CN113681311A - 一种可伸展的并联机构及其应用 - Google Patents

一种可伸展的并联机构及其应用 Download PDF

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Abstract

本申请属于航空航天技术领域，特别是涉及一种可伸展的并联机构及其应用。现有的加工装备无法完成大型贮箱球冠面加工，目前大型贮箱球冠面加工主要采用人工手动修整的方式进行，不仅周期长、生产效率低，而且精度差，不能保证加工的技术要求。本申请提供了一种可伸展的并联机构，包括基座，所述基座与可伸展支链一端连接，所述可伸展支链另一端与动平台连接，所述可伸展支链与驱动电机组件连接；所述可伸展支链包括支链驱动组件，所述支链驱动组件与连接杆一端连接，所述连接杆与支撑杆一端连接，所述支撑杆另一端与所述基座连接，所述支链驱动组件与所述基座连接，所述连接杆另一端与所述动平台连接。具有大行程、大伸展、高刚度。

Description

一种可伸展的并联机构及其应用
技术领域
本申请属于航空航天技术领域，特别是涉及一种可伸展的并联机构及其应用。
背景技术
航空航天领域大型贮箱复杂球冠面的加工，由于贮箱结构尺寸非常大，且整体加工呈卧式布局，故要求加工装备具有超大的伸展空间。大型贮箱工件水平放置时，工件球冠面尺寸超大，且加工方向沿着工件轴线方向，所以需要加工装备沿着工件轴线方向要有大的伸展距离，同时能满足刚度要求，避免伸展过长导致结构发生变形。传统五轴联动数控机床，能够加工复杂曲面零件，但由于贮箱工件尺寸巨大，无法达到加工范围。工业机械臂与传统五轴联动数控机床均属于串联机构，具有灵活性好的优点，但难以达到高刚度、大伸展的理想效果。虚拟轴可伸展的并联机构具有结构刚度高、响应速度快、多功能灵活性强等特点，但其工作空间有限，无法满足加工需求。
而现有的加工装备无法完成大型贮箱球冠面加工，目前大型贮箱球冠面加工主要采用人工手动修整的方式进行，不仅周期长、生产效率低，而且精度差，不能保证加工的技术要求。
发明内容
1.要解决的技术问题
基于现有的加工装备因工作空间有限，难以实现高刚度、大伸展，所以无法完成完成大型贮箱球冠面加工，目前大型贮箱球冠面加工主要采用人工手动修整的方式进行，不仅周期长、生产效率低，而且精度差，不能保证加工的技术要求的问题，本申请提供了一种可伸展的并联机构及其应用。
2.技术方案
为了达到上述的目的，本申请提供了一种可伸展的并联机构，包括基座，所述基座与可伸展支链一端连接，所述可伸展支链另一端与动平台连接，所述可伸展支链与驱动电机组件连接；所述可伸展支链包括支链驱动组件，所述支链驱动组件与连接杆一端连接，所述连接杆与支撑杆一端连接，所述支撑杆另一端与所述基座连接，所述支链驱动组件与所述基座连接，所述连接杆另一端与所述动平台连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述连接杆一端通过第一销轴与所述支链驱动组件连接，所述连接杆另一端通过第二销轴与所述动平台连接，所述连接杆通过第三销轴与所述支撑杆连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述支链驱动组件包括丝杠基座，所述丝杠基座上设置有丝杠，所述丝杠上设置有丝杠滑块，所述丝杠穿过所述丝杠滑块，所述丝杠一端设置有小锥齿轮，所述小锥齿轮与所述驱动电机组件相配合。
本申请提供的另一种实施方式为：所述丝杠基座上设置有第一滚动轴承和第二滚动轴承，所述丝杠一端通过所述第一滚动轴承与所述丝杠基座一端活动连接，所述丝杠另一端通过所述第二滚动轴承与所述丝杠基座另一端活动连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述连接杆一端与所述丝杠滑块连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述驱动电机组件包括驱动电机，所述驱动电机、第一联轴器、第二联轴器与中心大锥齿轮依次同轴连接，所述驱动电机设置于所述基座上，所述中心大锥齿轮与所述小锥齿轮相配合。
本申请提供的另一种实施方式为：所述可伸展支链为5条，所述支链驱动组件为5条，5条所述支链驱动组件呈轴对称正五边形均匀分布。
本申请提供的另一种实施方式为：所述可伸展的并联机构呈对称五边形。
