专利名称：一种空间并联机构的被动重力补偿支链的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间并联机构的重力补偿技术领域，具体涉及一种空间并联机构的被动重力补偿支链。
背景技术：
并联机构具有大负载质量比和高刚度的优点，广泛的应用于重载工况。由重力产生的支链静态驱动力较大，造成机构结构笨重和驱动单元功耗较高等问题。完整的重力补偿可以完全消除静态驱动力，有效减小支链驱动力，改善机构的动态性能。目前，并联机构完整重力补偿的方法主要有三种:(1)完全依赖于调整并联机构的质量分布或改变支链结构的重力补偿方法:该方法对机构的质量或支链结构提出严格的要求，难以实际应用，且无法根据负载进行相应调整。(2)主动重力补偿支链:该方法需要额外增加驱动元件，且存在冗余驱动问题，控制复杂。(3)基于平行四边型结构的被动补偿支链:该被动补偿装置的结构复杂，制造安装成本高，且空间刚度有限。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种空间并联机构的被动重力补偿支链，将本发明安装在空间并联机构的中心，通过双向同步伸缩支链、胡克铰和球铰，实现配重机构与并联机构动平台的运动相反，以保证机构的质心静止，不随位姿改变，即完整的重力补偿。为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:一种空间并联机构的被动重力补偿支链，包括配重1、双向同步伸缩支链2、中间胡克铰3和球铰4，所述双向同步伸缩支链2的外杆中段通过中间胡克铰3与空间并联机构的静平台连接，中间胡克铰3的转动中心与静平台的几何中心重合，所述配重I固定连接在双向同步伸缩支链2的一端，双向同步伸缩支链2的另一端通过球铰4与并联机构的动平台连接；配重I的质心、中间胡克铰3的转动中心和球铰4的转动中心三点共线，且配重I的质心和球铰4的转动中心到胡克铰3的转动中心的距离相等，所述双向同步伸缩支链2的具体传动结构有如下两种:第一种:双向同步伸缩支链2包括两端开口的外杆2-8，在外杆2-8 —侧内壁上安装直线导轨2-3，另一侧内壁上安装联轴器2-2，在联轴器2-2的两端连接有旋向相反的第一滚珠丝杠2-6和第二滚珠丝杠2-10，安装在第一滚珠丝杠2-6上的第一丝杠螺母2-7和安装在直线导轨2-3上的第一导轨滑块2-4固定连接，安装在第二滚珠丝杠2-10上的第二丝杠螺母2-9和安装在直线导轨2-3上的第二导轨滑块2-1固定连接，安装在第一滚珠丝杠2-6外部的第一内杆2-5 —端与第一丝杠螺母2-7固定连接,另一端伸出外杆2-8的一端开口，安装在第二滚珠丝杠2-10外部的第二内杆2-11 —端与第二丝杠螺母2-9固定连接，另一端伸出外杆2-8的另一端开口 ；当动平台通过球铰4拖动第二内杆2-11伸出时，第二丝杠螺母2-9将直线运动转换为第二滚珠丝杠2-10相对于外杆2-8的转动，转动通过联轴器2-2传递给第一滚珠丝杠2-6，第一滚珠丝杠2-6将第一丝杠螺母2-7推出，将转动再次转变为直线运动，即第一内杆2-5同步伸出；相反的，当动平台通过球铰4拖动第二内杆2-11缩回时，运动会逐级传递，最终表现为第一内杆2-5的同步缩回；第二种:双向同步伸缩支链2包括两端开口的外杆2-18，在外杆2-18—侧内壁上安装直线导轨2-13，直线导轨2-13上安装第一滑块2-12和第二滑块2_14，第一内杆2_21一端与第一滑块2-12固定连接,另一端伸出外杆2-18的一端开口，第二内杆2-16 —端与第二滑块2-14固定连接，另一端伸出外杆2-18的另一端开口，绳索2-19 —端固结于第二内杆2-16端处的外杆2-18内壁上，另一端依次绕过第二内杆滑轮2-17、外杆滑轮2_15和第一内杆滑轮2-20，最后固结于靠近第二内杆2-16的外杆2-18内壁上；当动平台拖动第一内杆2-21相对外杆2-18伸出时，绳索2-19收紧，第二内杆2_16同步伸出；相反，当动平台拖动第一内杆2-21相对外杆2-18缩回时，绳索2-19放松，第二内杆2_16连接配重机构依靠重力同步缩回。所述配重I的质量能够根据机构负载调节。所述双向同步伸缩支链2第一种结构中，在外杆2-8内壁安装直线导轨2-3，且在外杆两端开口处安装导向块。所述双向同步伸缩支链2第二种结构中，在外杆2-18内壁安装直线导轨2-13，且在外杆两端开口处安装导向块。本发明和现有技术相比，具有如下优点:(I)本发明布置于空间并联机构的中心，充分利用其内部空间，避免运动干涉；(2)双向同步伸缩支链的结构简单便于加工和安装，且空间刚度高；(3)为被动补偿装置，无需额外添加驱动部件，避免冗余驱动问题；(4)适用性广，可用于实现所有空间并联构型的完整重力补偿。
