CN102168746A

CN102168746A - 自伸缩自传感连杆机构

Info

Publication number: CN102168746A
Application number: CN2011100391444A
Authority: CN
Inventors: 杨斌堂; 孟光
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-08-31

Abstract

一种液压驱动技术领域的自伸缩自传感连杆机构，包括：筒体、中心转动体以及两组以上位移输出连杆、弹性组件、刚性力电信号体轴肩和电磁线圈，位移输出连杆、电磁线圈和筒体由内而外依次套接，弹性组件设置于筒体的末端内壁，中心转动体位于电磁线圈内部且与位移输出连杆相接触，刚性力电信号体轴肩垂直固定设置于位移输出连杆上并与弹性组件相接触。本发明驱动直接方便，驱动位移和驱动力较大、驱动响应迅速、位移精确，且方便由这种自伸缩自传感连杆组合实现多种运动或驱动机构形式的特点。

Description

自伸缩自传感连杆机构

技术领域

本发明涉及的是一种机械液压驱动技术领域的装置，具体是一种自伸缩自传感连杆机构。

背景技术

连杆机构在传动，定位控制和装配加工领域具有十分广泛的应用。特别是多自由度驱动定位连杆机构，如三自由度连杆驱动定位平台，六自由度Stewart平台在机器人航天器模拟驾驶等方面具有重要应用价值。

然而，目前这类装置的驱动定位系统基本采用在机构连杆上串接液压驱动器或执行器的方式来实现多连杆机构的动作功能，如北京恒山宏业科技发展有限公司的六自由度液压平台。基于这种液压驱动方式，存在必须使用液压缸、变量泵以及位移传感器等设备和仪器才能够实现。并且，基于液压驱动的连杆机构虽然驱动力大，但是驱动频率很低，驱动精度较低，响应慢，驱动设备需要密封以及存在漏油等等的问题；并且，其驱动位移检测还需要外部专门的传感仪器或设备才能实现，这也不利于驱动位移检测的实时性和方便性。鉴于这些问题，目前的液压连杆式驱动机构和平台动作灵敏度和可控性都存在不足。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200710047397.x，记载了一种“永磁伸缩机构”，该技术是一种将具有在结构上方向异形的磁体，在外磁场作用下产生磁极转动而对与其刚性接触的部件产生驱动力和驱动位移的现象提出的新型驱动机构，该机构组成部件少，可以产生由电磁场激励作用下的直接驱动位移，而不需要多余的位移传动部件，可以实现一种高效的直接驱动方式。但是该现有技术却只能产生驱动效果，对于其所产生的驱动位移和驱动力不能够实时感知或检测，这对于该种新型的直接驱动方式的应用特别是精确驱动控制的应用带来了困难，使这种“永磁伸缩机构”不能够具有既可以产生“驱动”又可以实现驱动过程的“传感”，即具有“既可以驱动又可以传感”的智能型驱动装置的效果。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种自伸缩自传感连杆机构，进而可以基于这种单元式的机构组合实现一个自由度以上的以至基于这种自驱动自传感连杆机构的六自由度驱动平台。这种自伸缩自传感连杆机构单元式机构及其组合制成的装置具有结构简单，驱动直接方便，驱动位移和驱动力较大、驱动响应迅速、位移精确，且方便由这种自伸缩自传感连杆组合实现多种运动或驱动机构形式的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：筒体、中心转动体以及两组以上位移输出连杆、弹性组件、刚性力电信号体轴肩和电磁线圈，其中：位移输出连杆、电磁线圈和筒体由内而外依次套接，弹性组件设置于筒体的末端内壁，中心转动体位于电磁线圈内部且与位移输出连杆相接触，刚性力电信号体轴肩垂直固定设置于位移输出连杆上并与弹性组件相接触。

所述的中心转动体为以下结构中的任意一种实现：

1)活动设置于筒体内部中心且由对称永磁体制成的磁转子；

2)转动中心固定设置于筒体内部中心且由对称永磁体制成的磁转子；

3)转动中心固定设置于筒体内部中心且由非对称永磁体制成的磁转子；

所述的磁转子为方向异形结构，该磁转子的一侧或两侧固定设有刚性结构组件。

所述的筒体为两个端面设有通孔的空心圆柱体。

所述的筒体内部固定设有与位移输出连杆相接触的导向体。

所述的两组以上位移输出连杆中至少一组为活动设置于筒体内部。

所述的刚性力电信号体轴肩为力电传感体，如压电体。

当对电磁线圈施加电流产生磁场时，中心转动体将在发生偏转的同时顶开与之接触的刚性结构组件，如上下位移输出连杆，同步带动刚性力电信号体轴肩接触弹性组件并获得弹力以及与之对应生成的力电信号，其信号强度与受到的弹力变化量的大小成对应关系，这样可实现由其内部产生的自伸长驱动位移，并且该驱动位移的大小可以自感知检测的性能。

