专利名称：具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种实现大变形的柔性铰链结构，属于机械结构设计与制造领域。
背景技术：
具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置是将柔性铰链与并联机器人自然结合到一起，构建成一种新型高性能并联机构，并且为柔性并联机器人开拓了新方向。并联机构是机器人领域近年发展起来的重要新分支，但由运动副带来的间隙、摩擦、冲击、运动范围有限等问题使其工作性能不能满足现代科技发展要求，柔顺机构从机械结构的角度为解决这些问题提供了新思路。将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机构中，取代传统运动副，可从根本上解决此难题。现在关于柔性铰链的研究理论已经比较成熟，但是其有限的运动行程成为限制它们发展的瓶颈。柔性铰链的设计决定着此实验装置的整体效果好坏，因此适用于此实验装置的大变形柔性铰链的性能指标研究是确保此系统得以实现的关键
发明内容
为了解决柔性铰链有限的运动行程、刚度系数的选取、轴心漂移等问题，本发明提出了一种具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，在结构上大大改善了由机构带来的摩擦、间隙、磨损等不良影响，提高了机构的精度和稳定性。具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，其包括执行机构4、三个底座10和连接执行机构4、三个底座10中一个的三条结构相同的运动支链，三个底座9在连执行机构4外侧组成一个正三角形；所述的运动支链包括主动杆I、柔性铰链2、从动杆3 ;从动杆3和执行机构4通过转动副连接，主动杆I和从动杆3通过柔性铰链2连接，与各支链中从动杆3另一端连接的均为驱动副7 ;伺服电机8分别固定于三个底座9上，用于分别驱动各自支链上的驱动副7，减速器8固定于驱动副7和伺服电机9之间，在驱动副6输出端两侧对称的固定一对限位开关5,在驱动副7输出端正下方固定一个回零开关6 ；所述三个底座10各通过一个控制线11分别连接于工控机12。工控机12基于RT Linux系统的软件开发环境，利用可编程多轴运动控制器实时的接、发指令，通过控制工控机12，使伺服驱动器触发伺服电机8工作；当伺服电机工作时带动连接驱动副7的主动杆I 一起转动，主动杆I与从动杆3通过柔性铰链2连接构成并联机构装置的三个分支链将会同时运行起来，实现了执行机构4沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动；所述的可编程多轴运动控制器插于工控机的PCI插槽上,通过PCI总线与上位机通讯。这样，本发明的实验装置就可以实现沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动。本实验装置所述的主动杆I与从动杆3之间是由柔性铰链2连接的；有别于传统的转动副关节连接，它是利用自身材料的柔性变形来完成运动和力的传递及转换的新型结构关节。它不靠传统刚性机构的运动副来实现全部运动和功能，而主要是靠它的变形来实现机构的主要运动和功能。
图I是本发明具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置结构主视图；图2是本发明具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置结构俯视图；图3是本发明实验装置控制结构主视图；图4是本发明实验装置控制结构右视图；图5是本发明实验装置机械结构部分柔性铰链主视图；图6是本发明实验装置机械结构部分柔性铰链右视图；图7是本发明实验装置柔性铰链的连接俯视图；图8是本发明实验装置的工作原理图。图中I、主动杆，2、柔性铰链，3、从动杆，4、执行机构，5、限位开关，6、回零开关7、驱动副，8、减速器，9、伺服电机，10、底座，11、控制线，12、工控机。
