[发明专利]一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构，主要是能够导引物体绕虚拟中心实现三维转动的机构。

背景技术

随着机构应用的日益成熟，对机构灵活性的要求越来越高。由于串联机构本身刚度、承载能力以及并联机构本身工作空间的限制，单纯的串联机构或并联机构已无法适应灵活性要求较高、能够导引物体绕虚拟中心转动的应用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构，该机构实现了物体在其导引下能够绕虚拟中心进行三维转动，以解决机构在限制条件下导引物体进行复杂运动，保证物体能够有足够大的运动范围，并且使得物体在机构的导引下其质心位置保持不变的特性，从而实现了机构结构简化、性能优化的要求；本发明具有工作空间大、刚度较高、结构简单、成本低、容易实施的特点，克服了单纯采用串联机构或并联机构的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构，所述混联机构包括并联机构部分和串联机构部分；

并联机构包括水平设置的固定平台和固定平台上方的动平台，固定平台与动平台之间设有并列设置的三个支链；其中一个支链包括驱动杆、伺服电机和电动缸，驱动杆倾斜设置且驱动杆两端分别通过单自由度转动关节与动平台和固定平台连接，伺服电机驱动电动缸实现驱动杆的伸缩；另外两个支链结构相同且两个支链分别设置在驱动杆两侧，包括伺服电机、曲柄和连杆，伺服电机固定安装在固定平台上且其电机轴上固定安装曲柄，伺服电机通过曲柄、连杆驱动连接动平台，曲柄与连杆、连杆与动平台之间均通过单自由度转动关节连接；单自由度转动关节、伺服电机轴线均水平设置；

串联结构包括偏航电机、弯刀装置、滚转电机和尾杆，偏航电机固定安装在动平台上，偏航电机轴线与动平台垂直设置，弯刀装置一端固定安装在偏航电机的电机轴上，弯刀装置另一端固定安装滚转电机，滚转电机的电机轴上固定安装尾杆，滚转电机的电机轴倾斜设置。

本发明一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构，包括并联机构部分和串联机构部分。

并联机构部分包括固定平台、动平台、以及连接这两个平台的三个支链。其中中部的连接支链为伺服电机驱动的伸缩杆部件（伺服电机驱动电动缸实现杆的伸缩），伸缩杆的两端分别与动平台及固定平台以轴线平行的单自由度转动关节相连。伺服电机与电动缸安装在一起作为一个伸缩杆部件的实物外形，在电机的驱动下，整个长度可以伸缩，两端可以用转动关节与其他物体连接，现在已经是一种成熟的单元部件，可以非常方便购买或定制。两侧的连接支链构成相同，包括伺服电机、曲柄、转动关节、连杆、转动关节，伺服电机固定安装于固定平台，曲柄固定安装于伺服电机输出轴，曲柄另一端用转动关节与连杆相连接，连杆另一端用转动关节与动平台相连。这两个支链中的伺服电机轴线、转动关节轴线、以及上述伸缩杆两端的转动关节轴线都平行。在三个电机驱动下，动平台可以在与上述轴线垂直的平面内做3个自由度的运动。

串联机构部分包括动平台（也就是上述并联机构中的动平台）、偏航电机、弯刀部件、滚转电机、尾杆，偏航电机固定安装于动平台上，该电机轴线垂直于动平台平面，弯刀部件固定在偏航电机输出轴上，弯刀部件另一端固定安装滚转电机，滚转电机轴线与偏航电机轴线成一定角度(如：90°)，并且与上述并联机构中所有轴线均不在一个平面，尾杆与滚转电机轴固定连接，滚转电机可以驱动尾杆绕滚转电机轴线转动，偏航电机可以驱动弯刀部件、尾杆包括滚转电机等一起绕偏航电机轴转动。

一种导引物体绕虚拟中心转动的混联机构组成及工作原理说明：

平面并联机构部分，总共有三个伺服电机驱动。上平台（动平台）与下平台（固定平台）由三个分支相连，其中一个分支为伸缩杆即驱动杆，伸缩杆的两端分别与动平台及固定平台以轴线平行的单自由度转动关节相连，伺服电机驱动电动缸实现杆的伸缩。另外两个分支均为曲柄与连杆构成的支链，曲柄与连杆用单自由度转动关节相连，曲柄的另一端固定在电机轴上，电机固定安装于下平台，连杆的另一端与动平台用单自由度转动关节相连，所有转动关节轴线及两个驱动曲柄的伺服电机轴线均平行。在三个伺服电机驱动下，动平台可以在与上述轴线垂直的平面内做3个自由度的运动。