CN201281657Y - 一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。其技术方案是：将摆动连杆的下半段[5]的一端铰接在机座[6]的一端，摆动连杆的下半段[5]的另一端固定安装有直线伺服电机[4]，直线伺服电机[4]的磁芯两端固定安装在摆动连杆的上半段[3]的一端，摆动连杆的上半段[3]的另一端与可调长连杆[2]的一端铰接，可调长连杆[2]的另一端与曲柄[1]的一端铰接，曲柄[1]的另一端固定安装在交流伺服电机[7]的输出轴上，交流伺服电机[7]固定安装在机座[6]的另一端。直线伺服电机[4]和交流伺服电机[7]通过控制电路与计算机内的运动控制卡连接；可调长连杆[2]和曲柄[1]的长度均能调节。本实用新型能精确的为任意给定运动提供实验依据并能验证机构学理论。

Description

一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台

技术领域

本实用新型属于一种受控平面五杆机构试验台，具体涉及一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。

背景技术

连杆机构最基本的功能就是要实现给定运动。由于他们能实现各种各样的给定运动，长期以来被广泛应用于农业、纺织、冶金等行业，不足之处是难以精确实现任意给定运动。在国际上主要从机构的结构和对机构的控制两个方面着手来解决精确实现给定运动的。而这些研究也仅仅停留在理论研究和计算机仿真的阶段，开展实验研究以及实验到目前为止还是一个空白。

受控机构学是是随着现代工业对高精度、高柔性的现代机械的要求应运而生的、将现代计算机技术、控制技术、传感器技术等先进科学技术与古老的机构学相结合的一门新兴的学科，从上世纪九十年代初提出这一机构学的新概念起，在短短的十多年时间里，它已有了长足的发展。但是，大多数的文献都是从理论上对其进行了探讨，因此，从试验方面对其进行研究迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是在四杆机构的基础上，提供一种能为任意给定运动提供实验依据、能精确地实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。通过该试验台验证机构学理论上的结论，同时通过试验推进机构学理论的发展，为以后的工业应用奠定试验基础。

为完成上述目的，本实用新型采用的技术方案是：将摆动连杆的下半段的一端铰接在机座的一端，摆动连杆的下半段的另一端固定安装有直线伺服电机，直线伺服电机的磁芯两端固定安装在摆动连杆的上半段的一端，摆动连杆的上半段的另一端与可调长连杆的一端铰接，可调长连杆的另一端与曲柄的一端铰接，曲柄的另一端固定安装在交流伺服电机的输出轴上，交流伺服电机固定安装在机座的另一端。直线伺服电机和交流伺服电机通过控制电路与计算机内的运动控制卡连接；可调长连杆和曲柄的长度均能调节。

其中：可调长连杆和曲柄是由两个杆件通过2～8个螺栓联接而成，两个杆件的联接处均设有相同的一个长矩形调节孔或相同的2～8个短矩形调节孔，螺栓通过长矩形调节孔或短矩形调节孔联接两个杆件；铰接的转动副采用滚动轴承。

由于采用上述技术方案，本实用新型用最优综合的方法综合出一个初始四杆机构，该四杆机构能在尽可能多的点位上最优近似逼近给定运动；在初始四杆机构的基础上引进受控原动件(直线伺服电机)作为第五杆，并按给定运动计算结果，控制受控原动件(直线伺服电机)的补偿运动，从而精确实现任意给定运动。

本试验台为一个两自由度机构。在实际运动中，一方面让曲柄做匀速转动，另一方面在直线伺服电机随摆动连杆摆动的同时，通过控制直线伺服电机的直线运动使摆动连杆的上半段和摆动连杆的下半段产生相对运动，从而改变了摆动连杆的长度，完成补偿运动，使机构能精确地实现任意给定的运动。

该实验台是以理论综合出的受控五杆机构为原型而建立的，从而为理论研究提供实验依据。该实验台各杆件的尺寸在一定范围内可调，当通过直线伺服电机实现的补偿运动一定时，改变机构杆件的尺寸，输出不同的轨迹；当机构的尺寸一定时，通过给定不同的补偿运动，亦能输出不同的轨迹；当补偿运动为常数时，还能输出不同的四杆机构轨迹，从而实现了一类机构的多种输出。

本实用新型采用与传统连杆机构不同的方式。如对五杆机构的驱动方式没有采用传统的交流电机+减速机的驱动方式，而是采用了交流伺服电机直接驱动五杆机构的驱动方式，减小了传动链的误差影响，提高了试验台的精度。连杆长度的可调，使得这种五杆机构试验台增大了试验的灵活性；采用运动控制卡控制受控原动件(直线伺服电机)的运动，并采用经济合理的半闭环伺服系统，精确地实现了运动补偿。在转动副的设计中，将通常采用的销钉改为滚动轴承，大大减小了摩擦。

