具有偏载自协调能力的冗余子驱动单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种机械传动领域的技术，具体是一种具有偏载自协调能力的冗余子驱动单元。
【背景技术】
[0002]并联机构由于其具有的高精度、高刚度、高承载等优点，目前逐渐被工业领域所广泛使用。但是在通常情况下，由于并联机构各驱动运动与末端平台自由度相互耦合、尤其对于冗余驱动(驱动数目多余工作空间自由度)机构而言，在机构的控制上具有很高的要求。目前绝大多数对并联机构尤其是冗余驱动并联机构的控制方式需要复杂的计算以及精密的控制装置实现，该控制方式提高了整个设备的成本，使系统变得复杂，并可能出现工作不稳定的情况。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103231254A公开(公告)日2013.08.07，公开了一种具有双运动平台的冗余驱动三自由度并联机构，包括上下平台、机架以及四个独立可伸缩的调整分支；移动副均包括与导轨滑动配合的滑块；所述移动副的驱动装置是电机带动的丝杠机构，其中含有通过螺纹配合结构驱动滑块的丝杠，导轨轴线与丝杠轴线均垂直于地面。但该技术采用冗余驱动的机构，为保证机构运行的稳定及解决支链内力的问题，在控制系统(控制算法与硬件系统)上要求比较高，容易出现整个机构损坏的问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有偏载自协调能力的冗余子驱动单元，借鉴了冗余驱动并联机构的设计思路，通过增加局部自由度，解决内力协调问题，避免支链内力的产生；同时通过使用力学稳定性原理，改变动平台的几何尺寸，使机构能够对其本身进行稳定的控制，即使装置本身在发生偏载时能够自发地调整载荷的分配，从而减少了对外部控制的需求。该方式在保证了工作稳定性的同时减少了制造成本。该能力可以通过力学中的稳定性原理加以得证。
[0005]本发明通过解决冗余驱动并联机构存在的问题，将并联机构的优点引入到子驱动单元的设计中来。一般的冗余驱动机构，为避免支链内力的产生以及工作的稳定性，需要较为精密的算法以及外部控制手段，这样就增加了使用冗余驱动的难度。本发明通过增加机构动平台的自由度及适当改变其几何参数，使机构本身具有偏载自协调的能力，即保持工作稳定性的能力。在此基础上，将冗余驱动机构的设计思路引入到设计一种子驱动单元中来，该装置在保持并联机构优点的同时，解决了对并联机构控制需求上的问题。该发明既可以单独使用用于高承载的工况中，也可以将该装置整体作为一个单元代替传统驱动器作为力的输出装置。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明包括:机构基座、带有载荷协调机构的动平台以及输出机构，其中:机构基座与动平台相连，载荷协调机构设置于动平台内，输出机构的两端分别与载荷协调机构和机构基座活动连接。
[0008]所述的机构基座与动平台之间通过至少两个子驱动单元相连。
[0009]所述的载荷协调机构包括:与动平台固定连接的连接架以及滑动设置于连接架内的协调铰链连接座，其中:协调铰链连接座与输出机构的一端通过协调铰链转动连接。
[0010]该机构的偏载自协调能力是通过协调铰链与动平台上球铰链中心构成的平面的位置关系实现的。即当载荷作用在末端输出机构并指向机构基座方向时，协调铰链的位置应该位于机构基座各铰链中心构成的平面与动平台各铰链中心构成的平面之间。当载荷作用方向背离机构基座时，协调铰链位置应位于动平台各铰链中心构成的平面的另一侧。当动平台在外界扰动作用下发生偏载时，在保证子驱动单元驱动力不变的情况下，动平台有能够自发地恢复到匀载状态的能力，即回到动平台的平衡位置。该偏载自协调能力的证明可以通过经典力学中的稳定性理论得到。
技术效果
[0011]与现有技术相比，本发明将冗余驱动并联机构的优点引入到驱动器设计中，并同时避免冗余驱动并联机构对外部控制的要求。本发明能构降低控制系统的复杂程度，降低系统开发成本并同时保证了子驱动单元稳定运行能力。可调节的多个周布的子驱动单元能显著提高机构整体的承载能力。整个机构也可当做驱动单元代替传统的直线驱动器使用，提高了单个直线驱动器的力学性能。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的整体结构示意图；
[0013]图2、图3分别为载荷协调机构与协调铰链位置调整装置的整体示意图；
[0014]图中:1机构基座、2机构基座万向铰链、3子驱动单元、4连接杆、5球铰链、6动平台、7连接架、8协调铰链连接座、9局部移动滑块、10弹性装置、11协调铰链、12输出机构、13移动副、14限位结构。
【具体实施方式】
[0015]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0016]如图1、2、3所示，本实例包括:机构基座1、带有载荷协调机构的动平台6以及输出机构12，其中:机构基座I与动平台6相连，载荷协调机构设置于动平台6内，输出机构12的两端分别与载荷协调机构和机构基座I活动连接。
[0017]所述的机构基座I与动平台6之间通过至少两个子驱动单元3相连。
[0018]所述的子驱动单元3可以采用直线电缸或液压缸等常规直线驱动器实现，当进行位置输出时，子驱动单元3驱动动平台6进而带动输出机构12输出力或者位移，各个子驱动单元3输出相同的驱动力，即输出的位移与末端的位移相同。
[0019]所述的载荷协调机构包括:与动平台6固定连接的连接架7以及滑动设置于连接架7内的协调铰链连接座8，其中:协调铰链连接座8与输出机构12的一端通过协调铰链11转动连接。
[0020]所述的协调铰链连接座8通过导轨滑块机构9实现在连接架7内的滑动。
[0021]所述的协调铰链连接座8的连接架7之间设有弹性装置10。
[0022]所述的连接架7上设有限位机构14