專利名稱：一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空間并聯(lián)機構的重力補償技術領域，具體涉及一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈。
背景技術：
并聯(lián)機構具有大負載質量比和高剛度的優(yōu)點，廣泛的應用于重載工況。由重力產生的支鏈靜態(tài)驅動力較大，造成機構結構笨重和驅動單元功耗較高等問題。完整的重力補償可以完全消除靜態(tài)驅動力，有效減小支鏈驅動力，改善機構的動態(tài)性能。目前，并聯(lián)機構完整重力補償?shù)姆椒ㄖ饕腥N:(1)完全依賴于調整并聯(lián)機構的質量分布或改變支鏈結構的重力補償方法:該方法對機構的質量或支鏈結構提出嚴格的要求，難以實際應用，且無法根據(jù)負載進行相應調整。(2)主動重力補償支鏈:該方法需要額外增加驅動元件，且存在冗余驅動問題，控制復雜。(3)基于平行四邊型結構的被動補償支鏈:該被動補償裝置的結構復雜，制造安裝成本高，且空間剛度有限。

發(fā)明內容
為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，將本發(fā)明安裝在空間并聯(lián)機構的中心，通過雙向同步伸縮支鏈、胡克鉸和球鉸，實現(xiàn)配重機構與并聯(lián)機構動平臺的運動相反，以保證機構的質心靜止，不隨位姿改變，即完整的重力補償。為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，包括配重1、雙向同步伸縮支鏈2、中間胡克鉸3和球鉸4，所述雙向同步伸縮支鏈2的外桿中段通過中間胡克鉸3與空間并聯(lián)機構的靜平臺連接，中間胡克鉸3的轉動中心與靜平臺的幾何中心重合，所述配重I固定連接在雙向同步伸縮支鏈2的一端，雙向同步伸縮支鏈2的另一端通過球鉸4與并聯(lián)機構的動平臺連接；配重I的質心、中間胡克鉸3的轉動中心和球鉸4的轉動中心三點共線，且配重I的質心和球鉸4的轉動中心到胡克鉸3的轉動中心的距離相等，所述雙向同步伸縮支鏈2的具體傳動結構有如下兩種:第一種:雙向同步伸縮支鏈2包括兩端開口的外桿2-8，在外桿2-8 —側內壁上安裝直線導軌2-3，另一側內壁上安裝聯(lián)軸器2-2，在聯(lián)軸器2-2的兩端連接有旋向相反的第一滾珠絲杠2-6和第二滾珠絲杠2-10，安裝在第一滾珠絲杠2-6上的第一絲杠螺母2-7和安裝在直線導軌2-3上的第一導軌滑塊2-4固定連接，安裝在第二滾珠絲杠2-10上的第二絲杠螺母2-9和安裝在直線導軌2-3上的第二導軌滑塊2-1固定連接，安裝在第一滾珠絲杠2-6外部的第一內桿2-5 —端與第一絲杠螺母2-7固定連接,另一端伸出外桿2-8的一端開口，安裝在第二滾珠絲杠2-10外部的第二內桿2-11 —端與第二絲杠螺母2-9固定連接，另一端伸出外桿2-8的另一端開口 ；當動平臺通過球鉸4拖動第二內桿2-11伸出時，第二絲杠螺母2-9將直線運動轉換為第二滾珠絲杠2-10相對于外桿2-8的轉動，轉動通過聯(lián)軸器2-2傳遞給第一滾珠絲杠2-6，第一滾珠絲杠2-6將第一絲杠螺母2-7推出，將轉動再次轉變?yōu)橹本€運動，即第一內桿2-5同步伸出；相反的，當動平臺通過球鉸4拖動第二內桿2-11縮回時，運動會逐級傳遞，最終表現(xiàn)為第一內桿2-5的同步縮回；第二種:雙向同步伸縮支鏈2包括兩端開口的外桿2-18，在外桿2-18—側內壁上安裝直線導軌2-13，直線導軌2-13上安裝第一滑塊2-12和第二滑塊2_14，第一內桿2_21一端與第一滑塊2-12固定連接,另一端伸出外桿2-18的一端開口，第二內桿2-16 —端與第二滑塊2-14固定連接，另一端伸出外桿2-18的另一端開口，繩索2-19 —端固結于第二內桿2-16端處的外桿2-18內壁上，另一端依次繞過第二內桿滑輪2-17、外桿滑輪2_15和第一內桿滑輪2-20，最后固結于靠近第二內桿2-16的外桿2-18內壁上；當動平臺拖動第一內桿2-21相對外桿2-18伸出時，繩索2-19收緊，第二內桿2_16同步伸出；相反，當動平臺拖動第一內桿2-21相對外桿2-18縮回時，繩索2-19放松，第二內桿2_16連接配重機構依靠重力同步縮回。所述配重I的質量能夠根據(jù)機構負載調節(jié)。所述雙向同步伸縮支鏈2第一種結構中，在外桿2-8內壁安裝直線導軌2-3，且在外桿兩端開口處安裝導向塊。所述雙向同步伸縮支鏈2第二種結構中，在外桿2-18內壁安裝直線導軌2-13，且在外桿兩端開口處安裝導向塊。本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:(I)本發(fā)明布置于空間并聯(lián)機構的中心，充分利用其內部空間，避免運動干涉；(2)雙向同步伸縮支鏈的結構簡單便于加工和安裝，且空間剛度高；(3)為被動補償裝置，無需額外添加驅動部件，避免冗余驅動問題；(4)適用性廣，可用于實現(xiàn)所有空間并聯(lián)構型的完整重力補償。


圖1是本發(fā)明應用于Stewart并聯(lián)機構的結構示意圖。圖2是本發(fā)明中雙向同步伸縮支鏈第一種傳動結構的示意圖。圖3是本發(fā)明中雙向同步伸縮支鏈第二種傳動結構的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，包括配重1、雙向同步伸縮支鏈2、中間胡克鉸3和球鉸4，所述雙向同步伸縮支鏈2的外桿中段通過中間胡克鉸3與空間并聯(lián)機構的靜平臺連接，中間胡克鉸3的轉動中心與靜平臺的幾何中心重合，所述配重I固定連接在雙向同步伸縮支鏈2的一端,雙向同步伸縮支鏈2的另一端通過球鉸4與并聯(lián)機構的動平臺連接；配重I的質心、中間胡克鉸3的轉動中心和球鉸4的轉動中心三點共線，且配重I的質心和球鉸4的轉動中心到胡克鉸3的轉動中心的距離相等，球鉸4在動平臺的固定位置根據(jù)動平臺的質量分布確定，以達到完整的重力補償效果。本實施例配重I的質量能夠根據(jù)機構負載調節(jié)。如圖2所示，為本發(fā)明雙向同步伸縮支鏈第一種傳動結構的示意圖，雙向同步伸縮支鏈2包括兩端開口的外桿2-8，在外桿2-8 —側內壁上安裝直線導軌2-3，另一側內壁上安裝聯(lián)軸器2-2，在聯(lián)軸器2-2的兩端連接有旋向相反的第一滾珠絲杠2-6和第二滾珠絲杠2-10，安裝在第一滾珠絲杠2-6上的第一絲杠螺母2-7和安裝在直線導軌2-3上的第一導軌滑塊2-4固定連接，安裝在第二滾珠絲杠2-10上的第二絲杠螺母2-9和安裝在直線導軌2-3上的第二導軌滑塊2-1固定連接，安裝在第一滾珠絲杠2-6外部的第一內桿2-5一端與第一絲杠螺母2-7固定連接,另一端伸出外桿2-8的一端開口，安裝在第二滾珠絲杠2-10外部的第二內桿2-11 —端與第二絲杠螺母2-9固定連接，另一端伸出外桿2-8的另一端開口 ；當動平臺通過球鉸4拖動第二內桿2-11伸出時，第二絲杠螺母2-9將直線運動轉換為第二滾珠絲杠2-10相對于外桿2-8的轉動，轉動通過聯(lián)軸器2-2傳遞給第一滾珠絲杠2-6，第一滾珠絲杠2-6將第一絲杠螺母2-7推出，將轉動再次轉變?yōu)橹本€運動，即第一內桿2-5同步伸出；相反的，當動平臺通過球鉸4拖動第二內桿2-11縮回時,運動會逐級傳遞，最終表現(xiàn)為第一內桿2-5的同步縮回。