CN103831819A - 一种模块化可重构柔索并联机构实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是：呈水平设置圆环形导轨，在圆环形导轨上设置二至六组可沿圆环形导轨移动、并可在竖向伸缩的柔索支柱，柔索支柱是在基座上呈直立设置可伸缩的液压缸，述液压缸顶端设置有定滑轮，在基座上固定设置有卷扬机，柔索的一端由卷扬机卷放，另一端绕过定滑轮并连接在末端执行器的对应位置的连接点上，与柔索一一对应连接的各连接点分处在末端执行器的不同位置上；基座可以在圆环形导轨上按圆环形轨迹移动；以末端执行器作为实现不同自由度的被控对象。本发明模块类型丰富，能实现各种不同自由度变参数柔索并联，实现大负载运转、高性能运动输出，进行大范围工作空间的操作实验，可用于研究各种不同构型一到六自由度柔索并联机构的运动学、动力学等性能。

Description

一种模块化可重构柔索并联机构实验平台

技术领域

本发明涉及一种柔索并联机构实验平台，特别涉及一种能够完成高负载、大工作空间起重吊装作业任务的模块化可重构柔索并联机构实验平台。

背景技术

柔索并联机构具有结构简单、工作空间大、易拆装、可重组、模块化程度高、负载能力强、运动速度快以及价格低廉等特点。目前，各种自由度的柔索并联机构在国内外都有广泛的研究和应用。中国专利01127939.7公开了一种柔索驱动三自由度并联机构，中国专利200910070056.3公开了一种二自由度柔索并联机构，中国专利200910233341.2公开了一种实现三自由度采用混合驱动五连杆机构驱动的柔索并联机构，中国专利201210552298.8公开了一种实现六自由度采用可动铰链驱动组件的用于风洞试验变结构柔索并联机构。以上各种形式的柔索并联机构，主要采用电机驱动柔索实现特定自由度的运动，但却不能同时满足实现各种不同自由度运动的并联机构。

中国专利200910088558.9公开了一种可以实现多个自由度采用电机驱动的可重构式柔索并联机器人及其驱动装置。但由于该可重构式柔索并联机器人及其驱动装置仅采用电机驱动，并且机器人本体机架是由带有滑槽的型材连接而成的正方体框体结构，因此，该可重构式柔索并联机器人限制了实现柔索并联机构完成高负载、大工作空间作业任务的能力。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种模块类型丰富、组装拆卸简单灵活的模块化可重构柔索并联机构实验平台，以期实现各种不同自由度变参数柔索并联，实现大负载运转、高性能运动输出，进行大范围工作空间的操作实验，用于方便地研究各种不同构型一到六自由度柔索并联机构的运动学、动力学等性能。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明模块化可重构柔索并联机构实验平台的结构特点是：呈水平设置圆环形导轨，在所述圆环形导轨上设置二至六组可沿圆环形导轨移动、并可在竖向伸缩的柔索支柱，所述柔索支柱是在基座上呈直立设置可伸缩的液压缸，在所述液压缸的顶端设置有定滑轮，在所述基座上固定设置有卷扬机，柔索的一端由卷扬机卷放，另一端绕过所述定滑轮并连接在末端执行器的对应位置的连接点上，与所述柔索一一对应连接的各连接点分处在末端执行器的不同位置上；所述基座是以滑块的形式与所述圆环形导轨滑动配合，所述基座可以在所述圆环形导轨上按圆环形轨迹移动；以所述末端执行器作为实现不同自由度的被控对象。

