专利名称：绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业机器人与机械制造领域，特别是一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度的并联机构，可应用于大型射电望远镜的馈源支撑系统等应用场合。
背景技术：
绳杆混合驱动并联机构是一种新型的机构，融合了绳索驱动与杆支撑并联机构的优点，具有结构简单、惯性小、工作空间体积比大与响应快的特点，在虚拟现实的力反馈装置和触觉装置、大型运动模拟器、大型射电望远镜的馈源支撑系统、超高速机器人、超大工作空间的轻型机器人、风洞支撑系统、大型轮船舰艇制造和机械加工等方面都具有良好的应用前景。由于绳索只能承受拉力，不能承受压力，故纯绳索驱动的并联机构一般采用冗余驱动，即要在末端执行器输出η个自由度的运动，必须至少有η+1根绳索来驱动，机构上一般采用过约束控制方案。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种绳杆混合驱动、末端可实现三转动一移动自由度的非冗余驱动并联机构。该机构可以应用于风洞支撑系统，其结构特点是有三个绳索驱动主动支链为与一个垂直固定连接静平台的主动伸缩支链构成。本实用新型由动平台、静平台与四条支链构成，每条支链连接动平台与静平台之间。在四条支链之中，有三条支链的结构是相同的绳索驱动主动支链，在空间中呈轴对称分布，另外一条主动伸缩支链的一端垂直固定连接静平台，另一端和动平台固定连接且对动平台起到提供定向运动与支撑作用，整个机构具有三转动一移动自由度，动平台只能绕连接点的三个坐标轴方向上做转动运动以及沿着主动伸缩杆轴向移动运动。三个绳索驱动主动支链由电机驱动转轮通过绳索实现拽拉。一个主动伸缩支链上的伸缩杆由液压或者滚珠丝杠驱动实现轴向运动。绳索驱动的主动支链由转动副、虎克铰、电机、转轮、绳索、滑轮、虎克铰与转动副组成，其中电机驱动转轮转动进而拽拉绳索改变绳索的长度，绳索通过滑轮实现对虎克铰的拽拉。绳索驱动主动支链上的转动副与虎克铰的组合可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替，与动静平台连接的转动副可以垂直于动静平台也可以平行于动静平台。杆驱动与绳索驱动主动支链上的转动副与虎克铰的组合均可以由球铰链代替。有一条杆驱动的主动伸缩支链一端垂直固定连接静平台，另一端通过虎克铰、转动副连接在动平台上，该支链上的转动副的轴线平行于主动伸缩杆，并与静平台垂直。绳索驱动与杆驱动的主动伸缩支链上的虎克铰与转动副的组合均可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替。三条绳索驱动主动支链在空间中呈轴对称分布，绳索驱动主动支链与动平台的连接处呈等边三角形分布，绳索驱动主动支链与静平台的连接处呈等边三角形分布。杆驱动的主动支链上的虎克铰的一端面与动平台之间通过转动副连接，虎克铰的另一端面通过转动副连接在主动伸缩杆上，主动伸缩杆垂直固结在静平台上。绳索驱动的主动支链上与静平台连接的虎克铰的端面上面安装电机、转轮与系绳挂钩，主动支链上与动平台连接的虎克铰的端面上安装滑轮。绳索驱动与杆驱动的主动支链上虎克铰均可以由两个转轴相互垂直的转动副组合来代替。是动平台与静平台形状相似。绳索驱动主动支链与动平台连接处构成的三角形相似于绳索驱动主动支链与静平台连接处构成的三角形。杆驱动的主动支链上的主动伸缩杆垂直固结在静平台的几何中心上。本实用新型采用绳杆混合驱动支链作为主动支链，具有工作空间大、结构简单、制造成本低而且安装容易的特点，本机构可用于大型射电望远镜的馈源支撑系统。
图1是本实用新型结构示意图。其中图中1静平台，2转动副，3虎克铰，4电机，5系绳挂钩，6绳索，7滑轮，8虎克铰，9转动副，10动平台，11虎克铰，12转动副，13转轮，14主动伸缩杆。
具体实施方式
如图1所示，基座静平台1固定不动，四条支链连接于静平台1与动平台10之间， 其中三条为绳索驱动的主动支链，在空间中呈轴对称分布，另一条主动伸缩支链的一端与静平台1固定连接，另一端通过转动副12、虎克铰11与动平台10连接。三条绳索驱动的主动支链结构相同，由转动副2、虎克铰3、电机4、系绳挂钩5、转轮13、绳索6、滑轮7、虎克铰8与转动副9组成，其中电机4驱动转轮13转动进而拽拉绳索改变绳索的长度，绳索通过滑轮7对虎克铰8拽拉，由于主动伸缩支链的定向运动与支撑作用，可实现动平台的三转动一移动自由度的运动。三个转动副在动平台与静平台上均为等边三角形分布。虎克铰3通过转动副2与静平台1连接，虎克铰8通过转动副9与动平台 10连接，滑轮7与转轮13、细绳挂钩5之间通过绳索6连接，转轮13由电机驱动，细绳挂钩 5固定连接虎克铰3的上端面，电机4安装在虎克铰3的上端面，虎克铰3的下端面通过转动副2与静平台1连接，虎克铰8的上端面通过转动副9与动平台10连接，滑轮7安装在虎克铰8上。主动伸缩支链由虎克铰11、转动副12和主动伸缩杆14组成，主动伸缩支链的下端垂直固定连接静平台1，主动伸缩支链的上端通过转动副12、虎克铰11与动平台连接，转动副的转轴与主动伸缩杆14平行，均垂直于静平台。
