专利名称：一种具有直线运动功能的2-rrr机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线导引机构，特别涉及一种需要直线伸缩功能且受载较复杂的机械机构，属于机械结构及机构学技术领域。
背景技术：
单自由度的直线运动机构在现代机械中应用十分广泛，为了精确实现直线运动，人们发明了曲柄滑块机构，不过曲柄滑块机构的运动特性在一定程度上完全取决于滑轨。为了尽可能避免直线运动受限于滑轨的影响，机构学者试图通过传统的连杆和转动副综合出能够实现精确直线运动的机构来。在机构学史上比较有代表性的直线平移机构有 Peaucellier-Lipkin 机构1· Peaucellier—Lipkin linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Peaucellier % E2 % 80 % 93Lipkin IinkaRe]禾口 Chebyshev 机构[2. Chebyshev linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Chebyshev 1inkaRe 。 Peaucellier-Lipkin机构(如图1所示)中，构件AB、BC、CD和AD构成一个菱形,构件O2B 和可以是任意长度，但必须长度相等。当O1A等于O1A时，点C的运动轨迹将是一条直线。Chebyshev机构(如图2所示)，当满足条件构件O1O2、构件O1B和构件AB的杆长比例为I1 I2 I3 = 4 5 2，且构件O2A的杆长为/4 = /3 + ^l22-Z12W,构件AB的中点P的运动轨迹为一固定直线。此外，赵景山等还提出了一种六连杆直线平移机构3.赵景山，褚福磊.单自由度直线平移式空间六连杆机构[P].中国专利200610113112. 3，2007-2- ，该六连杆直线平移机构中包含两条相同的RRR运动链，且两条RRR运动链所确定的两个平面非共面。
上述的四种直线平移机构均能够实现直线平移运动，但是机构形式差异较大，其复杂的结构较不适用于需要做小范围直线运动的机械结构中。发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的不足，提供一种适合于工程应用的具有直线运动功能的2-RRR机构，实现在采用转动副和圆柱副相结合的方式，使得其中某个构件能够做单自由度的直线运动。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括下侧连杆固定端，上侧连杆固定端，第一条RRR运动链的第一条RRR运动链下侧连杆、第一条RRR运动链上侧连杆，第二条RRR运动链的第二条RRR运动链下侧连杆、第二条RRR运动链上侧连杆和导向杆，所述下侧连杆固定端与第一条RRR运动链下侧连杆通过转动副A1联接、下侧连杆固定端与第二条RRR运动链下侧连杆通过转动副A2联接；所述上侧连杆固定端与第一条RRR运动链上侧连杆通过转动副C1联接、上侧连杆固定端与第二条RRR运动链上侧连杆通过转动副C2联接；所述第一条RRR运动链下侧连杆与第一条RRR运动链上侧连杆通过转动副&联接；所述第二条RRR运动链下侧连杆与第二条RRR运动链上侧连杆通过转动副化联接。
作为优选，所述的第一条RRR运动链、第二条RRR运动链所确定的两个平面为共面，且与轴线O1A确定的平面为共面。
作为优选，所述的第一条RRR运动链下侧连杆和第二条RRR运动链下侧连杆长度相等，所述的第一条RRR运动链上侧连杆和第二条RRR运动链上侧连杆长度相等，第一条 RRR运动链与第二条RRR运动链关于轴线O1A呈对称分布。
作为优选，所述的导向杆与下侧连杆固定端通过螺纹连接，与上侧连杆固定端间隙配合；第一条RRR运动链与第二条RRR运动链做伸缩运动时，导向杆的上端可以沿上侧连杆固定端的中心孔内壁滑动。
作为优选，所述的导向杆和下侧连杆固定端与上侧连杆固定端，其圆杆结构为实心杆或中空结构。
本发明有益的效果本发明通过采用转动副和圆柱副相结合的方式，实现了机构中某一个构件做精确直线运动的目的，同时该机构具有结构简单，较好的各向刚度和较好的承载能力等优点；该机构相对于Peaucellier-Lipkin机构和Chebyshev机构结构更为简单，更有利于机械工程应用；相对于六连杆直线平移机构具有更好的各向刚度和较好的承载能力。
图1是Peaucellier-Lipkin机构机构原理图。
图2是Chebyshev机构机构原理图。
图3是本发明提供的具有直线运动功能的2-RRR机构结构示意图。
图4是本发明2-RRR机构的俯视示意图。
图5是第一条RRR运动链机构原理图。
附图中的标号分别为1、下侧连杆固定端；2a、第一条RRR运动链下侧连杆；2b、第一条RRR运动链上侧连杆；3a、第二条RRR运动链下侧连杆；3b、第二条RRR运动链上侧连杆；4、上侧连杆固定端；5、导向杆。
具体实施方式
