CN101863018B - 绳索驱动三转动自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绳索驱动的三转动自由度并联机构，包括静平台、动平台、三条主动支链和一条定长支链，主动支链均由下转动副、下虎克铰、系绳挂钩、电机、转轮、绳索、滑轮、上虎克铰与上转动副组成，定长支链由虎克铰、转动副和支撑杆组成，虎克铰与动平台连接，转动副与虎克铰连接，转动副的转轴与支撑杆的一端连接，支撑杆的另一端与静平台固结。本发明具有工作空间大、结构简单、制造成本低而且安装容易的特点，固结于静平台的定长支链所起到的支撑作用，为机构提供足够的刚度，本发明可应用于大范围的姿态调节与跟踪装置。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人与机械制造的技术领域，特别涉及一种绳索驱动的三转动自由度并联机构，可应用于大范围的姿态跟踪与角度调节装置。
背景技术
绳索驱动并联机构是一种新型的驱动并联机构，在起重机器人、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。
在现有的技术中，绳索驱动并联机构与杆支撑并联机构比较，绳索驱动并联机构具有结构简单、惯性小、工作空间大与响应快等特点。但是，由于在绳索驱动并联机构中，其绳索只能承受拉力，不能承受压力，故现有的绳索驱动并联机构一般采用冗余驱动，即要在末端执行器输出n个自由度的运动，必须至少有n+1根绳索来驱动，机构上采用过约束控制方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现三转动自由度的绳索驱动并联机构。
本发明是这样实现的：一种绳索驱动的三转动自由度并联机构，包括静平台、动平台、三条主动支链和一条定长支链，其特征是所述的三条主动支链均由下转动副、下虎克铰、系绳挂钩、电机、转轮、绳索、滑轮、上虎克铰与上转动副组成，其中下虎克铰通过下转动副与静平台连接，系绳挂钩与电机固结于下虎克铰的上端面上，转轮连接电机转轴，上虎克铰通过上转动副与动平台连接，滑轮连接上虎克铰，绳索一端连接系绳挂钩，并绕接于滑轮上之后，另一端与转轮连接；所述定长支链由虎克铰、转动副和支撑杆组成，虎克铰与动平台连接，转动副与虎克铰连接，转动副的转轴与支撑杆的一端连接，支撑杆的另一端与静平台固结。
所述主动支链上的上转动副与上虎克铰组合和下转动副与下虎克铰组合都可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替，与动、静平台连接的上、下转动副轴线可以垂直于动静平台也可以平行于动静平台。
所述主动支链上的上转动副与上虎克铰组合和下转动副与下虎克铰组合都可以由球铰链代替。
所述定长支链上的转动副的轴线平行于支撑杆。
所述定长支链上的虎克铰与转动副组合可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替，也可以由球铰链代替。
所述主动支链在空间中呈对称分布，主动支链与动平台的连接处呈等边三角形分布，主动支链与静平台的连接处呈等边三角形分布。
所述主动支链上虎克铰可以由两个转轴相互垂直的转动副组合来代替。
所述定长支链上的虎克铰也可以由两个转轴相互垂直的转动副组合来代替。
所述定动平台与静平台形状相似。
所述主动支链与动平台连接处构成的三角形相似于主动支链与静平台连接处构成的三角形。
本发明采用由绳索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，固结于静平台的定长支链所起到的支撑作用，为机构提供足够的刚度，本发明可应用于大范围的姿态调节与跟踪装置。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详述。
图1是本发明的结构示意图。
其中图中1.静平台、2.下转动副、3.下虎克铰、4.电机、5.转轮、6.绳索、7.滑轮、8.上虎克铰、9.上转动副、10.动平台、11.虎克铰、12.转动副、13.支撑杆、14.系绳挂钩。
具体实施方式
如图1所示，本发明为一种绳索驱动的三转动自由度并联机构，主要由静平台1、动平台10、三条主动支链和一条定长支链组合而成，每条支链连接于动平台10与静平台1之间。其中，三条主动支链的结构相同，都是由下转动副2、下虎克铰3、电机4、转轮5、绳索6、滑轮7、系绳挂钩14、上虎克铰8与上转动副9组成，下虎克铰3通过下转动副2与静平台1连接，系绳挂钩14与电机4固结于下虎克铰3的上端面上，转轮5连接电机4的转轴，上虎克铰8通过上转动副9与动平台10相连接，滑轮7安装于上虎克铰8之上，绳索6的一端连接在系绳挂钩14上，并绕接于滑轮7上，绳索6的另一端与转轮5连接，电机4驱动转轮5转动进而拽拉绳索6，从而改变绳索6的长度，绳索6通过滑轮7对虎克铰8拽拉；定长支链由虎克铰11、转动副12和支撑杆13组成，虎克铰11与动平台10连接，转动副12与虎克铰11连接，转动副12的转轴与支撑杆13的一端连接，支撑杆13的另一端与静平台固结，定长支链上的转动副12的轴线平行于支撑杆13，定长支链的一端垂直固结于静平台。由于定长支链起到约束与支撑的作用，当三条支链上的绳索6的长度改变时，通过滑轮7对上虎克铰8进行拽拉，就可以实现动平台的三自由度转动，动平台绕固定点的三个坐标轴方向上作转动运动。
作为本发明的其中的一个实施方案，主动支链上的上转动副9与上虎克铰8组合和下转动副2与下虎克铰3组合可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替，与动、静平台连接的上、下转动副轴线可以垂直于动静平台也可以平行于动静平台。
作为本发明的其中的一个实施方案，主动支链上的上转动副9与上虎克铰8组合和下转动副2与下虎克铰3组合都可以由球铰链代替。
作为本发明的其中的一个实施方案，定长支链上的虎克铰11与转动副12组合可以由三个转轴相互垂直的转动副组合代替，也可以由球铰链代替。
在主动支链在空间中呈对称分布，主动支链与动平台10的连接处呈等边三角形分布，主动支链与静平台1的连接处呈等边三角形分布。动平台10与静平台1形状相似。主动支链与动平台10连接处构成的三角形相似于主动支链与静平台1连接处构成的三角形。
Claims (1)
1.一种绳索驱动的三转动自由度的并联机构，其特征在于，包括静平台、动平台、连接所述静平台和动平台的三条主动支链、一条定长支链，所述三条主动支链呈轴对称分布，所述三条主动支链均包括设置于所述动平台上的上转动副、与所述上转动副通过十字轴连接的上虎克铰、固设于所述上虎克铰的滑轮、设置于所述静平台上的下转动副、与所述下转动副通过十字轴连接的下虎克铰、固设于所述下虎克铰上的电机，绳索一端与所述电机连接，另一端绕过所述滑轮与所述下虎克铰上设置的系绳挂钩连接；所述定长支链由一端固定设置于所述静平台上，另一端通过转动连接于一起的虎克铰、转动副设置于所述动平台下方的支撑杆构成。
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