专利名称：支点固定式多面过约束剪叉式升降机构的制作方法
技术领域：
本发明属于升降设备领域，特别涉及一种支点固定式多面过约束剪叉式升降机构。
背景技术：
升降台是一种垂直运送人或物的起重机械。除作为不同高度的货物输送外，升降台广泛应用于高空的安装、维修等作业，它自由升降的特点目前已经广泛运用于市政维修， 码头、物流中心货物运输，建筑装潢等，具有重量轻、自行走、电启动、自支腿、操作简单、作业面大等优点。按照升降机构升降原理的不同，升降台可以分为剪叉式升降机、伸缩式升降机、套筒式升降机、伸缩臂式升降机、折臂式升降机等几类；按移动方式的不同分为固定式升降机、拖拉式升降机、自行式升降机、车载式升降机等。其中，由于使用剪叉式升降机构的升降台具有可展比大、结构紧凑、自重小、承载量大、通过性强和操控性好的特点，因此在现代物流、航空装卸、大型设备的制造与维护等场合中得到广泛地应用。现在通用的剪叉式升降机构一般都是两组叉杆并行式，它具有以下的缺点由于两组叉杆并行的方式并非是对称的，当升降台升至高处受到侧面方向的力时很容易导致升降台刚度不足而晃动；持续的振动增加了结构的不稳定性甚至发生倾倒，因此它的结构刚度较差。另外，当升降机构中支撑平台的叉杆采用一端固定，一端滑动的方式时，在所承载重物重心不变的情况下，升降台升降时容易导致机构受力变化较大，从而增加不稳定因素， 给顶端工作人员造成工作的不便以及心理压力，容易酿成危险事故。因此需要一种强度高、 刚度大、稳定性好的升降机构。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所述的问题，提供一种支点固定式多面过约束剪叉式升降机构，其特征在于，升降机构由支承平台1、山字形连接件2、正三角形连接件 3、剪叉式桁架4、底座5和驱动装置组成，3个山字形连接件2按等边正三角形的3个顶点的分布固定的底座5的上平面上，3组剪叉式桁架4垂直底座5，并分别通过剪叉式桁架底端与山字形连接件2构成底部转动副46连接，3个山字形连接件2按等边正三角形的3个顶点的分布固定的支承平台1的下平面上，分别通过剪叉式桁架顶端与山字形连接件2构成顶部转动副45连接，每组剪叉式桁架4的所在平面与相邻的剪叉式桁架4的所在平面之间的夹角为60°，3组剪叉式桁架4在支承平台1和底座5之间呈正三棱柱布置，3组剪叉式桁架4之间，每层同高度的连杆41之间均水平放置1个正三角形连接件3，正三角形连接件3的3个顶点分别与所在层的3组剪叉式桁架4中交叉的连杆41中心铰接点构成连杆中心转动副43，一个正三角形连接件3和与其构成连杆中心转动副43连接的3组交叉的连杆41组成一个剪叉层，升降机构剪叉层的数量范围为2 20层，驱动装置6在底座5上支撑第一剪叉层的正三角形连接件3，驱动第一剪叉层的升降，第一剪叉层的升降通过剪叉式桁架4的传递驱动支承平台1升降。所述剪叉式桁架4为由连杆41和短连杆42构成的可伸缩机构，由2条交叉的连杆41在中心点铰接组成剪叉式单元，2 20个剪叉式单元上下串接，相邻的剪叉式单元中， 对应的2个连杆端部的连杆端部转动副44构成上下剪叉式单元连杆41之间的铰接，在剪叉式桁架4的底部，2条短连杆42 —端分别与第一剪叉式单元的2条连杆41铰接，2条短连杆42的另一端互相铰接组成剪叉式桁架底端，在剪叉式桁架4的顶部，2条短连杆42 — 端分别与最上剪叉式单元的2条连杆41铰接，2条短连杆42的另一端互相铰接组成剪叉式桁架顶端，短连杆42两端铰接点之间的有效长度为连杆41两端铰接点之间的有效长度的 1/2。所述驱动装置6为螺旋升降机构或液压驱动机构。本发明由三组剪叉式桁架组成升降机构，三组剪叉式桁架通过每一层的连杆中心与正三角形连接件以转动副连接，利用正三角形连接件自身结构的稳定性及三面过约束， 三组剪叉式桁架的平面始终围成一个正三棱柱结构，正三棱柱特有的结构稳定性提高了机构的整体稳定性，也提高了支承平台各个方向的刚度和稳定性；支承平台和底座均通过自身的等边正三角形布置的山字形连接件与三组剪叉式桁架的转动副连接，稳定性高。当升降台通过驱动装置驱动剪叉式桁架伸展或收缩使得升降台在竖直方向做升降运动时，三组剪叉式桁架同步伸展或收缩，支承平台能平稳升降，降低了发生危险的几率；本发明的有益效果为，与现有技术的平行式剪叉机构相比，本发明的三组剪叉式桁架通过结构牢固的正三角形连接件连接，在升降过程中，三组剪叉式桁架在运动的支承平台和不动的底座上支点的位置始终不变，因此结构更加稳定，避免了因支点移动而产生的偏载问题。在强度不变的情况下，可以降低自重，增加刚度，能够承受更大的载荷，从而提高升降平台的最大作业高度，具有可展比大、结构紧凑、自重小、承载量大、稳定性高、通过性强和操控性好的特点。本发明能够应用于高空安装、维修、运输等作业，尤其适用于载荷量大、作业高度大等一般升降设备难以满足要求的环境。
