[发明专利]三自由度混合驱动缠绕式柔索并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合驱动柔索并联机构，尤其涉及一种空间三平动自由度混合驱动缠绕式柔索并联机构。

背景技术

混合驱动柔索并联机构作为柔性并联机构中的一种，是近10年来国际机构学的研究热点和学科前沿，也是我国学者在国际上具有重要学术影响的研究领域之一。混合驱动柔性并联机构是一个多闭环多弹性体非线性系统，它兼容了传统柔索机构的高效率、高承载力及伺服驱动机构柔性可调的优点，又弥补了传统柔索机构伺服电机驱动时机构不能承受大载荷的缺陷，而且可以产生很大的加速度，相比于常规柔索并联机构拥有更好的灵活性和更强的适应性，以其结构简单、易拆装、可重组、模块化程度高、负载能力强、运动速度快以及价格低廉等特点，在加工制造业、装配业、医疗卫生、海洋探测和航天等领域广泛应用。

中国专利200910233341.2公开的《空间三维平动自由度混合驱动柔索并联机构》中，提出的混合驱动柔索并联机构继承了传统并联机构的优势，具有高承载、高精度、速度可调的工作输出，并且实现了高性能运动的输出。然而近年来，随着柔索并联机构在工程领域的应用不断扩大，也对混合驱动柔索并联机构提出了更高的要求，不仅需要具有高承载、高精度、速度可调的工作输出，而且需要提供不同的工作空间。《空间三维平动自由度混合驱动柔索并联机构》的驱动机构是混合驱动的平面五连杆机构，柔索直接连接在五连杆上，柔索的长度固定不变，从而导致柔索并联机构的工作空间无法变化，柔索并联机构工作空间大、柔性高、自适应强的特点被限制，无法充分体现出来。目前，混合驱动五连杆柔索并联机构还无法解决这一问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中常规混合驱动柔索并联机机构柔索不能缠绕、工作空间固定的不足，本发明提供一种三自由度混合驱动缠绕式柔索并联机构，不仅能够实现大负载运转、高性能运动输出，且具备运动速度可调的特点，同时可以应用于大范围的工作空间。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

三自由度混合驱动缠绕式柔索并联机构，包括三组呈品字形分布的混合驱动五连杆缠绕结构单元、一个呈正三棱柱结构的索塔支架和三根柔索；

所述索塔支架包括三根索塔棱柱和两端分别与相邻两根索塔棱柱固定的索塔横梁，所述索塔棱柱的上端安装有滑轮支架，所述滑轮支架上安装有滑轮；所述索塔支架安装在三组混合驱动五连杆缠绕结构单元的内侧，且每一组混合驱动五连杆缠绕结构单元分别正对一根索塔棱柱安装；

所述混合驱动五连杆缠绕结构单元包括基座、常速电机、减速器、A曲柄、A连杆、伺服电机、小皮带轮、皮带、大皮带轮、B曲柄、B连杆和绞盘，所述绞盘的中心转轴线与基座位置固定；所述常速电机通过减速器驱动A曲柄转动；所述小皮带轮、皮带和大皮带轮构成皮带传动机构，伺服电机驱动小皮带轮转动，大皮带轮驱动B曲柄转动；所述A曲柄和A连杆一端之间、B曲柄和B连杆一端之间、A连杆另一端和B连杆另一端之间均通过可360°旋转的转动副铰接，同时铰接A连杆另一端和B连杆另一端的转动副同时与绞盘偏心铰接，所述绞盘可绕中心转轴线作连续圆周转动；所述A曲柄、A连杆、B曲柄、B连杆和绞盘工作在同一个平面内；

所述三根柔索的一端分别缠绕在三个绞盘上，另一端依次绕过相应的滑轮后与位于索塔支架内的重物固定；所述相应的绞盘、柔索和滑轮工作在同一个平面内。

本案中，常速电机通过减速器减小转速、增大力矩，驱动A曲柄；伺服电机通过皮带传送机构驱动B曲柄；在A曲柄和B曲柄的驱动下，A连杆和B连杆同步运动，绞盘在A连杆和B连杆的共同运动带动下运动，可以绕中心转轴线作连续圆周转动，实现对柔索的缠绕，柔索经过导向滑轮改变方向，从而驱动重物动作，实现搬运与吊装，完成重物空间三平动自由度的运转。

本案提供的机构，具有结构简单、工作空间大、易拆装、可重组、模块化程度高、负载能力强、运动速度快等优点；能够为机床、机器人、微动操作手等提供新机型。

优选的，所述伺服电机和小皮带轮之间、常速电机和减速器之间均通过联轴器连接。

优选的，所述每个滑轮支架上安装有两个滑轮，所述两个滑轮之间存在0～90°夹角。

优选的，所述滑轮支架通过转动机构安装在索塔棱柱的上端；这样，随着柔索角度的改变，导向滑轮可以相对索塔支架转动，自动调整方向，确保柔索始终位于导向滑轮的导向槽内，不脱轨。

所述柔索为钢丝索。