本实用新型通过试验台来验证理论上的结论，同时也通过试验来推进理论的发展，为以后的工业应用奠定试验基础。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是图1中曲柄1和可调长连杆2的一种结构示意图；

图3是图1中曲柄1和可调长连杆2的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述，并非对保护范围的限制。

一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。其结构如图1所示：将摆动连杆的下半段5的一端铰接在机座6的一端，摆动连杆的下半段5的另一端固定安装有直线伺服电机4，直线伺服电机4的磁芯两端固定安装在摆动连杆的上半段3的一端，摆动连杆的上半段3的另一端与可调长连杆2的一端铰接，可调长连杆2的另一端与曲柄1的一端铰接，曲柄1的另一端固定安装在交流伺服电机7的输出轴上，交流伺服电机7固定安装在机座6的另一端。直线伺服电机4和交流伺服电机7通过控制电路与计算机内的Turbo PMAC运动控制卡连接；可调长连杆2和曲柄1的长度均能调节。

其中：可调长连杆2和曲柄1是由两个杆件通过2～8个螺栓8联接而成，两个杆件的联接处如图3所示，均设有相同的一个长矩形调节孔10，或如图2所示，均设有相同的2～8个短矩形调节孔9，螺栓8通过长矩形调节孔10或短矩形调节孔9联接两个杆件；铰接的转动副采用滚动轴承。

本实施例用最优综合的方法综合出一个初始四杆机构，该四杆机构能在尽可能多的点位上最优近似逼近给定运动；在初始四杆机构的基础上引进受控原动件(直线伺服电机4)，并按给定运动计算受控原动件(直线伺服电机4)的补偿运动，从而精确实现任意给定运动。

本试验台为一个两自由度机构。在实际运动中，一方面让曲柄1做匀速转动，另一方面在直线伺服电机4随摆动连杆3、5摆动的同时，通过控制直线伺服电机4的直线运动使摆动连杆的上半段3和摆动连杆的下半段5产生相对运动，改变了摆动连杆3、5的长度，完成补偿运动，从而使机构能精确地实现任意给定的运动。

该实验台是以理论综合出的受控五杆机构为原型而建立的，从而为理论研究提供实验依据。该实验台杆件1、2的尺寸在一定范围内可调，当通过直线伺服电机4实现的补偿运动一定时，改变机构杆件1、2的尺寸，输出不同的轨迹；当机构的尺寸一定时，通过给定不同的补偿运动，亦能输出不同的轨迹；当补偿运动为常数时，还能输出不同的四杆机构轨迹，从而实现了一类机构的多种输出。

本试验台采用了与传统连杆机构不同的方式。如对五杆机构的驱动方式没有采用传统的交流电机+减速机的驱动方式，而是采用了交流伺服电机7直接驱动五杆机构的驱动方式，减小了传动链的误差影响，提高了试验台的精度。连杆长度的可调，使得这种五杆机构试验台增大了试验的灵活性；采用Turbo PMAC控制卡控制受控原动件(直线伺服电机4)的运动，并采用经济合理的半闭环伺服系统，精确地实现了运动补偿。在转动副的设计中，将通常采用的销钉改为滚动轴承，大大减小了摩擦。

本具体实施方式通过试验台验证机构学理论上的结论，同时也通过试验推进机构学理论的发展，为以后的工业应用奠定试验基础。

Claims (3)

1、一种能实现任意轨迹的受控平面五杆机构试验台，其特征在于将摆动连杆的下半段[5]的一端铰接在机座[6]的一端，摆动连杆的下半段[5]的另一端固定安装有直线伺服电机[4]，直线伺服电机[4]的磁芯两端固定安装在摆动连杆的上半段[3]的一端，摆动连杆的上半段[3]的另一端与可调长连杆[2]的一端铰接，可调长连杆[2]的另一端与曲柄[1]的一端铰接，曲柄[1]的另一端固定安装在交流伺服电机[7]的输出轴上，交流伺服电机[7]固定安装在机座[6]的另一端；直线伺服电机[4]和交流伺服电机[7]通过控制电路与计算机内的运动控制卡连接，可调长连杆[2]和曲柄[1]的长度均能调节。

2、根据权利要求1所述的能实现任意轨迹的受控平面五杆机构试验台，其特征在于所述的可调长连杆[2]和曲柄[1]是由两个杆件通过2～8个螺栓[8]联接而成，两个杆件的联接处均设有相同的一个长矩形调节孔[10]或相同的2～8个短矩形调节孔[9]，螺栓[8]通过长矩形调节孔[10]或短矩形调节孔[9]联接两个杆件。

3、根据权利要求1所述的能实现任意轨迹的受控平面五杆机构试验台，其特征在于所述的铰接的转动副采用滚动轴承。

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