图1是本发明应用于Stewart并联机构的结构示意图。图2是本发明中双向同步伸缩支链第一种传动结构的示意图。图3是本发明中双向同步伸缩支链第二种传动结构的示意图。
具体实施例方式以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。如图1所示，本发明一种空间并联机构的被动重力补偿支链，包括配重1、双向同步伸缩支链2、中间胡克铰3和球铰4，所述双向同步伸缩支链2的外杆中段通过中间胡克铰3与空间并联机构的静平台连接，中间胡克铰3的转动中心与静平台的几何中心重合，所述配重I固定连接在双向同步伸缩支链2的一端,双向同步伸缩支链2的另一端通过球铰4与并联机构的动平台连接；配重I的质心、中间胡克铰3的转动中心和球铰4的转动中心三点共线，且配重I的质心和球铰4的转动中心到胡克铰3的转动中心的距离相等，球铰4在动平台的固定位置根据动平台的质量分布确定，以达到完整的重力补偿效果。本实施例配重I的质量能够根据机构负载调节。如图2所示，为本发明双向同步伸缩支链第一种传动结构的示意图，双向同步伸缩支链2包括两端开口的外杆2-8，在外杆2-8 —侧内壁上安装直线导轨2-3，另一侧内壁上安装联轴器2-2，在联轴器2-2的两端连接有旋向相反的第一滚珠丝杠2-6和第二滚珠丝杠2-10，安装在第一滚珠丝杠2-6上的第一丝杠螺母2-7和安装在直线导轨2-3上的第一导轨滑块2-4固定连接，安装在第二滚珠丝杠2-10上的第二丝杠螺母2-9和安装在直线导轨2-3上的第二导轨滑块2-1固定连接，安装在第一滚珠丝杠2-6外部的第一内杆2-5一端与第一丝杠螺母2-7固定连接,另一端伸出外杆2-8的一端开口，安装在第二滚珠丝杠2-10外部的第二内杆2-11 —端与第二丝杠螺母2-9固定连接，另一端伸出外杆2-8的另一端开口 ；当动平台通过球铰4拖动第二内杆2-11伸出时，第二丝杠螺母2-9将直线运动转换为第二滚珠丝杠2-10相对于外杆2-8的转动，转动通过联轴器2-2传递给第一滚珠丝杠2-6，第一滚珠丝杠2-6将第一丝杠螺母2-7推出，将转动再次转变为直线运动，即第一内杆2-5同步伸出；相反的，当动平台通过球铰4拖动第二内杆2-11缩回时,运动会逐级传递，最终表现为第一内杆2-5的同步缩回。作为双向同步伸缩支链第一种传动结构的优选实施方式，所述双向同步伸缩支链2的外杆2-8内壁安装两条直线导轨2-3，且外杆2-8两端开口处安装导向块，提高内杆的空间刚度。如图3所示，为本发明双向同步伸缩支链第二种传动结构的示意图，双向同步伸缩支链2包括两端开口的外杆2-18，在外杆2-18 —侧内壁上安装直线导轨2-13，直线导轨2-13上安装第一滑块2-12和第二滑块2-14，第一内杆2_21 —端与第一滑块2_12固定连接，另一端伸出外杆2-18的一端开口，第二内杆2-16 —端与第二滑块2-14固定连接，另一端伸出外杆2-18的另一端开口，绳索2-19 —端固结于第二内杆2-16端处的外杆2_18内壁上，另一端依次绕过第二内杆滑轮2-17、外杆滑轮2-15和第一内杆滑轮2-20，最后固结于靠近第二内杆2-16的外杆2-18内壁上；当动平台拖动第一内杆2-21相对外杆2_18伸出时，绳索2-19收紧，第二内杆2-16同步伸出；相反，当动平台拖动第一内杆2-21相对外杆2-18缩回时，绳索2-19放松，第二内杆2-16连接配重机构依靠重力同步缩回。作为双向同步伸缩支链第二种传动结构的优选实施方式，所述双向同步伸缩支链2的外杆2-18内壁安装两条直线导轨2-13，且外杆2-18两端开口处安装导向块，提高内杆的空间刚度。
权利要求