本申请提供的另一种实施方式为：所述支撑杆随着所述连接杆不断地改变结构倾角，提供支撑作用。
本申请还提供一种可伸展的并联机构的应用，将所述的可伸展的并联机构应用于大型贮箱球冠面加工，并作为其他加工机构的伸展基础。
3.有益效果
与现有技术相比，本申请提供的一种可伸展的并联机构及其应用的有益效果在于：
本申请提供的可伸展的并联机构，属于并联可伸展机构领域，具体涉及一种能够为航空航天领域大型贮箱复杂球冠面加工机构提供大范围伸展的新型具有大伸展特性的单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构；适用于大范围悬臂伸展，并为其它结构提供伸展基础。
本申请提供的可伸展的并联机构，针对大型贮箱球冠面加工机构工作空间的构型装备，使其具有大行程、大伸展、高刚度的特点，进一步解决大型贮箱两端复杂球冠面加工机构的工作空间难题，满足大型贮箱表面加工的实际需求，为航空航天领域大型贮箱两端复杂球冠面加工机构的工作空间提供较好的解决方案。
本申请提供的可伸展的并联机构，具有单方向的一维移动能力，能够满足大型贮箱球冠面加工机构的工作空间需求；单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构由一个电机带动中心大锥齿轮转动来驱动五个丝杠滑块，进而带动可伸展支链运动，使得Z方向具有较大的行程，能够提供大范围的伸展需求；同时，每一条可伸展支链中的支撑杆能够随着连接杆不断地改变结构倾角，提供支撑作用，且整体有五条支链，使得机构具有大刚度特性，可以满足不同的伸展刚度需求。
本申请提供的可伸展的并联机构，为单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构，可以实现单一方向的伸展以及压缩，并具有大刚度特性，能够为其它结构提供可靠的伸展基础。
本申请提供的可伸展的并联机构，可伸展空间大，机构Z向运动由每一条可伸展支链提供，具有较大的Z向行程，能实现大的伸展空间。
本申请提供的可伸展的并联机构，减少空间占用，可伸展支链具有大的压缩比，既能伸展很大，又能压缩到很小，不使用时可以压缩节省Z向空间。
本申请提供的可伸展的并联机构，可为其它机构提供伸展基础，单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构具有大的伸展能力，能够满足其它加工机构的伸展空间的需求。
附图说明
图1是本申请的可伸展的并联机构的结构示意图；
图2是本申请的可伸展机构支链的结构示意图；
图3是本申请的支链驱动组件的结构示意图；
图4是本申请的连接杆的结构示意图；
图5是本申请的支撑杆的结构示意图；
图6是本申请的驱动电机组件的结构示意图；
图中：1-基座，2-动平台，3-可伸展支链，4-基座安装底板，5-驱动电机组件，31-支链驱动组件，32-连接杆，33-第一销轴，34-第二销轴，35-支撑杆，36-第三销轴，311-丝杠基座，312-丝杠，313-丝杠滑块，314-第一滚动轴承，315-小锥齿轮，316-基座导轨，321-第一转动副，322-第二转动副，51-驱动电机，52-第一联轴器，53-中心大锥齿轮，54-第二联轴器。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
参见图1～6，本申请提供一种可伸展的并联机构，包括基座1，所述基座1与可伸展支链3一端连接，所述可伸展支链3另一端与动平台2连接，所述可伸展支链3与驱动电机组件5连接；所述可伸展支链3包括支链驱动组件31，所述支链驱动组件31与连接杆32一端连接，所述连接杆32与支撑杆35连接，所述支撑杆35与所述基座1连接，所述支链驱动组件31与所述基座1连接，所述连接杆32另一端与所述动平台2连接。
具体的，一种具有大伸展特性的单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构，包括基座1、五条结构相同的可伸展支链3、动平台2、基座安装底板4以及驱动电机组件5，基座安装底板4为基座1的一部分；五条结构相同的可伸展支链3一端与基座1连接，另一端与动平台2连接，驱动电机组件5安装于基座安装底板4的中心，与小锥齿轮315进行传动，带动丝杠312旋转，驱动丝杠滑块313移动。
