CN112223254B - 一种并联被动柔顺装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联被动柔顺装置，包括上平台、下平台、周边分支、中间分支，所述周边分支由周边弹簧与弹簧固定组件组成，所述中间分支可包括圆柱副组件、胡克铰链组件，也可包括移动副组件、球副组件组成，所述圆柱副组件或移动副组件内装有中间弹簧，所述中间弹簧刚度较大，所述下平台作为动平台，其上端周边与中间分别连接周边分支与中间分支。本发明用于补偿定位误差，其下平台具六自由度，由于中间弹簧刚度较大其移动较为缓慢，容易适应柔顺装配环境，提高定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联被动柔顺装置。
背景技术
现有技术中存在的柔顺机构或者柔顺装置，多结构复杂，可实现的自由度不高。柔顺机构最好具有六自由度，不仅能够补偿定位误差，而且可以提供一定的空间缓冲力，另外，多自由度可适应更多的误差情况。公开号为CN1951645的中国专利中介绍了一种用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构，其具有调整范围大、高柔性的特点，但其结构较为复杂，生产制造上较为困难，经济成本高。公开号为CN105835084A的中国专利介绍了一种刚度可调的多维被动柔顺装置，其用粘度可调的液体实现刚度可调，其它多个维度上安装弹簧，实现多个自由度的要求，但显然其结构仍较为复杂，制造成本高。公开号为CN106695757A的中国专利介绍了一种空间三自由度并联柔顺操作装置，其并联机构的中间和周边均设有分支，但周边分支结构复杂，且整体仅具有三自由度，难以解决复杂的空间问题。公告号为CN206633003U的中国专利介绍了一种用于轴孔装配的被动柔顺装置，其由三组弹簧连接上下平面组成，每组弹簧由两个弹簧组成，由RCC改装而成，功能较多，可调节柔顺中心的位置、弯曲刚度等，但对于较简单的装配场合，不需要调节柔顺中心的位置、弯曲刚度，不需要改变柔顺中心等功能，故过多的功能反而使得结构复杂化。
1979年，D.E.Whitney提出并研制了RCC，即“远中心柔顺手腕”，并指出RCC最重要的特征是：在其下端空间存在柔顺中心点，在该点上作用侧向力，它只沿力的方向产生侧移，而无伴随的角位移，而作用在柔顺中心的力矩，只会产生绕柔顺中心沿力矩方向的角位移，而无伴随的侧向位移。RCC实质上是一个六自由度的弹簧机构系统，通过调整各弹簧的弹性和角度以得到不同大小的柔性。本发明在RCC的基础上进行改进，特别加入了中间分支的设计，使得柔顺机构的移动能力减弱，而不改变其转动能力。
发明内容
发明目的：本发明要解决的技术问题是设计一种并联被动柔顺装置，其要求结构简单，且可实现六自由度运动。
技术方案：为实现上述目的，本发明可采用以下技术方案。
一种并联被动柔顺装置，包括上平台、下平台、连接于上平台与下平台之间的若干周边分支，还包括连接上平台与下平台之间的中间分支，所述若干周边分支围绕中间分支设置；每个周边分支包括连接于上平台下表面的上弹簧固定部、连接于下平台上表面的下弹簧固定部、连接上弹簧固定部与下弹簧固定部的周边弹簧；所述中间分支包括连接于上平台下表面的上固定器、连接于下平台上表面的下固定器、连接上固定器与下固定器的中间弹簧。
进一步的，所述中间分支还包括收容中间弹簧的管体，所述上固定器包括向下插入管体内部的轴并与管体形成移动副；所述下固定器包括连接于管体下方的球铰。
或者，所述中间分支还包括收容中间弹簧的管体，所述上固定器包括向下插入管体内部的下轴、固定于上平台下表面的下轴、连接上轴与下轴的轴套，且上轴、下轴与轴套形成圆柱副；所述下固定器包括连接于管体下方的胡克铰链。
进一步的，周边分支共三条，均匀分布在上下平台的周边，即接在平台的各个角端，所述中间分支接于上下平台的几何中心，且各个分支在初始状态均处于垂直状态。
进一步的，上平台与所述下平台均为等边三角形状，且上平台与下平台形状相同并上下结构对称。
本发明的有益效果是：
使用并联机构的形式，其结构简单，并可实现六自由度的要求；加入中间分支的特殊设计，实现在不影响转动的情况下，对上、下平台的移动均产生阻碍作用，使得移动速度变缓，而不影响各类转动；中间弹簧采用刚度大的弹簧，可拉伸可回缩；利用周边弹簧可压、可拉、可扭转的特点，并联机构的周边分支直接采用一个弹簧连接上下平台，使得分支结构简单，制造方便，经济效益高。
附图说明
图1为本发明并联被动柔顺装置实施例一的结构示意图。
图2为本发明并联被动柔顺装置实施例二的结构示意图。
图3为本发明并联被动柔顺装置六自由度运动图组。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例一
