一种二自由度并联机构振动筛的制作方法

本发明涉及振动筛分设备，尤其涉及一种二自由度并联机构振动筛。

背景技术：

并联机构具有串联机构无法比拟的优点，越来越多地应用在机器人和农作物收获机上。目前国内外振动筛包括多种类型，如共振筛、直线振动筛、旋流概率筛等，中国专利号zl200920143613.5公开了一种四自由度混联振动筛，其仅能对农作物种子筛分而对其他物体却不能进行钱币筛分。国内有多家单位正在研究钱币清分，在涉及硬币清分的方面取得了较好的成效，但还缺乏能够准确清分纸、硬币的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种能够清分纸、硬币的二自由度并联机构振动筛。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种二自由度并联机构振动筛，包括动平台、静平台及连接动平台和静平台的三条并联支路，所述三条并联支路在空间内相互垂直，分别为a支链、b支链和冗余支链，所述a支链包括转动副ra1、ra2、ra3和ra4，ra1//ra2⊥ra3//ra4，所述b支链包括转动副rb1、rb2、rb3和rb4，rb1∥rb2⊥rb3∥rb4，所述冗余支链为包括球副se1和转动副re2，所述a支链和b支链分别由电机m1和电机m2驱动，所述静平台和动平台在静止时相互平行，动平台上固定设有振动筛。

优选地，所述振动筛上设有两层筛面，第一层筛面上设有矩形筛孔洞，所述矩形筛孔洞的边长尺寸为22.5mm～25mm，第二层筛面上设有多个圆形孔洞，所述圆形孔洞的直径为22.5mm～25mm，第一层筛面位于第二层筛面上方，振动筛的一端侧壁上设有两个开口，第一开口与第一层筛面平齐，第二开口位于第一层筛面与第二层筛面之间；

静平台上位于振动筛下方设有第一接物盒，第一接物盒两端通过两个铰链与静平台相连，第一接物盒的一端侧壁上设有第三开口，所述第三开口能使一角与五角硬币通过，所述静平台上还设有第二接物盒、第三接物盒和第四接物盒，所述第二接物盒位于第一接物盒的开口下端，所述第三接物盒和第四接物盒分别设置在振动筛第一开口和第二开口下方。

优选地，所述第一接物盒的另一端下表面上设有圆柱滚子，所述圆柱滚子与凸轮相配合，所述静平台上设有第三电机，所述凸轮与第三电机的电机轴相连接。

优选地，所述a支链中ra1、ra2、ra4轴线与x轴平行，ra3轴线与y轴平行，所述b支链中rb3轴线与x轴平行，rb1、rb2、rb4轴线与y轴平行。

优选地，还包括控制系统，所述控制系统包括robo控制器、电机、电子开关、蓄电池和计算机，所述robo控制器的输出端与电机m1、电机m2和电机m3电连接，robo控制器的输入端与电子开关和计算机电连接，所述电子开关包括第一计数器和第二计数器，所述第一计数器对应电机m1的计数，所述第二计数器对应电机m2的计数，所述robo控制器具有usb接口，通过usb数据线与计算机usb端口连接，所述robo控制器与电源电连接。

一种二自由度并联机构振动筛的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：设定第一计数器的计数值为m、第二计数器的计数值为n、单次转动时间为x，通过robo控制器控制电机m2和电机m1同时正转x秒，二自由度并联机构运动；

步骤二：第一计数器开始循环计数，电机m1正转x秒后反转x秒，a支链运动，第一计数器计数1次，直到第一计数器的计数值为m，循环结束；

步骤三：第二计数器开始循环计数，电机m1正转x秒后反转x秒，a支链运动，电机m2正转x秒后反转x秒，b支链运动，振动筛在水平位置产生周期性的倾斜，第二计数器计数1次，直到第一计数器的计数值为n，循环结束；