本发明模块化可重构柔索并联机构实验平台的结构特点也在于：

所述基座是由伺服电机通过变速箱带动驱动轮在所述圆环形导轨上移动。

所述末端执行器设置为圆台体，所述圆台体具有相互平行的上台面和下台面；

所述柔索支柱设置为两组或三组，对应设置在末端执行器上的各连接点均匀分布并共处在所述末端执行器的上台面外圆周上。

所述柔索支柱设置为四组至六组，对应设置在末端执行器上的各连接点均匀分布并分处在末端执行器的上台面外圆周面和下台面外圆周面上，所述分处在上台面外圆周面和下台面外圆周面的各连接点在圆周位置上形成一一等距交错。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明呈水平设置圆环形导轨，可在竖向伸缩的柔索支柱在圆环形导轨上模块化设置，实现柔索并联，柔索支柱可在圆环形导轨上按圆环形轨迹自由移动，完成大范围工作空间的操作实验，配合设置电液伺服驱动，能够实现大负载运转、高性能高精度运动输出。

2、本发明最大化地利用各模块，可以方便地开展各种不同组合构型一到六自由度变参数柔索并联机构的设计、运动演示、力学特性研究等问题，对学习者掌握并联机构相关知识具有重要意义，同时研究者可通过该实验平台验证并联机构学及液压驱动系统中的相关理论。

3、本发明模块结构简单、组装拆卸方便灵活、操作方便。

附图说明

图1为本发明模块化可重构六自由度柔索并联机构实验平台结构示意图；

图2为本发明模块化可重构三自由度柔索并联机构实验平台结构示意图；

图3为本发明模块化可重构二自由度柔索并联机构实验平台结构示意图；

图中标号：1末端执行器，2定滑轮，3液压缸，4柔索，5液压马达，6减速机，7卷扬机，8导轨，9基座，10电磁制动器，11伺服电机，12变速箱，13驱动轮。

具体实施方式

参见图1，本实施例中模块化可重构柔索并联机构实验平台的结构设置为：呈水平设置圆环形导轨8，在圆环形导轨8上设置二至六组可沿圆环形导轨8移动、并可在竖向伸缩的柔索支柱，柔索支柱是在基座9上呈直立设置可伸缩的液压缸3，在液压缸3的顶端设置有定滑轮2，在基座9上固定设置有卷扬机7，柔索4的一端由卷扬机7卷放，另一端绕过定滑轮2并连接在末端执行器1的对应位置的连接点上，与柔索4一一对应连接的各连接点分处在末端执行器1的不同位置上；基座9是以滑块的形式与圆环形导轨8滑动配合，基座9可以在圆环形导轨8上按圆环形轨迹移动；以末端执行器1作为实现不同自由度的被控对象。

具体实施中，液压马达5通过减速机6驱动卷扬机7构成柔索驱动机构，基座9是由伺服电机11通过变速箱12带动驱动轮13在圆环形导轨8上移动，为了实现准确定位，在驱动轮13上设置电磁制动器10，以保证柔索支柱准确定位在圆环形导轨8上；设置末端执行器1设置为圆台体，该圆台体具有相互平行的上台面和下台面。

实施例1：

图1所示为六自由度柔索并联机构实验平台，柔索支柱设置为六组，对应设置在末端执行器1上的各连接点均匀分布并分处在末端执行器1的上台面外圆周面和下台面外圆周面上，分处在上台面外圆周面和下台面外圆周面的各连接点在圆周位置上形成一一等距交错。

具体实施中，对于图1所示的六自由度柔索并联机构实验平台，其中有三个连接点均匀分布在末端执行器1的上台面外圆周面上，与其在圆周位置上形成一一交错的另外三个连接点均匀分布在末端执行器1的下台面外圆周面上，共计六个连接点在圆台体的下台面平面上的正投影是处在正六边形的六个顶点位置上，这样的结构布局一方面可以使柔索并联机构实验平台完成空间六自由度的输出运动，另一方面能够保证末端执行器1顺利平稳运行。