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3是本发明提供的具有直线运动功能的2-RRR机构结构示意图。该机构包括下侧连杆固定端1，上侧连杆固定端4，第一条RRR运动链的第一条RRR运动链下侧连杆加、 第一条RRR运动链上侧连杆2b，第二条RRR运动链的第二条RRR运动链下侧连杆3a、第二条RRR运动链上侧连杆北和导向杆5，所述下侧连杆固定端1与第一条RRR运动链下侧连杆加通过转动副A1联接、下侧连杆固定端1与第二条RRR运动链下侧连杆3a通过转动副 A2联接；所述上侧连杆固定端4与第一条RRR运动链上侧连杆2b通过转动副C1联接、上侧连杆固定端4与第二条RRR运动链上侧连杆北通过转动副C2联接；所述第一条RRR运动链下侧连杆加与第一条RRR运动链上侧连杆2b通过转动副B1联接；所述第二条RRR运动链下侧连杆3a与第二条RRR运动链上侧连杆北通过转动副化联接；所述的第一条RRR运动链下侧连杆加和第二条RRR运动链下侧连杆3a长度相等，所述的第一条RRR运动链上侧连杆2b和第二条RRR运动链上侧连杆北长度相等，第一条RRR运动链与第二条RRR运动链关于轴线O1A呈对称分布。
所述的导向杆5与下侧连杆固定端1通过螺纹连接，与上侧连杆固定端4间隙配合；第一条RRR运动链与第二条RRR运动链做伸缩运动时，导向杆5的上端可以沿上侧连杆固定端4的中心孔内壁滑动；所述的第一条RRR运动链、第二条RRR运动链所确定的两个平面为共面，且与轴线O1A确定的平面为共面；所述的导向杆5和下侧连杆固定端1与上侧连杆固定端4，其圆杆结构可以为实心杆，也可以做成中空结构。
从图3中可以看出，在两条RRR运动链的约束下，上侧连杆固定端4具有三个自由度，即绕y轴的转动、沿χ轴和ζ轴的移动；在导向杆5的约束下，上侧连杆固定端4具有两个自由度，即绕ζ轴的转动和沿ζ轴的移动。因此，在两条RRR运动链和导向杆5的共同约束下，上侧连杆固定端4只具有沿ζ轴移动的自由度，即该机构中上侧连杆固定端4能够做精确的直线运动。为了进一步阐述该机构的运动学原理，下面对该机构的运动学原理进行分析。
首先建立坐标系，以轴线O1A与转动副Ap A2轴线所在的平面的交点为坐标原点 O，Z轴沿交轴线O1A方向，X轴垂直于转动副Al的轴线，根据右手螺旋法则可以得到y轴， 如图3所示，该机构的俯视图如图4所示。该机构中第一条RRR运动链的机构原理图如图 5所示，设转动副A1到坐标原定的距离为I1,第一条RRR运动链下侧连杆加长为12，第一条 RRR运动链上侧连杆2b长为13，第一条RRR运动链下侧连杆加与ζ轴夹角为θ。则第一条RRR运动链的三个转动副中心在坐标系oxyz中的坐标为
A1Q1 0 0)；
B1G^l2Sineo I2C0s θ )；
C1^Z1 0 Z2 cos 0 + ^Z32 - Z22 Sin2 ；
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，可以写出第一条RRR运动链A1B1C1的运动螺旋系为
权利要求
1.一种具有直线运动功能的2-RRR机构，其特征在于包括下侧连杆固定端(1)，上侧连杆固定端G)，第一条RRR运动链的第一条RRR运动链下侧连杆(加)、第一条RRR运动链上侧连杆Ob)，第二条RRR运动链的第二条RRR运动链下侧连杆(3a)、第二条RRR运动链上侧连杆(3b)和导向杆(5)，所述下侧连杆固定端(1)与第一条RRR运动链下侧连杆Oa) 通过转动副A1联接、下侧连杆固定端(1)与第二条RRR运动链下侧连杆(3a)通过转动副 A2联接；所述上侧连杆固定端(4)与第一条RRR运动链上侧连杆Ob)通过转动副C1联接、 上侧连杆固定端(4)与第二条RRR运动链上侧连杆(3b)通过转动副C2联接；所述第一条 RRR运动链下侧连杆Oa)与第一条RRR运动链上侧连杆Qb)通过转动副B1联接；所述第二条RRR运动链下侧连杆(3a)与第二条RRR运动链上侧连杆(3b)通过转动副化联接。
2.根据权利要求1所述的具有直线运动功能的2-RRR机构，其特征在于所述的第一条RRR运动链、第二条RRR运动链所确定的两个平面为共面，且与轴线O1O2确定的平面为共
3.根据权利要求1所述的具有直线运动功能的2-RRR机构，其特征在于所述的第一条RRR运动链下侧连杆Oa)和第二条RRR运动链下侧连杆(3a)长度相等，所述的第一条 RRR运动链上侧连杆Ob)和第二条RRR运动链上侧连杆(3b)长度相等，第一条RRR运动链与第二条RRR运动链关于轴线O1A呈对称分布。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有直线运动功能的2-RRR机构，其特征在于所述的导向杆( 与下侧连杆固定端(1)通过螺纹连接，与上侧连杆固定端(4)间隙配合；第一条RRR运动链与第二条RRR运动链做伸缩运动时，导向杆(5)的上端沿上侧连杆固定端 (4)的中心孔内壁呈滑动连接。
全文摘要
本发明涉及一种具有直线运动功能的2-RRR机构，包括上下两个连杆固定端、两条相同的RRR运动链和一个导向杆，其中每条RRR运动链包括两个连杆，连杆与连杆固定端之间采用转动副联接，连杆与连杆之间采用转动副联接，导向杆与上侧连杆固定端形成圆柱副；两条RRR运动链确定一个平面，且与导向杆轴线O1O2共面。本发明有益的效果本发明通过采用转动副和圆柱副相结合的方式，实现了机构中某一个构件做精确直线运动的目的，同时该机构具有结构简单，较好的各向刚度和较好的承载能力等优点；能够用于需要做定直线运动的机械机构中。
文档编号F16H21/16GK102537250SQ201110449290
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者冯之敬, 刘向, 张 杰, 谌文思, 资小林, 赵景山 申请人:万向集团公司, 浙江万向系统有限公司