五条结构相同的可伸展支链3呈五边形均匀分布，均包含了PRR连接杆、RR支撑杆、支链驱动组件31。支链驱动组件31包括丝杠基座311、丝杠312、丝杠滑块313、滚动轴承314、小锥齿轮315、基座导轨316，小锥齿轮315位于丝杠312的一端，丝杠312与丝杠滑块313相匹配，丝杠滑块313与基座导轨316相匹配，滚动轴承安装于基座导轨316两端，用于支撑丝杠312，滚动轴承314与丝杠滑块313平行设置，基座导轨316上设有与丝杠312相配合中的圆孔，丝杠312能绕基座导轨316中的圆孔轴线转动，支链驱动装置31的一端通过小锥齿轮315与驱动电机装置5相配合，基座导轨316与基座安装底板4相连接，五个支链驱动装置31的小锥齿轮315与驱动电机装置5的中心大锥齿轮53均匀配合，五个支链驱动装置31呈轴对称正五边形均匀分布。
基座导轨与基座安装底板相连接；五个结构相同的PRR连接杆32，如图4所示，包括第一移动副的丝杠滑块313，第一转动副R、PRR连接杆即连接杆32、第二转动副R，丝杠312与第一移动副的丝杠滑块313相匹配，PRR连接杆通过第一转动副R与第一移动副的丝杠滑块313相连接，通过第二转动副R与动平台2相连接；第一转动副R和第二转动副R的轴线互相平行。
五条结构相同的RR支撑杆即支撑杆35，如图5所示，包括第一转动副R、RR支撑杆、第二转动副R，RR支撑杆通过第一转动副R与PRR连接杆相连接，通过第二转动副R与基座1相连接；第一转动副R和第二转动副R的轴线互相平行，整个单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构结构布局呈对称五边形。
适用于大范围悬臂伸展，并为其它结构提供伸展基础。五条结构相同的可伸展支链3一端与基座1连接，另一端与动平台2连接，驱动电机51安装于基座安装底板4的中心，与支链驱动组件31进行传动。该单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构部分具有沿某一方向的移动能力，能够满足大型球冠面加工机构末端的空间伸展需求；单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构由一个电机带动中心大锥齿轮53转动来驱动五个丝杠滑块312，进而带动五条可伸展支链3运动，使得Z方向具有较大的行程，能够提供大范围的伸展需求；同时，每一条可伸展支链3中的支撑杆35能够随着连接杆不断地改变结构倾角，提供支撑作用，且整体有五条支链，使得机构具有大刚度特性，能够满足不同的伸展刚度需求。该单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构可以实现单一方向的伸展以及压缩，并具有大刚度特性，能够为其它结构提供可靠的伸展基础。
进一步地，所述连接杆32一端通过第一销轴33与所述支链驱动组件31连接，所述连接杆32另一端通过第二销轴34与所述动平台2连接，所述连接杆32通过第三销轴36与所述支撑杆35连接。
进一步地，所述支链驱动组件31包括丝杠基座311，所述丝杠基座311上设置有丝杠312，所述丝杠312上设置有丝杠滑块313，所述丝杠312穿过所述丝杠滑块313，所述丝杠312一端设置有小锥齿轮315，所述小锥齿轮315与所述驱动电机组件5相配合。
进一步地，所述丝杠基座311上设置有第一滚动轴承314和第二滚动轴承，所述丝杠312一端通过所述第一滚动轴承314与所述丝杠基座311一端活动连接，所述丝杠312另一端通过所述第二滚动轴承与所述丝杠基座311另一端活动连接。
丝杠基座311上设有与第一移动副丝杠滑块313相匹配的滑动轨道，丝杠滑动导杆设置在滑动轨道上。
五个支链驱动组件31的小锥齿轮315与中心大齿轮均匀配合，五个支链驱动组件31呈轴对称均匀分布，五条结构相同的可伸展支链呈正五边形配置，PRR连接杆分支的移动副P(第一移动副滑块与丝杠滑动导杆配合形成移动副P)是主动的，第一转动副R和第二转动副R的轴线互相平行。
进一步地，所述驱动电机组件5包括驱动电机51，所述驱动电机51、第一联轴器52、第二联轴器54与中心大锥齿轮53依次同轴连接，所述驱动电机51设置于所述基座1上，所述中心大锥齿轮53与所述小锥齿轮315相配合。
中心大锥齿轮53轴与驱动电机51轴相配合，通过联轴器相连接，驱动电机51固定在基座安装底板4上，与中心大锥齿轮53进行传动。
