CN203972296U - 基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，其包括筛框、驱动支链、从动支链、冗余驱动支链、定平台、动平台。该并联机构的3条驱动支链分别以球副、虎克铰与动、定平台相连，移动副为驱动副。中间恰约束从动支链与定平台固定，与动平台以球副相连。另一条支链在初始状态下与动平台共面，一端与机架联接，另一端与动平台联接；筛框通过三条连杆与动平台固接。本实用新型绕筛面径向的两个转动自由度可将茶叶抛离筛面，实现分层，同时，绕筛面法向的转动自由度具有分散及透筛的功能。实际应用中，将三个自由度组合使用，即分散、分层和透筛三个过程同时进行，可较大幅度的提高茶叶的筛分效率。

Description

基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机

技术领域

本实用新型涉及一种茶叶筛分机构，尤其涉及基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机。

背景技术

茶叶精加工是一项非常繁杂的工作，每一个茶叶单体一般都要经过十几道或者更多的工序才能保证最终得到的茶叶质量，其中筛分工序是茶叶精加工过程中非常重要的工序，为了可以使生产出来的茶叶质量较为均匀，通常要进行筛分，茶叶筛分过程主要可分为茶叶的分散、分层、透筛等三个过程。目前在茶叶加工行业中对茶叶筛分使用较多的茶叶筛分装置采用曲柄连杆机构，但这种装置只能提供单自由度平动，由于运动自由度少，很难使茶叶在筛面上快速均布，从而减小了茶叶与筛面的接触面积，同时，由于筛框做平面运动，使得茶叶难以弹起，对于茶叶的分层能力不足，直接影响茶叶筛分的效率。

中国专利申请CN102327870A公开了一种四自由度混联振动筛，由底座、曲柄滑块机构、支架、中间平台、Y左支链、Y右支链、X前支链、X后支链和筛箱组成。底座上方布置一个曲柄滑块机构；支架的底部安装在曲柄滑块机构上，支架上端与中间平台固连；筛箱布置在中间平台的上方，在筛箱和中间平台之间联接有Y右支链、X前支链、Y左支链和X后支链，筛箱、中间平台及连接它们的四个支链组成一个4SPR结构的并联机构。该实用新型专利执行机构较为复杂，且振动自由度之间的连续性不足。

中国专利申请CN102773856A公开了一种转动运动和平动运动单独控制的空间五自由度机构，包括机架、第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链、第五运动支链、平动台以及球面运动链。所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链共同驱动平动台做三维平动运动；所述第四运动支链和第五运动支链共同驱动球面运动链运动，球面运动链可实现绕球心的两维转动。该机构需要单独控制支链，机构的运动学性能较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，绕筛面法向方向的大范围转动可以实现茶叶的分散与透筛；绕筛面径向的微调转动可将茶叶抛离筛面实现分层，分散和透筛三个过程同时进行，三个转动同时进行起到翻转茶叶的效果，破坏茶叶层叠形态，有利于茶叶分层，提高茶叶筛分效率，缩短筛分时间。

为实现上述目的，本实用新型提出如下技术方案：

一种基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，包括定平台、五条并联运动支链、动平台、筛框、收集容器和机架，所述定平台、五条并联运动支链和动平台组成三转动并联机构；其中三条运动支链为两端铰接点，两端铰接点沿着定平台和动平台成圆形均匀分布，且该三条运动支链的上端分别通过虎克铰与定平台联接，下端分别通过球铰与动平台联接，第四条运动支链在初始状态下与动平台共面，一端通过胡克铰与机架联接，另一端通过球铰与动平台联接；前述的四条运动支链上的移动副为驱动副，驱动副采用伺服电机或伺服直线液压缸驱动；第五条运动支链为中间恰约束从动支链，该从动支链上端固定于定平台中心，下端与动平台中心通过球铰相连；所述筛框位于动平台下部，且通过三条连杆与动平台固接，定平台与机架固接，收集容器置于筛框正下方。所述机架置于整个筛分机的最外部。所述筛框在水平方向具有角速度，按照预设速度、预设转动角度进行大范围往返平面转动，能实现茶叶的分散与透筛功能，使得茶叶迅速分散；在竖直方向上具有两个转动自由度，设计点由最低位置向上运动到中间速度最大位置的过程，处于设计点的茶叶与筛拍一起加速，继续向上为减速过程。当设计点加速度a小于等于重力加速度g，即a≤g时，处于设计点处的茶叶与筛框一起运动；当a＞g时，处于设计点处的茶叶与筛框分离，茶叶被抛离筛面，实现分层功能；同时设计点向上运动到速度为0时，加速度最大，速度变化最快，适合茶叶的抛离。

所述设计点为筛面任意点。

所述伺服电机或伺服直线液压缸均与控制系统相连。

本实用新型与CN102327870A相比，能够克服其振动筛执行机构较为复杂，且振动自由度之间的连续性不足的技术缺陷。本实用新型与CN102773856A相比，通过添加冗余驱动方式消除工作空间奇异性，具有良好的运动学性能。

