13在圓環形導軌8上移動，為了實現準確定位，在驅動輪13上設置電磁製動器10，以保證柔索支柱準確定位在圓環形導軌8上；設置末端執行器I設置為圓臺體，該圓臺體具有相互平行的上檯面和下臺面。
[0022]實施例1:
[0023]圖1所示為六自由度柔索並聯機構實驗平臺，柔索支柱設置為六組，對應設置在末端執行器I上的各連接點均勻分布並分處在末端執行器I的上檯面外圓周面和下臺面外圓周面上，分處在上檯面外圓周面和下臺面外圓周面的各連接點在圓周位置上形成一一等距交錯。
[0024]具體實施中，對於圖1所示的六自由度柔索並聯機構實驗平臺，其中有三個連接點均勻分布在末端執行器I的上檯面外圓周面上，與其在圓周位置上形成一一交錯的另外三個連接點均勻分布在末端執行器I的下臺面外圓周面上，共計六個連接點在圓臺體的下臺面平面上的正投影是處在正六邊形的六個頂點位置上，這樣的結構布局一方面可以使柔索並聯機構實驗平臺完成空間六自由度的輸出運動，另一方面能夠保證末端執行器I順利平穩運行。
[0025]液壓馬達5、液壓缸3和伺服電機11是六自由度柔索並聯機構實驗平臺的動力源；六組結構相同的伸縮式液壓缸3用於調節各自柔索支柱的高度，六組結構相同的各伺服電機11分別通過各自的變速箱12帶動各自的驅動輪13，進而帶動各自柔索支柱在圓形導軌8上移動，這樣可以完成柔索並聯機構在圓形導軌8上分布位置參數的變化，；六組結構相同的液壓馬達5通過各自減速機6驅動各自的卷揚機7，進而驅動六根柔索4協同帶動末端執行器I實現空間六自由度的輸出運動。
[0026]本實施例中的實驗平臺可以實現大負載運轉、高性能高精度運動輸出，完成變結構參數的大範圍工作空間的操作實驗，同時可以方便地開展六自由度變參數柔索並聯機構設計、運動演示、力學特性研究。
[0027]實施例2:
[0028]與實施例1所不同的是，對於具有五個自由度的柔索並聯機構實驗平臺，柔索支柱設置為五組，其中有三個連接點均勻分布在上檯面外圓周面上，與其在圓周位置上形成一一交錯的另外兩個連接點均勻分布在下臺面外圓周面上，共計五個連接點在圓臺體的下臺面平面上的正投影是處在正五邊形的五個頂點位置上。
[0029]實施例3:
[0030]與實施例1所不同的是:對於具有四個自由度的柔索並聯機構實驗平臺，柔索支柱設置為四組，其中有兩個連接點均勻分布在上檯面外圓周面上，與其在圓周位置上形成一一交錯的另外兩個連接點均勻分布在下臺面外圓周面上，共計四個連接點在圓臺體的下臺面平面上的正投影是處在正四邊形的四個頂點位置上。
[0031]實施例4:
[0032]對於如圖2所示的具有三個自由度的柔索並聯機構實驗平臺，以及對於如圖3所示的具有兩個自由度的柔索並聯機構實驗平臺，柔索支柱分別對應設置為三組和兩組，末端執行器I上的各連接點均勻分布並共處在末端執行器I的上檯面外圓周上。
[0033]這樣實驗平臺可以實現大負載運轉、高性能高精度運動輸出，完成變結構參數的大範圍工作空間的操作實驗，同時可以方便地開展三自由度或兩自由度的變參數柔索並聯機構設計、運動演示、力學特性研究。
[0034]實施例5:
[0035]圖1、圖2和圖3所示結構也可以作為一自由度柔索並聯機構實驗平臺，是以其中各根柔索4的協同動作帶動末端執行器I實現豎直方向一自由度的輸出運動。
【權利要求】
1.一種模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是: 呈水平設置圓環形導軌(8)，在所述圓環形導軌(8)上設置二至六組可沿圓環形導軌(8)移動、並可在豎向伸縮的柔索支柱，所述柔索支柱是在基座(9)上呈直立設置可伸縮的液壓缸(3)，在所述液壓缸(3)的頂端設置有定滑輪(2)，在所述基座(9)上固定設置有卷揚機(7)，柔索(4)的一端由卷揚機(7)卷放，另一端繞過所述定滑輪(2)並連接在末端執行器(I)的對應位置的連接點上，與所述柔索(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；所述基座(9)是以滑塊的形式與所述圓環形導軌(8)滑動配合，所述基座(9)可以在所述圓環形導軌(8)上按圓環形軌跡移動；以所述末端執行器(I)作為實現不同自由度的被控對象。
2.根據權利要求1所述的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是:所述基座(9)是由伺服電機(11)通過變速箱(12)帶動驅動輪(13)在所述圓環形導軌(8)上移動。
3.根據權利要求1所述的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是:所述末端執行器(I)設置為圓臺體，所述圓臺體具有相互平行的上檯面和下臺面。
4.根據權利要求3所述的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是:所述柔索支柱設置為兩組或三組，對應設置在末端執行器(I)上的各連接點均勻分布並共處在所述末端執行器(I)的上檯面外圓周上。
5.根據權利要求3所述的模塊化可重構柔索並聯機構實驗平臺，其特徵是:所述柔索支柱設置為四組至六組，對應設置在末端執行器(I)上的各連接點均勻分布並分處在末端執行器(I)的上檯面外圓周面和下臺面外圓周面上，所述分處在上檯面外圓周面和下臺面外圓周面的各連接點在圓周位置上形成一一等距交錯。
【文檔編號】B25J9/00GK103831819SQ201410090629
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】訾斌, 朱華炳, 孫輝輝, 曾億山 申請人:合肥工業大學