驱动电机组件5，如图6所示，包括驱动电机51、第一联轴器52、中心大锥齿轮53、第二联轴器54，驱动电机51与第一联轴器52相连接，第一联轴器52和第二联轴器54相连接，第二联轴器54和中心大锥齿轮53相连接。驱动电机51固定在基座安装底板4上，并与中心大锥齿轮53进行传动，驱动电机51、第一联轴器52、中心大锥齿轮53、第二联轴器54均同轴线。
一种具有大伸展特性的单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构，一方面，单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构中的驱动电机51可带动中心大锥齿轮53转动，同时能传动到小锥齿轮315，并带动丝杠312转动，使与丝杠312相配合的丝杠滑块313能沿丝杠312轴线平移，并带动可伸展机构支链3往复伸展收缩，使动平台2能沿竖直方向大行程的往复移动，具有空间一维移动的单自由度；另一方面，五条结构相同的RR支撑杆两端通过第一转动副R与PRR连接杆相连接，第二转动副R与基座1相连接，使RR支撑杆能随着PRR连接杆不断地改变结构倾角，提供支撑作用，以满足不同的伸展刚度需求。整体单驱动5-PRR-RR可伸展的并联机构可为其它机构提供伸展基础，具有大的伸展能力，能够满足其它加工机构的伸展空间的需求。
本申请具有伸展空间大、刚度高、空间占用少、可为其它机构提供伸展基础等优点，能够实现单方向的一维移动，可用于大型贮箱球冠面加工机构的伸展基础。
尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种可伸展的并联机构，其特征在于：包括基座，所述基座与可伸展支链一端连接，所述可伸展支链另一端与动平台连接，所述可伸展支链与驱动电机组件连接；
所述可伸展支链包括支链驱动组件，所述支链驱动组件与连接杆一端连接，所述连接杆与支撑杆一端连接，所述支撑杆另一端与所述基座连接，所述支链驱动组件与所述基座连接，所述连接杆另一端与所述动平台连接。
2.如权利要求1所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述连接杆一端通过第一销轴与所述支链驱动组件连接，所述连接杆另一端通过第二销轴与所述动平台连接，所述连接杆通过第三销轴与所述支撑杆连接。
3.如权利要求1所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述支链驱动组件包括丝杠基座，所述丝杠基座上设置有丝杠，所述丝杠上设置有丝杠滑块，所述丝杠穿过所述丝杠滑块，所述丝杠一端设置有小锥齿轮，所述小锥齿轮与所述驱动电机组件相配合。
4.如权利要求3所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述丝杠基座上设置有第一滚动轴承和第二滚动轴承，所述丝杠一端通过所述第一滚动轴承与所述丝杠基座一端活动连接，所述丝杠另一端通过所述第二滚动轴承与所述丝杠基座另一端活动连接。
5.如权利要求3所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述连接杆一端与所述丝杠滑块连接。
6.如权利要求3所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述驱动电机组件包括驱动电机，所述驱动电机、第一联轴器、第二联轴器与中心大锥齿轮依次同轴连接，所述驱动电机设置于所述基座上，所述中心大锥齿轮与所述小锥齿轮相配合。
7.如权利要求1～6中任一项所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述可伸展支链为5条，所述支链驱动组件为5条，5条所述支链驱动组件呈轴对称正五边形均匀分布。
8.如权利要求7所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述可伸展的并联机构呈对称五边形。
9.如权利要求7所述的可伸展的并联机构，其特征在于：所述支撑杆随着所述连接杆不断地改变结构倾角，提供支撑作用。
10.一种可伸展的并联机构的应用，其特征在于：将权利要求1～9中任一项所述的可伸展的并联机构应用于大型贮箱球冠面加工机构的伸展基础。
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