具体实施例方式下面结合工作原理和结构附图对本发明进一步详细说明。如图1、2、3所示，具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置主要包括机械结构部分和控制结构部分。结构主体由执行机构4、底座10和连接执行机构4、底座10的三条结构相冋的运动支链组成；在所述的运动支链中，从动杆3和执彳丁机构4通过转动副连接，主动杆I和从动杆3通过柔性铰链2连接，与各支链中主动杆I另一端连接的均为驱动副7 ;伺服电机9分别固定于三个底座10上，减速器8上部与驱动副7连接，下部与伺服电机9连接，在驱动副7输出端两侧对称的固定一对限位开关5，正下方固定一个回零开关6 ;三个底座10下面都各有三个控制线10输出端，分别连接于工控机12。本实验装置实现了沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动。如图8所示，工作原理本发明基于RT Linux系统的软件开发环境，利用交流伺服系统的速度控制模式进行实时控制。由旋转编码器将电机速度信息反馈给伺服驱动器完成速度环半闭环控制，将电机位置信息反馈给P M A C完成位置环半闭环控制。当进入RT Linux系统的用户界面时，我们就可以通过用户界面向工控机12发送指令，工控机12通过PCI总线同时地向可编程多轴控制器发送指令，多轴控制器通过转换卡ACC8P与伺服驱动器连接，控制器发出指令后，柔性并联机构实验装置根据相关指令就可以实现执行机构4的运动。当工控机12中的PMAC发出运动指令后，各支链的伺服电机9与减速器8在速度模式下进行转动的实时控制，这样通过转动副连接的主动杆I就会得到良好状态的扭矩，使主动杆I进行转动；主动杆I与从动杆3之间通过柔性铰链2连接，主动杆I转动时，柔性铰链2通过自身的柔性变形储存能量传递给从动杆3，从而进行相应转动；3个支链的从动杆3末端通过转动副分别连接于执行机构4，带动其运动，从而使末端实现一定的运动轨迹。本发明是具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，从而验证了柔性铰链2结构利用自身材料的大变形实现了运动和力的传递，并且实验效果相比于传统转动副也得到了明显 改观。
权利要求
1.具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，其特征在于 其包括执行机构(4)、三个底座(10)和连接执行机构(4)、三个底座(10)中一个的三条结构相同的运动支链，三个底座(9)在连执行机构(4)外侧组成一个正三角形；所述的运动支链包括主动杆(I)、柔性铰链(2)、从动杆(3);从动杆(3)和执行机构(4)通过转动副连接，主动杆(I)和从动杆(3)通过柔性铰链(2)连接，与各支链中从动杆(3)另一端连接的均为驱动副(7);伺服电机(8)分别固定于三个底座(9)上，用于分别驱动各自支链上的驱动副(7)，减速器(8)固定于驱动副(7)和伺服电机(9)之间，在驱动副(6)输出端两侧对称的固定一对限位开关(5),在驱动副(7)输出端正下方固定一个回零开关(6)； 所述三个底座(10)各通过一个控制线(11)分别连接于工控机(12)。
2.根据权利要求I所述的具有3个柔性铰链的平面并联机构，其特征在于，工控机(12)基于RT Linux系统的软件开发环境，利用可编程多轴运动控制器实时的接、发指令，通过控制工控机(12)，使伺服驱动器触发伺服电机(8)工作；当伺服电机工作时带动连接驱动副(7 )的主动杆(I) 一起转动，主动杆(I)与从动杆(3 )通过柔性铰链(2 )连接构成并联机构装置的三个分支链将会同时运行起来，实现了执行机构(4)沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动；所述的可编程多轴运动控制器插于工控机的PCI插槽上,通过PCI总线与上位机通讯。
全文摘要
具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，属于机械设计领域。本发明包括执行机构(4)、三个底座(10)和连接执行机构(4)、三个底座(10)中一个的三条结构相同的运动支链，底座(9)在连执行机构(4)外侧组成一个正三角形；所述的运动支链包括主动杆(1)、柔性铰链(2)、从动杆(3)；从动杆(3)和执行机构(4)通过转动副连接，主动杆(1)和从动杆(3)通过柔性铰链(2)连接，与各支链中从动杆(3)另一端连接的均为驱动副(7)；伺服电机(8)分别固定于三个底座(9)上，所述三个底座(10)各通过一个控制线(11)分别连接于工控机(12)。本发明可以实现沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动。
文档编号B25J9/08GK102873683SQ20121037232
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者余跃庆, 崔忠炜, 马兰 申请人:北京工业大学