请结合图1所示，为本发明提供的并联被动柔顺装置的一种实施例。该并联被动柔顺装置包括上平台300、下平台100、连接于上平台300与下平台100之间的若干周边分支、连接上平台与下平台之间的中间分支，所述若干周边分支围绕中间分支设置。其中下平台100作为动平台。在本实施例中，上平台300与所述下平台100均为等边三角形状。上平台300与下平台100形状相同并上下结构对称。周边分支共三条，均匀分布在上下平台的周边，即接在平台的各个角端，所述中间分支接于上下平台的几何中心，且各个分支在初始状态均处于垂直状态。每个周边分支包括连接于上平台下表面的上弹簧固定部、连接于下平台上表面的下弹簧固定部201、连接上弹簧固定部与下弹簧固定部的周边弹簧202。所述中间分支包括连接于上平台下表面的上固定器401、连接于下平台上表面的下固定器403、连接上固定器401与下固定器403的中间弹簧402。在本实施例中，中间分支包括收容中间弹簧402的管体。所述上固定器401包括向下插入管体内部的轴并与管体形成移动副。所述下固定器403包括连接于管体下方的球铰。
实施例二
请结合图2所示，为本发明提供的并联被动柔顺装置的一种实施例。该并联被动柔顺装置包括上平台300、下平台100、连接于上平台300与下平台100之间的若干周边分支、连接上平台与下平台之间的中间分支，所述若干周边分支围绕中间分支设置。在本实施例中，上平台300与所述下平台100均为等边三角形状。上平台300与下平台100形状相同并上下结构对称。周边分支共三条，均匀分布在上下平台的周边，即接在平台的各个角端，所述中间分支接于上下平台的几何中心，且各个分支在初始状态均处于垂直状态。每个周边分支包括连接于上平台下表面的上弹簧固定部、连接于下平台上表面的下弹簧固定部201、连接上弹簧固定部与下弹簧固定部的周边弹簧202。所述中间分支包括连接于上平台下表面的上固定器404、连接于下平台上表面的下固定器405、连接上固定器404与下固定器405的中间弹簧402。在本实施例中，中间分支还包括收容中间弹簧402的管体。所述上固定器404包括向下插入管体内部的下轴、固定于上平台下表面的下轴、连接上轴与下轴的轴套，且上轴、下轴与轴套形成圆柱副。所述下固定器405包括连接于管体下方的胡克铰链。
除实施例一、二中的平台结构之外，上下平台的形状还可以采用其他正多边形，如正方形，正五边形、正六边形等，并采用对称布置，使其柔顺中心的定位较为方便，而周边分支的数目即为正多边形的边数。
关于实施例一、二中的三分支并联被动柔顺装置的基本运动形式相同，均如图3所示，可见各个运动情况中，各分支弹簧均可做出对应的变形，故可知各自由度的运动均可实现。一般情况下，动平台的运动为几种基本运动的复合运动。从运动模型中也可知中间分支的工作原理，对于转动，上下平台的中心点连线长度不变，故弹簧不起作用，而对于移动，可知三种移动均会导致上下平台的中心点连线长度变化，而中间弹簧的刚度较大，故对各类移动均产生阻碍作用，使得移动速度变缓，而不影响各类转动。
本实施例一、二中提供的并联被动柔顺装置可以应用于钥匙与钥匙孔装配中，也可用于轴孔装配中。同时，对于各类装配，如方槽装配、齿轮装配等，均可用类似的柔顺机构进行误差的补偿，以提高装配的精度。该柔顺装置增设中间分支的思想较为新颖，且结构简单，成效好，整体布局简洁，制造方便，经济成本低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种并联被动柔顺装置，包括上平台、下平台、连接于上平台与下平台之间的若干周边分支，其特征在于：还包括连接上平台与下平台之间的中间分支，所述若干周边分支围绕中间分支设置；
每个周边分支包括连接于上平台下表面的上弹簧固定部、连接于下平台上表面的下弹簧固定部、连接上弹簧固定部与下弹簧固定部的周边弹簧；
所述中间分支包括连接于上平台下表面的上固定器、连接于下平台上表面的下固定器、连接上固定器与下固定器的中间弹簧；
所述中间分支还包括收容中间弹簧的管体，所述上固定器包括向下插入管体内部的轴并与管体形成移动副；所述下固定器包括连接于管体下方的球铰；
周边分支共三条，均匀分布在上下平台的周边，即接在平台的各个角端，所述中间分支接于上下平台的几何中心，且各个分支在初始状态均处于垂直状态。
2.根据权利要求1所述的并联被动柔顺装置，其特征在于：所述中间分支还包括收容中间弹簧的管体，所述上固定器包括向下插入管体内部的下轴、固定于上平台下表面的下轴、连接上轴与下轴的轴套，且上轴、下轴与轴套形成圆柱副；所述下固定器包括连接于管体下方的胡克铰链。
3.根据权利要求1或2所述的并联被动柔顺装置，其特征在于：上平台与所述下平台均为等边三角形状，且上平台与下平台形状相同并上下结构对称。
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