步骤四：电机m3正转x秒，第一接物盒倾翻；

步骤五：电机m1正转x秒后反转x秒，a支链振动。

本发明的有益效果：

1)本发明可以实现多维振动，且主负荷方向采用偏心轮替代曲柄，增强了本发明的自适应性；

2)本发明可在短时间内快速振动，纸、硬币快速分离、效率高；

3)本发明结构较简单、易于制造加工，可广泛应用于工程中存在多维振动的场合下，亦可应用于物体的分类或筛选。

附图说明

图1为本发明所述二自由度并联机构振动筛的结构示意图。

图2为本发明所述二自由度并联机构振动筛的结构简图。

图3为图1的后视图。

图4为本发明所述二自由度并联机构振动筛的工作流程图。

其中：

1.动平台；2.静平台；3.a支链曲柄；4.a支链连杆；5.a支链摇杆；6.b支链曲柄；7.b支链连杆；8.b支链摇杆；9.e支链摆杆；10.凸轮；11.滚子；12.接物盒g；13.第一层筛板筛面；14.第二层筛板筛面；15.第二开口；16.第一开口；17.第三开口；18.第四接物盒；19.第三接物盒；20.第二接物盒；ra1、ra2、ra3、ra4、rb1、rb2、rb3、rb4、re2：转动副；se1：球副。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种二自由度并联机构振动筛，包括动平台1、静平台2以及连接动平台1和静平台2的三条并联支路和控制系统。如图2所示，所述三条并联支路为2-rrrr⊥sr非对称型并联机构，包括a支链ra1//ra2⊥ra3//ra4、b支链rb1∥rb2⊥rb3∥rb4和冗余支链se1re2，三条支链在空间互相垂直。所述a支链中，a支链曲柄3的一端通过转动副ra1与静平台2连接，a支链连杆4的两端分别通过转动副ra2和转动副ra3与a支链曲柄3的另一端和a支链摇杆5的一端连接，所述a支链摇杆5的另一端通过转动副ra4与动平台1连接，其中，所述ra1、ra2、ra4轴线与x轴平行，ra3轴线与y轴平行；所述b支链中，b支链曲柄6的一端通过转动副rb1与静平台2连接，b支链连杆7的两端分别通过rb2和rb3与b支链曲柄6的另一端和b支链摇杆8的一端连接，b支链摇杆8的另一端通过转动副rb4与动平台1连接，其中，所述rb1、rb2、rb4轴线与y轴平行，rb3轴线与x轴平行。如图2和图3所示，所述冗余支链中，e支链摆杆9的一端通过一个三自由度球副se1与静平台2连接，e支链摆杆9的另一端通过一个单自由度转动副re2与动平台1连接，所述冗余支链中，将(se1，re2)用{(re1x，re1y，re1z)，re2}来作等值代替，冗余支链就相当于有4个单自由度转动副，且都可以用线矢量来表示，re1x轴线与x轴平行，re1y、re2轴线与y轴平行，本发明所述二自由度并联机构振动筛特征集为：

该动平台1具有平行于ra1和rb1轴线的两个平行自由度以及平行于ra1和rb1轴线的两个转动自由度。两个转动自由度为独立元素时，两个移动自由度为非独立元素。当输入二个转动副ra1、rb1为驱动副时，动平台1即可输出二个转动和二个移动的空间运动。