本发明涉及一种六自由度驱动平台，包括：上平台、球形铰链、六边形基台以及若干所述自伸缩自传感连杆机构，其中：六个单向的球形铰链分别设置于六边形基台的各个定点，三个双向的球形铰链设置于上平台的下表面，自伸缩自传感连杆机构的两端分别与上平台及六边形基台上的球形铰链相连接。

与现有技术相比，本自伸缩驱动自传感连杆机构及其组合的一个自由度以上至六自由度驱动平台具有以下优点：

1、实现了一个自由度以上至六自由度驱动平台/机构的直接驱动方式；

2、具有自带传感环节，驱动位移可以被实施监测到，方便实现一个自由度以上至六自由度驱动平台/机构的精确驱动定位的闭环控制。

3、整体机构的组成简单，组成部件较少，刚性好，可靠性高；

4、驱动过程可完全由外部施加电信号控制，机构响应灵敏，可实现宽频、宽幅驱动。

5、核心组件自伸缩自传感连杆机构可方便制成驱动器以及一至六自由度的各种驱动定位机构，使用灵活方便。

6、本发明的自伸缩自传感连杆还是一种可以制成或组合制成一至六自由度的力和位移传感器。

本发明的机构可用于研制要求产生驱动响应灵敏、驱动幅度大、精度高的多自由度定位平台、机器人、多自由度振动台、多自由度传感器，广泛应用于各种定位应用领域、机器人领域以及加工制造和测试以及定位控制领域。

附图说明

图1为实施例六自由度驱动平台结构示意图。

图2为自伸缩自传感连杆的结构示意图；

图中：(a)双输出杆结构；(b)单输出杆结构。

图3为中心转动体示意图；

图中：(a)无中心转轴的中心转动体；(b)有中心转轴的中心转动体；(c)有中心转轴非对称结构即带有半圆结构部分的中心转动体

图4为连杆轴承转轴和连杆轴承示意图；

图中：(a)为带有连杆轴承转轴和连杆轴承的中心转动体；(b)为带有连杆轴承转轴和连杆轴承的位移输出杆。

图5为刚性结构组件示意图；

图中：(a)为带有刚性结构组件的中心转动体；(b)为中心转动体水平方向偏转实现驱动的中心结构。

图6为实施例外设外线圈(a)或轭铁(b)示意图。

图7为实施例多自由度自伸缩自传感连杆机构组合示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例涉及一种六自由度驱动平台，包括：上平台1、球形铰链2、六边形基台3以及自伸缩自传感连杆机构4，其中：六个单向的球形铰链2分别设置于六边形基台3的各个定点，三个双向的球形铰链2设置于上平台1的下表面，自伸缩自传感连杆机构4的两端分别与上平台1及六边形基台3上的球形铰链2相连接。

如图2(a)、(b)所示，本实施例中所述的自伸缩自传感连杆机构4包括：筒体5、位移输出连杆6、弹性组件7、刚性力电信号体轴肩8、中心转动体9和电磁线圈10，其中：电磁线圈10固定设置于筒体5内壁中部，两组弹性组件7分别设置于筒体5的两端内壁，两根位移输出连杆6及位于其间的中心转动体9同轴活动设置于电磁线圈10内部，两组刚性力电信号体轴肩8分别垂直固定设置于对应的位移输出连杆6上并与弹性组件7相接触。

所述的筒体5为两个端面设有通孔的空心圆柱体，所述的位移输出连杆6中至少一组为活动设置于筒体内部。

所述的筒体5内部固定设有与位移输出连杆6相接触的导向体11。

所述的刚性力电信号体轴肩8为压电体。

如图3所示，所述的中心转动体9具有以下三种不同实现方式：

如图3(a)所示，所述的中心转动体9为具有方向异形的永磁体或磁转子，其具体位于筒体5的内部中心。

如图3(b)所示，所述的中心转动体9的中心位置设有两端固定于筒体5内的转轴13，使得中心转动体9转动更平稳。

如图3(c)所示，所述的中心转动体9为半圆体14和椭圆体15的组合结构，对应实现位移输出连杆6的单向输出位移，当半圆体14虽转动但不会对与其接触的位移输出杆6产生推动位移，而椭圆体15转动会推动与其接触的位移输出连杆6产生位移，并由转轴13实现竖直方向上的零位移。