1.一种空间并联机构的被动重力补偿支链，其特征在于:包括配重(I)、双向同步伸缩支链(2)、中间胡克铰(3)和球铰(4)，所述双向同步伸缩支链(2)的外杆中段通过中间胡克铰(3)与空间并联机构的静平台连接，中间胡克铰(3)的转动中心与静平台的几何中心重合，所述配重(I)固定连接在双向同步伸缩支链(2)的一端，双向同步伸缩支链(2)的另一端通过球铰(4)与并联机构的动平台连接；配重(I)的质心、中间胡克铰(3)的转动中心和球铰(4)的转动中心三点共线，且配重(I)的质心和球铰(4)的转动中心到胡克铰(3)的转动中心的距离相等，所述双向同步伸缩支链(2)的具体传动结构有如下两种: 第一种:双向同步伸缩支链(2)包括两端开口的外杆(2-8)，在外杆(2-8) —侧内壁上安装直线导轨(2-3)，另一侧内壁上安装联轴器(2-2)，在联轴器(2-2)的两端连接有旋向相反的第一滚珠丝杠(2-6)和第二滚珠丝杠(2-10)，安装在第一滚珠丝杠(2-6)上的第一丝杠螺母(2-7)和安装在直线导轨(2-3)上的第一导轨滑块(2-4)固定连接，安装在第二滚珠丝杠(2-10)上的第二丝杠螺母(2-9)和安装在直线导轨(2-3)上的第二导轨滑块(2-1)固定连接，安装在第一滚珠丝杠(2-6)外部的第一内杆(2-5) 一端与第一丝杠螺母(2-7)固定连接，另一端伸出外杆(2-8)的一端开口，安装在第二滚珠丝杠(2-10)外部的第二内杆(2-11)—端与第二丝杠螺母(2-9)固定连接，另一端伸出外杆(2-8)的另一端开口 ；当动平台通过球铰(4)拖动第二内杆(2-11)伸出时，第二丝杠螺母(2-9)将直线运动转换为第二滚珠丝杠(2-10 )相对于外杆(2-8 )的转动，转动通过联轴器(2-2 )传递给第一滚珠丝杠(2-6)，第一滚珠丝杠(2-6)将第一丝杠螺母(2-7)推出，将转动再次转变为直线运动，即第一内杆(2-5)同步伸出；相反的，当动平台通过球铰(4)拖动第二内杆(2-11)缩回时，运动会逐级传递，最终表现为第一内杆(2-5)的同步缩回； 第二种:双向同步伸缩支链(2)包括两端开口的外杆(2-18)，在外杆(2-18) 一侧内壁上安装直线导轨(2-13)，直线导轨(2-13)上安装第一滑块(2-12) 和第二滑块(2-14),第一内杆(2-21) —端与第一滑块(2-12)固定连接,另一端伸出外杆(2-18)的一端开口，第二内杆(2-16) —端与第二滑块(2-14)固定连接,另一端伸出外杆(2-18)的另一端开口，绳索(2-19) —端固结于第二内杆(2-16)端处的外杆(2-18)内壁上，另一端依次绕过第二内杆滑轮(2-17)、外杆滑轮(2-15)和第一内杆滑轮(2-20)，最后固结于靠近第二内杆(2-16)的外杆(2-18)内壁上；当动平台拖动第一内杆(2-21)相对外杆(2-18)伸出时，绳索(2-19)收紧，第二内杆(2-16)同步伸出；相反，当动平台拖动第一内杆(2-21)相对外杆(2-18)缩回时，绳索(2-19)放松，第二内杆(2_16)连接配重机构依靠重力同步缩回。
2.根据权利要求1所述的一种空间并联机构的被动重力补偿支链，其特征在于:所述配重(I)的质量根据机构负载调节。
3.根据权利要求1或2所述的一种空间并联机构的被动重力补偿支链，其特征在于:所述双向同步伸缩支链(2)第一种结构中，在外杆(2-8)内壁安装直线导轨(2-3)，且在外杆两端开口处安装导向块。
4.根据权利要求1或2所述的一种空间并联机构的被动重力补偿支链，其特征在于:所述双向同步伸缩支链(2)第二种结构中，在外杆(2-18)内壁安装直线导轨(2-13)，且在外杆两端开口处安装导向块。
全文摘要
一种空间并联机构的被动重力补偿支链，包括配重、双向同步伸缩支链、中间胡克铰和球铰，双向同步伸缩支链外杆中段通过中间胡克铰与空间并联机构静平台连接，中间胡克铰的转动中心与静平台的几何中心重合，配重固定连接在双向同步伸缩支链一端，双向同步伸缩支链另一端通过球铰与并联机构的动平台连接；配重质心、中间胡克铰转动中心和球铰转动中心三点共线，且配重质心和球铰转动中心到胡克铰转动中心的距离相等；本发明实现空间并联机构的完整重力补偿，消除因重力产生的支链静态驱动力，且结构简单、布置合理，无需驱动单元，使用方便；有效减小空间并联机构的支链驱动力，提高机构的效率和动态特性，有利于充分发挥空间并联机构潜在性能优势。
文档编号B23Q1/44GK103143940SQ20131006401
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者邵珠峰, 唐晓强, 唐乐为, 王伟方, 刘志华 申请人:清华大学