如图1所述静平台2上设有电机m1和电机m2，电机m1驱动a支链曲柄3，电机m2驱动b支链曲柄6，二个转动副ra1、rb1为主动副。所述动平台1为正方形平台，在动平台1上固定设有振动筛，所述振动筛具有两层筛面，第一层筛面13位于第二层筛面14上方，第一层筛面13由简易的有机玻璃板切割成矩形筛孔，矩形筛孔的边长尺寸h的取值范围是22.5mm＜h＜25mm。第二层筛面14采用分布有多个圆形孔洞的有机玻璃板，圆形孔洞的尺寸d的取值范围是22.5mm＜d＜25mm，第二层筛面14上的圆形孔洞的孔径确保一元硬币不能通过而其余硬币能够顺利通过。振动筛的一端侧壁上设有两个开口，第一开口16与第一层筛面13平齐，第二开口15位于第一层筛面13与第二层筛面14之间；在第一开口16和第二开口15下方分别设有第三接物盒19和第四接物盒18，所述第三接物盒19和第四接物盒18均固定在静平台2上，静平台2上位于振动筛下方设有第一接物盒12，第一接物盒12与第二层筛面14的尺寸相同，如图3所示，由于动平台1有x、y、z方向的运动，运动的频率和幅值可以通过控制主动副ra1、rb1二个转动副的角位移量决定，通过控制电机m1和电机m2的脉冲，既可实现动平台1的筛分功能，振动筛的第一层筛面13留下纸币，第二层筛面14留下一元硬币，其余硬币筛下进入第一接物盒12，又可使动平台1倾斜，将第一层筛面13的纸币自动倒入第三接物盒19，第二层筛面14的一元硬币自动倒入第四接物盒18。

所述第一接物盒12的一端通过铰链与静平台2相连，所述铰链形成转动副rf1，第一接物盒12的一端侧壁上设有第三开口17，所述第三开口17能使一角与五角硬币通过，所述第一接物盒12的另一端下表面上设有圆柱滚子，所述圆柱滚子与凸轮10相配合，所述凸轮10与电机m3的电机轴相连，电机m3固定在静平台2上。电机m3工作带动凸轮10旋转，第一接物12盒翻转，使得一角与五角硬币从第三开口17滑入第二接物盒20。

所述控制系统包括robo控制器、电机、电子开关、蓄电池和计算机，所述robo控制器输入端口连接第一计数器和第二计数器，输出端口连接电机m1、电机m2和电机m3，所述robo控制器具有usb接口，通过usb数据线与计算机usb端口连接，所述robo控制器与电源电连接。

如图4所示，本发明所述的一种二自由度并联机构振动筛的工作过程如下：

步骤一：将混杂的纸币硬币倒入动平台1即振动筛的第一层筛面13中，设定第一计数器的计数值为32、第二计数器的计数值为100、单次转动时间为10秒。启动固定在静平台2上的电机m2和电机m1，由电机m2给并联机构的b支链提供动力；电机m2通电后，电机m2驱动b支链主动副rb1带动b支链曲柄6转动、b支链连杆7将动力转给b支链摇杆8，b支链摇杆8铰接在动平台1上，使动平台1产生振动。由电机m1给并联机构的a支链提供动力，电机m1通电后，电机m1驱动a支链主动副ra1带动a支链曲柄3转动、a支链连杆4将动力转给a支链摇杆5，a支链摇杆5铰接在动平台1上，使动平台1产生振动，纸币硬币分离，纸币留在第一层筛面13上，一元硬币筛落至第二层筛面14上，部分五角、新旧一角硬币筛落第一接物盒12。

步骤二：进入二个循环计数模块，第一计数器开始循环计数，电机m1先正转x秒后反转x秒，a支链运动，第一计数器计数1次，直到第一计数器的计数值为32，循环结束，五角、新旧一角硬币筛落第一接物盒12。

步骤三：第一个循环计数结束后，第二计数器开始循环计数，电机m1和电机m2先正转x秒后反转x秒，a支链和b支链运动，第二计数器计数1次，直到第二计数器的计数值为100，循环结束，使得纸币倒入第三接物盒19中，一元硬币倒入第四接物盒18中。

步骤四：启动固定在静平台2上的电机m3，由电机m3给第一接物盒12提供动力；电机m3通电后带动凸轮10转动，使第一接物盒12在水平位置产生周期性的倾斜，五角和新旧一角硬币倒入第二接物盒20中。

步骤五，启动固定在静平台2上的电机m1，电机m1正传x秒后反转x秒，使动平台1产生振动。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。