作為雙向同步伸縮支鏈第一種傳動結構的優(yōu)選實施方式，所述雙向同步伸縮支鏈2的外桿2-8內壁安裝兩條直線導軌2-3，且外桿2-8兩端開口處安裝導向塊，提高內桿的空間剛度。如圖3所示，為本發(fā)明雙向同步伸縮支鏈第二種傳動結構的示意圖，雙向同步伸縮支鏈2包括兩端開口的外桿2-18，在外桿2-18 —側內壁上安裝直線導軌2-13，直線導軌2-13上安裝第一滑塊2-12和第二滑塊2-14，第一內桿2_21 —端與第一滑塊2_12固定連接，另一端伸出外桿2-18的一端開口，第二內桿2-16 —端與第二滑塊2-14固定連接，另一端伸出外桿2-18的另一端開口，繩索2-19 —端固結于第二內桿2-16端處的外桿2_18內壁上，另一端依次繞過第二內桿滑輪2-17、外桿滑輪2-15和第一內桿滑輪2-20，最后固結于靠近第二內桿2-16的外桿2-18內壁上；當動平臺拖動第一內桿2-21相對外桿2_18伸出時，繩索2-19收緊，第二內桿2-16同步伸出；相反，當動平臺拖動第一內桿2-21相對外桿2-18縮回時，繩索2-19放松，第二內桿2-16連接配重機構依靠重力同步縮回。作為雙向同步伸縮支鏈第二種傳動結構的優(yōu)選實施方式，所述雙向同步伸縮支鏈2的外桿2-18內壁安裝兩條直線導軌2-13，且外桿2-18兩端開口處安裝導向塊，提高內桿的空間剛度。
權利要求
1.一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，其特征在于:包括配重(I)、雙向同步伸縮支鏈(2)、中間胡克鉸(3)和球鉸(4)，所述雙向同步伸縮支鏈(2)的外桿中段通過中間胡克鉸(3)與空間并聯(lián)機構的靜平臺連接，中間胡克鉸(3)的轉動中心與靜平臺的幾何中心重合，所述配重(I)固定連接在雙向同步伸縮支鏈(2)的一端，雙向同步伸縮支鏈(2)的另一端通過球鉸(4)與并聯(lián)機構的動平臺連接；配重(I)的質心、中間胡克鉸(3)的轉動中心和球鉸(4)的轉動中心三點共線，且配重(I)的質心和球鉸(4)的轉動中心到胡克鉸(3)的轉動中心的距離相等，所述雙向同步伸縮支鏈(2)的具體傳動結構有如下兩種: 第一種:雙向同步伸縮支鏈(2)包括兩端開口的外桿(2-8)，在外桿(2-8) —側內壁上安裝直線導軌(2-3)，另一側內壁上安裝聯(lián)軸器(2-2)，在聯(lián)軸器(2-2)的兩端連接有旋向相反的第一滾珠絲杠(2-6)和第二滾珠絲杠(2-10)，安裝在第一滾珠絲杠(2-6)上的第一絲杠螺母(2-7)和安裝在直線導軌(2-3)上的第一導軌滑塊(2-4)固定連接，安裝在第二滾珠絲杠(2-10)上的第二絲杠螺母(2-9)和安裝在直線導軌(2-3)上的第二導軌滑塊(2-1)固定連接，安裝在第一滾珠絲杠(2-6)外部的第一內桿(2-5) 一端與第一絲杠螺母(2-7)固定連接，另一端伸出外桿(2-8)的一端開口，安裝在第二滾珠絲杠(2-10)外部的第二內桿(2-11)—端與第二絲杠螺母(2-9)固定連接，另一端伸出外桿(2-8)的另一端開口 ；當動平臺通過球鉸(4)拖動第二內桿(2-11)伸出時，第二絲杠螺母(2-9)將直線運動轉換為第二滾珠絲杠(2-10 )相對于外桿(2-8 )的轉動，轉動通過聯(lián)軸器(2-2 )傳遞給第一滾珠絲杠(2-6)，第一滾珠絲杠(2-6)將第一絲杠螺母(2-7)推出，將轉動再次轉變?yōu)橹本€運動，即第一內桿(2-5)同步伸出；相反的，當動平臺通過球鉸(4)拖動第二內桿(2-11)縮回時，運動會逐級傳遞，最終表現(xiàn)為第一內桿(2-5)的同步縮回； 第二種:雙向同步伸縮支鏈(2)包括兩端開口的外桿(2-18)，在外桿(2-18) 一側內壁上安裝直線導軌(2-13)，直線導軌(2-13)上安裝第一滑塊(2-12) 和第二滑塊(2-14),第一內桿(2-21) —端與第一滑塊(2-12)固定連接,另一端伸出外桿(2-18)的一端開口，第二內桿(2-16) —端與第二滑塊(2-14)固定連接,另一端伸出外桿(2-18)的另一端開口，繩索(2-19) —端固結于第二內桿(2-16)端處的外桿(2-18)內壁上，另一端依次繞過第二內桿滑輪(2-17)、外桿滑輪(2-15)和第一內桿滑輪(2-20)，最后固結于靠近第二內桿(2-16)的外桿(2-18)內壁上；當動平臺拖動第一內桿(2-21)相對外桿(2-18)伸出時，繩索(2-19)收緊，第二內桿(2-16)同步伸出；相反，當動平臺拖動第一內桿(2-21)相對外桿(2-18)縮回時，繩索(2-19)放松，第二內桿(2_16)連接配重機構依靠重力同步縮回。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，其特征在于:所述配重(I)的質量根據(jù)機構負載調節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，其特征在于:所述雙向同步伸縮支鏈(2)第一種結構中，在外桿(2-8)內壁安裝直線導軌(2-3)，且在外桿兩端開口處安裝導向塊。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，其特征在于:所述雙向同步伸縮支鏈(2)第二種結構中，在外桿(2-18)內壁安裝直線導軌(2-13)，且在外桿兩端開口處安裝導向塊。
全文摘要
一種空間并聯(lián)機構的被動重力補償支鏈，包括配重、雙向同步伸縮支鏈、中間胡克鉸和球鉸，雙向同步伸縮支鏈外桿中段通過中間胡克鉸與空間并聯(lián)機構靜平臺連接，中間胡克鉸的轉動中心與靜平臺的幾何中心重合，配重固定連接在雙向同步伸縮支鏈一端，雙向同步伸縮支鏈另一端通過球鉸與并聯(lián)機構的動平臺連接；配重質心、中間胡克鉸轉動中心和球鉸轉動中心三點共線，且配重質心和球鉸轉動中心到胡克鉸轉動中心的距離相等；本發(fā)明實現(xiàn)空間并聯(lián)機構的完整重力補償，消除因重力產生的支鏈靜態(tài)驅動力，且結構簡單、布置合理，無需驅動單元，使用方便；有效減小空間并聯(lián)機構的支鏈驅動力，提高機構的效率和動態(tài)特性，有利于充分發(fā)揮空間并聯(lián)機構潛在性能優(yōu)勢。
文檔編號B23Q1/44GK103143940SQ20131006401
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權日2013年2月28日
發(fā)明者邵珠峰, 唐曉強, 唐樂為, 王偉方, 劉志華 申請人:清華大學