本实用新型绕筛面法向方向，按照预设速度、预设转动角度进行大范围往返平面转动，可以实现茶叶的分散与透筛功能；同时，绕筛面两个垂直径向具有两个转动自由度，通过微调转动可将茶叶抛离筛面，实现分层。实际应用中，通过控制系统将三个转动自由度组合使用，即分散、分层和透筛三个过程同时进行，可较大幅度的提高茶叶的筛分效率。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的并联筛分机构示意图；

图中，1定平台；2第一驱动支链；3第二驱动支链；8第三驱动支链；7从动支链；6冗余驱动支链；4动平台；5筛框；9收集容器；10机架；U₁、U₂、U₃、U₄均为虎克铰；P₁、p₂、p₃、p₄均为移动副；S₁、S₂、S₃、S₄、S₅均为球铰。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种三自由度纯转动并联机构茶叶筛分机，由定平台1，三个驱动支链2、3、8，从动支链7、冗余支链6和动平台4组成三转动并联机构；筛框5与并联机构的动平台4固接；冗余驱动支链6和虎克铰U₄与机架10固接；收集容器9置于筛框5正下方。如图2所示，第一、第二、第三驱动支链2、3、8一端分别通过虎克铰U₁、U₂、U₃与定平台1联接，另一端通过球铰S₁、S₂、S₃与动平台4联接；从动支链7一端与定平台1固定，另一端通过球铰S₅与动平台联接；冗余驱动支链6一端通过虎克铰与定平台1联接，另一端通过球铰S₄与动平台联接。在驱动支链2、3、6、8上，驱动移动副P₁、p₂、p₃、p₄可以用伺服电机或伺服直线液压缸等驱动。伺服电机或伺服直线液压缸均与控制系统相连。

筛框在水平方向具有角速度，按照预设速度、预设转动角度进行大范围往返平面转动，能实现茶叶的分散与透筛功能，使得茶叶迅速分散；在竖直方向上具有两个转动自由度，设计点由最低位置向上运动到中间速度最大位置的过程，处于设计点的茶叶与筛拍一起加速，继续向上为减速过程。当设计点加速度a小于等于重力加速度g，即a≤g时，处于设计点处的茶叶与筛框一起运动；当a＞g时，处于设计点处的茶叶与筛框分离，茶叶被抛离筛面，实现分层功能；同时设计点向上运动到速度为0时，加速度最大，速度变化最快，适合茶叶的抛离。设计点为筛面任意点。

绕筛面法向方向，按照预设速度、预设转动角度进行大范围往返平面转动，可以实现茶叶的分散与透筛功能；同时，绕筛面两个垂直径向具有两个转动自由度，通过微调转动可将茶叶抛离筛面，实现分层。实际应用中，通过控制系统将三个转动自由度组合使用，即分散、分层和透筛三个过程同时进行，可较大幅度的提高茶叶的筛分效率。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，其特征在于，包括定平台、五条并联运动支链、动平台、筛框、收集容器和机架，所述定平台、五条并联运动支链和动平台组成三转动并联机构；其中三条运动支链为两端铰接点，两端铰接点沿着定平台和动平台成圆形均匀分布，且该三条运动支链的上端分别通过虎克铰与定平台联接，下端分别通过球铰与动平台联接，第四条运动支链在初始状态下与动平台共面，一端通过胡克铰与机架联接，另一端通过球铰与动平台联接；前述的四条运动支链上的移动副为驱动副，驱动副采用伺服电机或伺服直线液压缸驱动；第五条运动支链为中间恰约束从动支链，该从动支链上端固定于定平台中心，下端与动平台中心通过球铰相连；所述筛框位于动平台下部，且通过三条连杆与动平台固接，定平台与机架固接，收集容器置于筛框正下方，所述机架置于整个筛分机的最外部，所述筛框在水平方向具有角速度，按照预设速度、预设转动角度进行大范围往返平面转动，能实现茶叶的分散与透筛功能，使得茶叶迅速分散；在竖直方向上具有两个转动自由度，设计点由最低位置向上运动到中间速度最大位置的过程，处于设计点的茶叶与筛拍一起加速，继续向上为减速过程；当设计点加速度a小于等于重力加速度g，即a≤g时，处于设计点处的茶叶与筛框一起运动；当a＞g时，处于设计点处的茶叶与筛框分离，茶叶被抛离筛面，实现分层功能；同时设计点向上运动到速度为0时，加速度最大，速度变化最快，适合茶叶的抛离。 

2.根据权利要求1所述的基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，其特征在于：所述设计点为筛面任意点。 

3.根据权利要求1所述的基于空间三转动自由度并联机构的茶叶筛分机，其特征在于：所述伺服电机或伺服直线液压缸均与控制系统相连。