图1为支点固定式多面过约束剪叉式升降机构实施例示意图；图2为剪叉层结构示意图；图3为剪叉式桁架的结构示意图；图4为单组剪叉式桁架与底座的连接示意图；图5为第一剪叉层结构示意图；图6为第一剪叉层结构的俯视图。图7为驱动装置位置示意图；图中，1-支承平台，2—山字形连接件，3—正三角形连接件，4一剪叉式桁架， 41—连杆，42-短连杆，43-连杆中心转动副，44—连杆端部转动副，45—顶部转动副， 46-底部转动副，5—底座，6—驱动装置。
具体实施例方式
4
本发明提供了一种三面过约束剪叉式升降机构，下面结合附图对本发明的结构、 原理及具体实施方式
作进一步的说明。图1为支点固定式多面过约束剪叉式升降机构实施例示意图，升降机构由支承平台1、山字形连接件2、正三角形连接件3、剪叉式桁架4、底座5和驱动装置组成。3个山字形连接件2按等边正三角形的3个顶点的分布固定的底座5的上平面上，3组剪叉式桁架4 垂直底座5，并分别通过剪叉式桁架底端与山字形连接件2构成底部转动副46连接。3个山字形连接件2按等边正三角形的3个顶点的分布固定的支承平台1的下平面上，分别通过剪叉式桁架顶端与山字形连接件2构成顶部转动副45连接。每组剪叉式桁架4的所在平面与相邻的剪叉式桁架4的所在平面之间的夹角为60°，3组剪叉式桁架4在支承平台 1和底座5之间呈正三棱柱布置。3组剪叉式桁架4之间，每层同高度的连杆41之间均水平放置1个正三角形连接件3正三角形连接件3的3个顶点分别与所在层的3组剪叉式桁架4中交叉的连杆41中心铰接点构成连杆中心转动副43，一个正三角形连接件3和与其构成连杆中心转动副43连接的3组交叉的连杆41组成一个剪叉层，升降机构有7个剪叉层，如图2所示。驱动装置在底座5上支撑第一剪叉层的正三角形连接件3，驱动第一剪叉层的升降，第一剪叉层的升降通过剪叉式桁架4的传递驱动支承平台1升降，驱动装置6为液压驱动机构。剪叉式桁架4的结构如图3所示，剪叉式桁架4为由连杆41和短连杆42构成的可伸缩机构，由2条交叉的连杆41在中心点铰接组成一个剪叉式单元，剪叉式单元上下串接，相邻的剪叉式单元中，对应的2个连杆端部的连杆端部转动副44构成上下剪叉式单元连杆41之间的铰接，在剪叉式桁架4的底部，2条短连杆42 —端分别与第一剪叉式单元的 2条连杆41铰接，2条短连杆42的另一端互相铰接组成剪叉式桁架底端，在剪叉式桁架4 的顶部，2条短连杆42 —端分别与最上剪叉式单元的2条连杆41铰接，2条短连杆42的另一端互相铰接组成剪叉式桁架顶端，短连杆42两端铰接点之间的有效长度为连杆41两端铰接点之间的有效长度的1/2。如图4的单组剪叉式桁架与底座的连接示意图所示，单组剪叉式桁架4通过与山字形连接件2的底部转动副46连接置于底座5上，剪叉式桁架4具有两个自由度一是绕山字形连接件2在固定平面内的转动，二是沿着各交叉的连杆中心连接而成的剪叉式桁架轴线做伸缩运动。三组剪叉式桁架4都具有这两个自由度。当利用正三角形连接件3通过连杆中心转动副43分别与三组剪叉式桁架4连接后，剪叉式桁架4在各自所在平面的转动被限制了，仅剩下伸缩的自由度。即只能做垂直底座5的升降运动，这便实现了升降机构的工作要求。而且在升降机构做升降运动时，三组剪叉式桁架升降幅度保持一致。当底座5 所安放在水平状况良好的地面时，支承平台也会在水平状态下升降，不会晃动或者倾倒。下面对升降机构的运动做理论上的分析。图5为第一剪叉层结构示意图，即为升降结构的简化模式，第一层的正三角形连接件3的运动与支承平台1的运动相同，对其进行理论分析即是对升降机的整体分析。建立如图5所示的坐标系oxyz，ζ轴垂直地面向上，χ轴为正三角形AciBciCtl的对称轴，y轴垂直 χ轴，平行于正三角形的BciCtl边，坐标系满足右手定则，如图5和图6所示。