CN110817755A - 一种大范围立面作业索牵引平动运动平台及方法 - Google Patents

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杜敬利
廉荫虎
王飞杰
张瑞翔
李博韬
贾双
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Abstract

本发明属于机械领域，涉及一种大范围立面作业索牵引平动运动平台及方法，包括框架、运动平台、驱动电机、调节电机、两条平动驱动支链和两条下拉张紧支链，所述两条平动驱动支链将运动平台连接在驱动电机输出轴上，两条下拉张紧支链将运动平台张紧连接到调节电机的平面涡卷弹簧上，运动平台在平动驱动支链和下拉张紧支链的共同作用下在立面内实现平动运动。本发明利用柔索为力传递媒介，通过两组平行布置的驱动索，有效地抑制了平台的转动自由度，实现立面内的平动运动。下拉张紧支链中采用了平面涡卷弹簧来实现索的张紧，并且创新地加入了调节电机，使得平台的运动范围更大。

Description

一种大范围立面作业索牵引平动运动平台及方法
技术领域
本发明涉及机械领域，具体为一种大范围立面作业索牵引平动运动平台。可用于大楼外部墙面清洗等的大范围立面作业。
背景技术
实现竖直面内两自由度的平动运动，传统机构是利用X、Y两轴移动平台来实现，此种结构运动距离由滑轨长度来确定，因此长距离运动需要的较长的滑轨长度，这就导致了平台的重量成倍增加。
索牵引并联机构具有自重轻、操作简单、便于运输、成本低等优点，因此被广泛应用于平面运动平台中。如用于体育场上空进行拍摄的机构，此种索牵引并联机构即有平动运动又有转动运动。然而，在一些特殊情况下，我们只需要末端执行器只作平动运动，如进行建筑物外围清洗的平台，需要限制其转动自由度。已存在的实现平动运动的机构或用多个驱动电机，或使用配重来防转动，前者增加了成本和控制难度，后者则使工作空间更大，均存在问题。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供一种大范围立面作业索牵引平动运动平台及方法，为立面内的平动运动提供一种可行的方案。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，包括框架、运动平台、驱动电机、调节电机、两条平动驱动支链和两条下拉张紧支链，所述两条平动驱动支链将运动平台连接在驱动电机输出轴上，两条下拉张紧支链将运动平台张紧连接到调节电机的平面涡卷弹簧上，运动平台在平动驱动支链和下拉张紧支链的共同作用下在立面内实现平动运动。
进一步，所述平动驱动支链包括连接在运动平台上的两条驱动索，和连接在框架上的定滑轮组，还包括连接在驱动电机上的双槽转轮；两条驱动索其一端连接到运动平台上方，另一端分别跨过定滑轮组后固定在双槽转轮的两端。
进一步，所述定滑轮组包括两对上下交错分布固定于框架上的上定滑轮，两条驱动索分别跨过定滑轮组的两对上定滑轮以相同方向缠绕后固定在双槽转轮的两端。
进一步，所述两条驱动索固定连接到运动平台上方两个连接点A、B上，使得两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线平行且距离相等。
进一步，所述两条驱动索贯穿于两个连接点A、B之间，使得与两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线平行且距离相等。
进一步，所述下拉张紧支链包括分别设置在运动平台下方的两个连接点的两条张紧索，和连接在框架上的下定滑轮，还包括安装在框架上的调节电机、单槽转轮和平面涡卷弹簧；张紧索一端连接在运动平台下方对应的连接点上，另一端跨过下定滑轮缠绕后固定在单槽转轮上。
进一步，所述调节电机定子安装在框架上，调节电机连接单槽转轮，平面涡卷弹簧内端通过螺栓连接在调节电机转子上，外端与单槽转轮内壁连接。
进一步，运动过程中两条驱动索始终平行且长度相等，使得两条驱动索、两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线构成平行四边形，使得运动平台在立面内仅做平动运动；
两条下拉张紧支链的张紧索交叉连接在运动平台下端左右两角，使驱动支链中的所有索均处于张紧状态。