如图4(a)和图4(b)所示，所述的中心转动体9与位移输出连杆6的三个接触端均设有连杆轴承转轴16和连杆轴承17，以进一步增加中心转动体的运动稳定性，并可以实现中心转动体9受激励旋转后对位移输出连杆6的外推，也可以实现中心转动体9复位时对位移输出连杆6的回拉。

如图5(a)和图5(b)所示，所述的电磁线圈10为分体式结构且水平设置于中心转动体9的外部，使得中心转动体9在水平方向上的180度旋转；对应在中心转动体9的一侧或两侧设有楔形结构的刚性结构组件18，该刚性结构组件18与位移输出连杆6相接触。

当中心转动体9转动时带动刚性结构组件18并实现位移输出连杆6的位移。

所述的刚性结构组件18与位移输出连杆6的接触面上设有滚动珠19，以减少运动时的接触摩擦。

当对电磁线圈10施加电流产生磁场时，中心转动体9将在发生偏转的同时顶开与之接触的上下位移输出连杆6，同步带动刚性力电信号体轴肩8接触弹性组件7并获得弹力以及与之对应生成的压电信号，其信号强度与受到的弹力变化量的大小，实现由其内部产生的自伸长驱动位移，并且该驱动位移的大小可以自感知检测。

如图6(a)和(b)所示，当位移输出连杆6为导磁材料制成且其它组件均为非导磁材料制成时，所述的筒体5外设有外线圈12或轭铁20或其组合，以实现在自伸缩自传感连杆机构4尺寸限定的情况下，对中心转动体9施加更强磁场，并且减少线圈发热对中心转动体9的负效应。

如图7(a)至(h)所示，对于上述实施例中涉及的自伸缩自传感连杆机构，可以是能组成更复杂机构的组合单元机构，两个以上的本发明自伸缩自传感连杆机构除了可以组成如图1所示的六自由度机构之外，还可以组成的串接线体结构、角连接结构、三角形、四边形等以上多边形，以致立体和立体组合机构。

Claims

1.一种自伸缩自传感连杆机构，包括：筒体、中心转动体以及两组以上位移输出连杆、弹性组件、刚性力电信号体轴肩和电磁线圈，其特征在于：位移输出连杆、电磁线圈和筒体由内而外依次套接，弹性组件设置于筒体的末端内壁，中心转动体位于电磁线圈内部且与位移输出连杆相接触，刚性力电信号体轴肩垂直固定设置于位移输出连杆上并与弹性组件相接触。

2.根据权利要求1所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的中心转动体为以下结构中的任意一种实现：

1)活动设置于筒体内部中心且由对称永磁体制成的磁转子；

3)转动中心固定设置于筒体内部中心且由非对称永磁体制成的磁转子。

3.根据权利要求2所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的磁转子为方向异形结构，该磁转子的一侧或两侧固定设有刚性结构组件。

4.根据权利要求1所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的两组以上位移输出连杆中至少一组为活动设置于筒体内部。

5.根据权利要求1所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的刚性力电信号体轴肩为力电传感体。

6.根据权利要求1或2所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的中心转动体的中心位置设有两端固定于筒体内的转轴。

7.根据权利要求1或2所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的中心转动体为半圆体和椭圆体的组合结构。

8.根据权利要求1或2所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的中心转动体与位移输出连杆的三个接触端均设有连杆轴承转轴和连杆轴承。

9.根据权利要求1所述的自伸缩自传感连杆机构，其特征是，所述的电磁线圈为分体式结构且水平设置于中心转动体的外部，对应在中心转动体的一侧或两侧设有楔形结构的刚性结构组件，该刚性结构组件与位移输出连杆相接触。

10.一种六自由度驱动平台，其特征在于，包括：上平台、球形铰链、六边形基台以及上述任一权利要求所述的自伸缩自传感连杆机构，其中：六个单向的球形铰链分别设置于六边形基台的各个定点，三个双向的球形铰链设置于上平台的下表面，自伸缩自传感连杆机构的两端分别与上平台及六边形基台上的球形铰链相连接。