液压马达5、液压缸3和伺服电机11是六自由度柔索并联机构实验平台的动力源；六组结构相同的伸缩式液压缸3用于调节各自柔索支柱的高度，六组结构相同的各伺服电机11分别通过各自的变速箱12带动各自的驱动轮13，进而带动各自柔索支柱在圆形导轨8上移动，这样可以完成柔索并联机构在圆形导轨8上分布位置参数的变化，；六组结构相同的液压马达5通过各自减速机6驱动各自的卷扬机7，进而驱动六根柔索4协同带动末端执行器1实现空间六自由度的输出运动。

本实施例中的实验平台可以实现大负载运转、高性能高精度运动输出，完成变结构参数的大范围工作空间的操作实验，同时可以方便地开展六自由度变参数柔索并联机构设计、运动演示、力学特性研究。

实施例2：

与实施例1所不同的是，对于具有五个自由度的柔索并联机构实验平台，柔索支柱设置为五组，其中有三个连接点均匀分布在上台面外圆周面上，与其在圆周位置上形成一一交错的另外两个连接点均匀分布在下台面外圆周面上，共计五个连接点在圆台体的下台面平面上的正投影是处在正五边形的五个顶点位置上。

实施例3：

与实施例1所不同的是：对于具有四个自由度的柔索并联机构实验平台，柔索支柱设置为四组，其中有两个连接点均匀分布在上台面外圆周面上，与其在圆周位置上形成一一交错的另外两个连接点均匀分布在下台面外圆周面上，共计四个连接点在圆台体的下台面平面上的正投影是处在正四边形的四个顶点位置上。

实施例4：

对于如图2所示的具有三个自由度的柔索并联机构实验平台，以及对于如图3所示的具有两个自由度的柔索并联机构实验平台，柔索支柱分别对应设置为三组和两组，末端执行器1上的各连接点均匀分布并共处在末端执行器1的上台面外圆周上。

这样实验平台可以实现大负载运转、高性能高精度运动输出，完成变结构参数的大范围工作空间的操作实验，同时可以方便地开展三自由度或两自由度的变参数柔索并联机构设计、运动演示、力学特性研究。

实施例5：

图1、图2和图3所示结构也可以作为一自由度柔索并联机构实验平台，是以其中各根柔索4的协同动作带动末端执行器1实现竖直方向一自由度的输出运动。

Claims (5)

1.一种模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是： 

呈水平设置圆环形导轨(8)，在所述圆环形导轨(8)上设置二至六组可沿圆环形导轨(8)移动、并可在竖向伸缩的柔索支柱，所述柔索支柱是在基座(9)上呈直立设置可伸缩的液压缸(3)，在所述液压缸(3)的顶端设置有定滑轮(2)，在所述基座(9)上固定设置有卷扬机(7)，柔索(4)的一端由卷扬机(7)卷放，另一端绕过所述定滑轮(2)并连接在末端执行器(1)的对应位置的连接点上，与所述柔索(4)一一对应连接的各连接点分处在末端执行器(1)的不同位置上；所述基座(9)是以滑块的形式与所述圆环形导轨(8)滑动配合，所述基座(9)可以在所述圆环形导轨(8)上按圆环形轨迹移动；以所述末端执行器(1)作为实现不同自由度的被控对象。 

2.根据权利要求1所述的模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是：所述基座(9)是由伺服电机(11)通过变速箱(12)带动驱动轮(13)在所述圆环形导轨(8)上移动。 

3.根据权利要求1所述的模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是：所述末端执行器(1)设置为圆台体，所述圆台体具有相互平行的上台面和下台面。

4.根据权利要求3所述的模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是：所述柔索支柱设置为两组或三组，对应设置在末端执行器(1)上的各连接点均匀分布并共处在所述末端执行器(1)的上台面外圆周上。 

5.根据权利要求3所述的模块化可重构柔索并联机构实验平台，其特征是：所述柔索支柱设置为四组至六组，对应设置在末端执行器(1)上的各连接点均匀分布并分处在末端执行器(1)的上台面外圆周面和下台面外圆周面上，所述分处在上台面外圆周面和下台面外圆周面的各连接点在圆周位置上形成一一等距交错。 

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