进一步，当运动平台需向上运动时，左右驱动电机共同工作，带动双槽转轮转动，驱动索收缩，同时张紧索不断伸长，单槽转轮转动，带动平面涡卷弹簧压缩储存弹性势能；
当平面涡卷弹簧压缩到极限时，调节电机带动平面涡卷弹簧转动，平面涡卷弹簧伸展，张紧索继续伸长，如此循环，使运动平台在立面内实现平动运动。
本发明利用柔索为力传递媒介，通过两组平行布置的驱动索，有效地抑制了平台的转动自由度，实现立面内的平动运动。下拉张紧支链中采用了平面涡卷弹簧来实现索的张紧，并且创新地加入了调节电机，使得平台的运动范围更大。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明整体结构示意图；
图2、图3和图4分别是本发明部分下拉张紧支链的主视图、左视图和轴测图；
图中：101、驱动电机；102、双槽转轮；103、驱动索；104、定滑轮组；2、运动平台；301、调节电机；302、平面涡卷弹簧；303、单槽转轮；304、下定滑轮；305、张紧索；4、框架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2、图3及图4所示，一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，包括框架4、运动平台2、驱动电机101、调节电机301、两条平动驱动支链和两条下拉张紧支链，其中，两条平动驱动支链将运动平台2连接在驱动电机101输出轴上，两条下拉张紧支链将运动平台2张紧连接到调节电机301的平面涡卷弹簧302上，运动平台2在平动驱动支链和下拉张紧支链的共同作用下在立面内实现平动运动。
其中，平动驱动支链包括连接在运动平台2上的两条驱动索103，和连接在框架4上的定滑轮组104，还包括连接在驱动电机101上的双槽转轮102。平动驱动支链中，定滑轮组104包括两对上下交错分布固定于框架4上的上定滑轮，两条驱动索103其一端分别连接到运动平台2的上端左右两角的两个连接点A、B上，连接点A、B上的驱动索103另一端分别跨过定滑轮组104的两对上定滑轮的两端，以相同方向缠绕后固定在双槽转轮102上，保证两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线平行且距离相等。两条驱动索103固定连接到运动平台2上方两个连接点A、B上，或者贯穿于两个连接点A、B之间，双槽转轮102固连在驱动电机101转子上，驱动电机101定子安装在框架4上。
下拉张紧支链包括连接在运动平台2上的张紧索305，和固定在框架4上的下定滑轮304，还包括安装在框架4上的调节电机301、单槽转轮303和平面涡卷弹簧302。
如图2、图3和图4所示，调节电机301定子安装在框架4上，调节电机301前端连接单槽转轮303，单槽转轮303中空，平面涡卷弹簧302处于单槽转轮空腔中，且平面涡卷弹簧302外端与空腔内壁某处固连；平面涡卷弹簧302内端中心与调节电机301转子通过螺栓连接，使调节电机可以带平面涡卷弹簧转动。
如图1所示，下拉张紧支链中，两条张紧索305一端分别连接在运动平台2下方左右两角对应的连接点上，另一端跨过下定滑轮304缠绕后固定在单槽转轮303上。
在运动过程中两条驱动索103始终平行且长度相等，使得两条驱动索103、两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线构成平行四边形，这种布置方法可以有效抑制平动运动过程中运动平台2的转动自由度，使得运动平台2在立面内仅做平动运动。两条下拉张紧支链的张紧索305交叉连接在运动平台2下端左右两角，使驱动支链中的所有索均处于张紧状态，防止柔索出现松弛引起刚度不足。在交叉处，索与索间在垂直工作面的方向上存在距离，防止运动干涉。
下面说明平动运动平台的工作过程：
以运动平台2由最底部中间位置向上直线运动为例，当运动平台2需向上运动时，左右驱动电机101共同工作，带动双槽转轮102以使驱动索103收缩的方向转动，驱动索103收缩，运动平台2向上运动。在此过程中，张紧索305不断伸长，单槽转轮303转动，带动平面涡卷弹簧302压缩储存弹性势能。当平面涡卷弹簧302压缩到极限时，调节电机301开始工作，调节电机301带动平面涡卷弹簧302释放储存的弹性势能，向使其伸展的方向转动，平面涡卷弹簧302伸展使得单槽转轮303再次获得压缩量，从而使张紧索305处于张紧状态，张紧索305继续伸长，如此循环使运动平台2的运动范围更大。