正三角形连接件3受到A1A1X1三点的三个连杆中心转动副43的约束，而AliB1, C1分别通过剪叉式桁架被约束在与底座固接的连接件上(图中的K、B0, C0点)，即λ” B1,C1分别通过两条并联的运动链与固定的底座5连接。因此研究正三角形连接件所受到的约束转换成分析ApBpC1的三个连杆中心转动副43的约束，也即是分析ApBpC1分别受到的两个并联的运动链的约束问题。 如图5所标示的字母，运动副i的坐标位置用(XiyiZi)表示，设正三角形的边长为 1。首先分析A1的约束情况=A1通过两条并联的运动链AcAA1和AciAkA1组成的一组并联运动链与底座连接。根据赵景山，冯之敬，褚福磊.机器人机构自由度分析理论[M].北京科学出版社，2009.提出的机构自由度的分析理论，研究A1的运动可以转化为分析与其相连的两个串联运动链的终端约束问题，利用螺旋理论进行求解。
权利要求
1.一种支点固定式多面过约束剪叉式升降机构，其特征在于，升降机构由支承平台 (1)、山字形连接件O)、正三角形连接件(3)、剪叉式桁架、底座( 和驱动装置组成，3 个山字形连接件( 按等边正三角形的3个顶点的分布固定的底座(5)的上平面上，3组剪叉式桁架(4)垂直底座(5)，并分别通过剪叉式桁架底端与山字形连接件( 构成底部转动副G6)连接，3个山字形连接件( 按等边正三角形的3个顶点的分布固定的支承平台(1)的下平面上，分别通过剪叉式桁架顶端与山字形连接件( 构成顶部转动副G5)连接，每组剪叉式桁架(4)所在平面与相邻的剪叉式桁架(4)所在平面之间的夹角为60°，3 组剪叉式桁架(4)在支承平台(1)和底座( 之间呈正三棱柱布置，3组剪叉式桁架(4)之间，每层同高度的连杆Gl)之间均水平放置1个正三角形连接件(3)，正三角形连接件(3) 的3个顶点分别与所在层的3组剪叉式桁架中交叉的连杆Gl)中心铰接点构成连杆中心转动副(43)，一个正三角形连接件C3)和与其构成连杆中心转动副连接的3组交叉的连杆Gl)组成一个剪叉层，升降机构剪叉层的数量范围为2 20层，驱动装置(6)在底座( 上支撑第一剪叉层的正三角形连接件(3)，驱动第一剪叉层的升降，第一剪叉层的升降通过剪叉式桁架的传递驱动支承平台(1)升降。
2.根据权利要求1所述的支点固定式多面过约束剪叉式升降机构，其特征在于，所述剪叉式桁架(4)为由连杆Gl)和短连杆G2)构成的可伸缩机构，由2条交叉的连杆在中心点铰接组成剪叉式单元，2 20个剪叉式单元上下串接，相邻的剪叉式单元中，对应的2个连杆端部的连杆端部转动副04)构成上下剪叉式单元连杆Gl)之间的铰接，在剪叉式桁架的底部，2条短连杆0 —端分别与第一剪叉式单元的2条连杆铰接， 2条短连杆0 的另一端互相铰接组成剪叉式桁架底端，在剪叉式桁架(4)的顶部，2条短连杆0 —端分别与最上剪叉式单元的2条连杆铰接，2条短连杆0 的另一端互相铰接组成剪叉式桁架顶端，短连杆0 两端铰接点之间的有效长度为连杆Gl)两端铰接点之间的有效长度的1/2。
3.根据权利要求1所述的支点固定式多面过约束剪叉式升降机构，其特征在于，所述驱动装置(6)为螺旋升降机构或液压驱动机构。
全文摘要
本发明属于升降设备领域，特别涉及一种支点固定式多面过约束剪叉式升降机构，三组剪叉式桁架垂直于底座，底端分别与三个按正三角形分布固定在底座上的山字形连接件转动副连接，顶端分别与三个按正三角形分布固定在支承平台下平面上的山字形连接件转动副连接，三组剪叉式桁架在支承平台和底座之间呈正三棱柱布置，每组剪叉式桁架所在平面与相邻的剪叉式桁架所在平面之间夹角为60°，三组剪叉式桁架之间，剪叉层的交叉连杆中心铰接点均与正三角形连接件的对应顶点转动副连接，驱动装置在底座上支撑第一剪叉层的正三角形连接件，驱动整个升降机构的升降。本发明结构稳定、刚度大，适用于载荷量大、作业高度大等一般升降设备难以满足要求的环境。
文档编号B66F7/08GK102180427SQ201110121700
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者褚福磊, 赵景山, 颜正方 申请人:清华大学