权利要求1.一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是并联机构结构由静平台、动平台与四条支链组成，其中三条绳索驱动主动支链在空间中呈轴对称分布，另一条主动伸缩支链的一端垂直固定连接静平台，另一端与动平台相连，该支链对动平台起到提供定向运动与支撑作用。
2.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是三个绳索驱动主动支链由电机驱动转轮通过绳索实现拽拉。
3.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是一个主动伸缩支链上的伸缩杆由液压或者滚珠丝杠驱动实现轴向运动。
4.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动的主动支链由转动副、虎克铰、电机、转轮、绳索、滑轮、虎克铰与转动副组成，其中电机驱动转轮转动进而拽拉绳索改变绳索的长度，绳索通过滑轮实现对虎克铰的拽拉。
5.根据权利要求2所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动主动支链上的转动副与虎克铰的组合由三个转轴相互垂直的转动副组合代替， 与动静平台连接的转动副垂直于动静平台也平行于动静平台。
6.根据权利要求3所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是杆驱动与绳索驱动主动支链上的转动副与虎克铰的组合均由球铰链代替。
7.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是有一条杆驱动的主动伸缩支链一端垂直固定连接静平台，另一端通过虎克铰、转动副连接在动平台上，该支链上的转动副的轴线平行于主动伸缩杆，并与静平台垂直。
8.根据权利要求2所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动与杆驱动的主动伸缩支链上的虎克铰与转动副的组合均由三个转轴相互垂直的转动副组合代替。
9.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是三条绳索驱动主动支链在空间中呈轴对称分布，绳索驱动主动支链与动平台的连接处呈等边三角形分布，绳索驱动主动支链与静平台的连接处呈等边三角形分布。
10.根据权利要求3所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是杆驱动的主动支链上的虎克铰的一端面与动平台之间通过转动副连接，虎克铰的另一端面通过转动副连接在主动伸缩杆上，主动伸缩杆垂直固结在静平台上。
11.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动的主动支链上与静平台连接的虎克铰的端面上面安装电机、转轮与系绳挂钩，主动支链上与动平台连接的虎克铰的端面上安装滑轮。
12.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动与杆驱动的主动支链上虎克铰均由两个转轴相互垂直的转动副组合来代替。
13.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是动平台与静平台形状相似。
14.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是绳索驱动主动支链与动平台连接处构成的三角形相似于绳索驱动主动支链与静平台连接处构成的三角形。
15.根据权利要求1所述的一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度并联机构，其特征是杆驱动的主动支链上的主动伸缩杆垂直固结在静平台的几何中心上。
专利摘要本实用新型涉及一种绳杆混合驱动的三转动一移动自由度的并联机构，由静平台、动平台与四条支链组成，其中三条绳索驱动主动支链在空间中呈轴对称分布，另一条主动伸缩支链的一端垂直固定连接静平台，另一端与动平台相连，该支链对动平台起到提供定向运动与支撑作用。由绳杆混合驱动支链作为主动支链，具有工作空间大、结构简单、制造成本低而且安装容易的特点，本机构可用于大型射电望远镜的馈源支撑系统。
文档编号F16M11/12GK202100903SQ20102067851
公开日2012年1月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者吴福培, 李昇平, 范颖晖, 赵永杰, 邱可 申请人:汕头大学