[发明专利]具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种实现大变形的柔性铰链结构，属于机械结构设计与制造领域。

背景技术

具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置是将柔性铰链与并联机器人自然结合到一起，构建成一种新型高性能并联机构，并且为柔性并联机器人开拓了新方向。并联机构是机器人领域近年发展起来的重要新分支，但由运动副带来的间隙、摩擦、冲击、运动范围有限等问题使其工作性能不能满足现代科技发展要求，柔顺机构从机械结构的角度为解决这些问题提供了新思路。将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机构中，取代传统运动副，可从根本上解决此难题。现在关于柔性铰链的研究理论已经比较成熟，但是其有限的运动行程成为限制它们发展的瓶颈。柔性铰链的设计决定着此实验装置的整体效果好坏，因此适用于此实验装置的大变形柔性铰链的性能指标研究是确保此系统得以实现的关键。

发明内容

为了解决柔性铰链有限的运动行程、刚度系数的选取、轴心漂移等问题，本发明提出了一种具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，在结构上大大改善了由机构带来的摩擦、间隙、磨损等不良影响，提高了机构的精度和稳定性。

具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置，其包括执行机构4、三个底座10和连接执行机构4、三个底座10中一个的三条结构相同的运动支链，三个底座9在连执行机构4外侧组成一个正三角形；所述的运动支链包括主动杆1、柔性铰链2、从动杆3；从动杆3和执行机构4通过转动副连接，主动杆1和从动杆3通过柔性铰链2连接，与各支链中从动杆3另一端连接的均为驱动副7；伺服电机8分别固定于三个底座9上，用于分别驱动各自支链上的驱动副7，减速器8固定于驱动副7和伺服电机9之间，在驱动副6输出端两侧对称的固定一对限位开关5，在驱动副7输出端正下方固定一个回零开关6；

所述三个底座10各通过一个控制线11分别连接于工控机12。

工控机12基于RT Linux系统的软件开发环境，利用可编程多轴运动控制器实时的接、发指令，通过控制工控机12，使伺服驱动器触发伺服电机8工作；当伺服电机工作时带动连接驱动副7的主动杆1一起转动，主动杆1与从动杆3通过柔性铰链2连接构成并联机构装置的三个分支链将会同时运行起来，实现了执行机构4沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动；所述的可编程多轴运动控制器插于工控机的PCI插槽上，通过PCI总线与上位机通讯。

这样，本发明的实验装置就可以实现沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动。

本实验装置所述的主动杆1与从动杆3之间是由柔性铰链2连接的；有别于传统的转动副关节连接，它是利用自身材料的柔性变形来完成运动和力的传递及转换的新型结构关节。它不靠传统刚性机构的运动副来实现全部运动和功能，而主要是靠它的变形来实现机构的主要运动和功能。

附图说明

图1是本发明具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置结构主视图；

图2是本发明具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置结构俯视图；

图3是本发明实验装置控制结构主视图；

图4是本发明实验装置控制结构右视图；

图5是本发明实验装置机械结构部分柔性铰链主视图；

图6是本发明实验装置机械结构部分柔性铰链右视图；

图7是本发明实验装置柔性铰链的连接俯视图；

图8是本发明实验装置的工作原理图。

图中：1、主动杆，2、柔性铰链，3、从动杆，4、执行机构，5、限位开关，6、回零开关7、驱动副，8、减速器，9、伺服电机，10、底座，11、控制线，12、工控机。

具体实施方式

下面结合工作原理和结构附图对本发明进一步详细说明。

如图1、2、3所示，具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置主要包括：机械结构部分和控制结构部分。结构主体由执行机构4、底座10和连接执行机构4、底座10的三条结构相同的运动支链组成；在所述的运动支链中，从动杆3和执行机构4通过转动副连接，主动杆1和从动杆3通过柔性铰链2连接，与各支链中主动杆1另一端连接的均为驱动副7；伺服电机9分别固定于三个底座10上，减速器8上部与驱动副7连接，下部与伺服电机9连接，在驱动副7输出端两侧对称的固定一对限位开关5，正下方固定一个回零开关6；三个底座10下面都各有三个控制线10输出端，分别连接于工控机12。本实验装置实现了沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动和绕着竖直轴Z轴方向的转动。