以上是方便本发明阐述所采用的实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，包括框架(4)、运动平台(2)、驱动电机(101)、调节电机(301)、两条平动驱动支链和两条下拉张紧支链，所述两条平动驱动支链将运动平台(2)连接在驱动电机(101)输出轴上，两条下拉张紧支链将运动平台(2)张紧连接到调节电机(301)的平面涡卷弹簧(302)上，运动平台(2)在平动驱动支链和下拉张紧支链的共同作用下在立面内实现平动运动。
2.根据权利要求1所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述平动驱动支链包括连接在运动平台(2)上的两条驱动索(103)，和连接在框架(4)上的定滑轮组(104)，还包括连接在驱动电机(101)上的双槽转轮(102)；两条驱动索(103)其一端连接到运动平台(2)上方，另一端分别跨过定滑轮组(104)后固定在双槽转轮(102)的两端。
3.根据权利要求2所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述定滑轮组(104)包括两对上下交错分布固定于框架(4)上的上定滑轮，两条驱动索(103)分别跨过定滑轮组(104)的两对上定滑轮以相同方向缠绕后固定在双槽转轮(102)的两端。
4.根据权利要求2所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述两条驱动索(103)固定连接到运动平台(2)上方两个连接点A、B上，使得两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线平行且距离相等。
5.根据权利要求2所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述两条驱动索(103)贯穿于两个连接点A、B之间，使得与两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线平行且距离相等。
6.根据权利要求1所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述下拉张紧支链包括分别设置在运动平台(2)下方的两个连接点的两条张紧索(305)，和连接在框架(4)上的下定滑轮(304)，还包括安装在框架(4)上的调节电机(301)、单槽转轮(303)和平面涡卷弹簧(302)；张紧索(305)一端连接在运动平台(2)下方对应的连接点上，另一端跨过下定滑轮(304)缠绕后固定在单槽转轮(303)上。
7.根据权利要求6所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，所述调节电机(301)定子安装在框架(4)上，调节电机(301)连接单槽转轮(303)，平面涡卷弹簧(302)内端通过螺栓连接在调节电机(301)转子上，外端与单槽转轮(303)内壁连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种大范围立面作业索牵引平动运动平台，其特征在于，运动过程中两条驱动索(103)始终平行且长度相等，使得两条驱动索(103)、两个上定滑轮固定后的连线与连接点A、B之间的连线构成平行四边形，使得运动平台(2)在立面内仅做平动运动；
两条下拉张紧支链的张紧索(305)交叉连接在运动平台(2)下端左右两角，使驱动支链中的所有索均处于张紧状态。
9.根据权利要求8所述平台的一种大范围立面作业索牵引平动运动方法，其特征在于，当运动平台(2)需向上运动时，左右驱动电机(101)共同工作，带动双槽转轮(102)转动，驱动索(103)收缩，同时张紧索(305)不断伸长，单槽转轮(303)转动，带动平面涡卷弹簧(302)压缩储存弹性势能；
当平面涡卷弹簧(302)压缩到极限时，调节电机(301)带动平面涡卷弹簧(302)转动，平面涡卷弹簧(302)伸展，张紧索(305)继续伸长，如此循环，使运动平台(2)在立面内实现平动运动。
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