專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-rrr機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，特別涉及一種需要直線伸縮功能且受載較復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單自由度的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛，為了精確實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，人們發(fā)明了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，不過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性在一定程度上完全取決于滑軌。為了盡可能避免直線運(yùn)動(dòng)受限于滑軌的影響，機(jī)構(gòu)學(xué)者試圖通過(guò)傳統(tǒng)的連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副綜合出能夠?qū)崿F(xiàn)精確直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來(lái)。在機(jī)構(gòu)學(xué)史上比較有代表性的直線平移機(jī)構(gòu)有 Peaucellier-Lipkin 機(jī)構(gòu)1· Peaucellier—Lipkin linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Peaucellier % E2 % 80 % 93Lipkin IinkaRe]禾口 Chebyshev 機(jī)構(gòu)[2. Chebyshev linkage, ffikipedia, the free encyclopdia「EB/OLlhttp://en. wikipedia. orR/wiki/Chebyshev 1inkaRe 。 Peaucellier-Lipkin機(jī)構(gòu)(如圖1所示)中，構(gòu)件AB、BC、CD和AD構(gòu)成一個(gè)菱形,構(gòu)件O2B 和可以是任意長(zhǎng)度，但必須長(zhǎng)度相等。當(dāng)O1A等于O1A時(shí)，點(diǎn)C的運(yùn)動(dòng)軌跡將是一條直線。Chebyshev機(jī)構(gòu)(如圖2所示)，當(dāng)滿(mǎn)足條件構(gòu)件O1O2、構(gòu)件O1B和構(gòu)件AB的桿長(zhǎng)比例為I1 I2 I3 = 4 5 2，且構(gòu)件O2A的桿長(zhǎng)為/4 = /3 + ^l22-Z12W,構(gòu)件AB的中點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)軌跡為一固定直線。此外，趙景山等還提出了一種六連桿直線平移機(jī)構(gòu)3.趙景山，褚福磊.單自由度直線平移式空間六連桿機(jī)構(gòu)[P].中國(guó)專(zhuān)利200610113112. 3，2007-2- ，該六連桿直線平移機(jī)構(gòu)中包含兩條相同的RRR運(yùn)動(dòng)鏈，且兩條RRR運(yùn)動(dòng)鏈所確定的兩個(gè)平面非共面。
上述的四種直線平移機(jī)構(gòu)均能夠?qū)崿F(xiàn)直線平移運(yùn)動(dòng)，但是機(jī)構(gòu)形式差異較大，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)較不適用于需要做小范圍直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述存在的不足，提供一種適合于工程應(yīng)用的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在采用轉(zhuǎn)動(dòng)副和圓柱副相結(jié)合的方式，使得其中某個(gè)構(gòu)件能夠做單自由度的直線運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，它包括下側(cè)連桿固定端，上側(cè)連桿固定端，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿、第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿，第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿和導(dǎo)向桿，所述下側(cè)連桿固定端與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A1聯(lián)接、下側(cè)連桿固定端與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A2聯(lián)接；所述上側(cè)連桿固定端與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C1聯(lián)接、上側(cè)連桿固定端與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C2聯(lián)接；所述第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副&聯(lián)接；所述第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副化聯(lián)接。
作為優(yōu)選，所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈所確定的兩個(gè)平面為共面，且與軸線O1A確定的平面為共面。
作為優(yōu)選，所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿長(zhǎng)度相等，所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿長(zhǎng)度相等，第一條 RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈關(guān)于軸線O1A呈對(duì)稱(chēng)分布。
作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)向桿與下側(cè)連桿固定端通過(guò)螺紋連接，與上側(cè)連桿固定端間隙配合；第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向桿的上端可以沿上側(cè)連桿固定端的中心孔內(nèi)壁滑動(dòng)。
作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)向桿和下側(cè)連桿固定端與上側(cè)連桿固定端，其圓桿結(jié)構(gòu)為實(shí)心桿或中空結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明有益的效果本發(fā)明通過(guò)采用轉(zhuǎn)動(dòng)副和圓柱副相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)中某一個(gè)構(gòu)件做精確直線運(yùn)動(dòng)的目的，同時(shí)該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較好的各向剛度和較好的承載能力等優(yōu)點(diǎn)；該機(jī)構(gòu)相對(duì)于Peaucellier-Lipkin機(jī)構(gòu)和Chebyshev機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，更有利于機(jī)械工程應(yīng)用；相對(duì)于六連桿直線平移機(jī)構(gòu)具有更好的各向剛度和較好的承載能力。


圖1是Peaucellier-Lipkin機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)原理圖。
圖2是Chebyshev機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)原理圖。
圖3是本發(fā)明提供的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明2-RRR機(jī)構(gòu)的俯視示意圖。
圖5是第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)原理圖。
附圖中的標(biāo)號(hào)分別為1、下側(cè)連桿固定端；2a、第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿；2b、第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿；3a、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿；3b、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿；4、上側(cè)連桿固定端；5、導(dǎo)向桿。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理及具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖3是本發(fā)明提供的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。該機(jī)構(gòu)包括下側(cè)連桿固定端1，上側(cè)連桿固定端4，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加、 第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿2b，第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿3a、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿北和導(dǎo)向桿5，所述下側(cè)連桿固定端1與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A1聯(lián)接、下側(cè)連桿固定端1與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿3a通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副 A2聯(lián)接；所述上側(cè)連桿固定端4與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿2b通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C1聯(lián)接、上側(cè)連桿固定端4與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿北通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C2聯(lián)接；所述第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿2b通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副B1聯(lián)接；所述第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿3a與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿北通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副化聯(lián)接；所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿3a長(zhǎng)度相等，所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿2b和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿北長(zhǎng)度相等，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈關(guān)于軸線O1A呈對(duì)稱(chēng)分布。
所述的導(dǎo)向桿5與下側(cè)連桿固定端1通過(guò)螺紋連接，與上側(cè)連桿固定端4間隙配合；第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向桿5的上端可以沿上側(cè)連桿固定端4的中心孔內(nèi)壁滑動(dòng)；所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈所確定的兩個(gè)平面為共面，且與軸線O1A確定的平面為共面；所述的導(dǎo)向桿5和下側(cè)連桿固定端1與上側(cè)連桿固定端4，其圓桿結(jié)構(gòu)可以為實(shí)心桿，也可以做成中空結(jié)構(gòu)。
從圖3中可以看出，在兩條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的約束下，上側(cè)連桿固定端4具有三個(gè)自由度，即繞y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、沿χ軸和ζ軸的移動(dòng)；在導(dǎo)向桿5的約束下，上側(cè)連桿固定端4具有兩個(gè)自由度，即繞ζ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿ζ軸的移動(dòng)。因此，在兩條RRR運(yùn)動(dòng)鏈和導(dǎo)向桿5的共同約束下，上側(cè)連桿固定端4只具有沿ζ軸移動(dòng)的自由度，即該機(jī)構(gòu)中上側(cè)連桿固定端4能夠做精確的直線運(yùn)動(dòng)。為了進(jìn)一步闡述該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，下面對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理進(jìn)行分析。
首先建立坐標(biāo)系，以軸線O1A與轉(zhuǎn)動(dòng)副Ap A2軸線所在的平面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O，Z軸沿交軸線O1A方向，X軸垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副Al的軸線，根據(jù)右手螺旋法則可以得到y(tǒng)軸， 如圖3所示，該機(jī)構(gòu)的俯視圖如圖4所示。該機(jī)構(gòu)中第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的機(jī)構(gòu)原理圖如圖 5所示，設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副A1到坐標(biāo)原定的距離為I1,第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加長(zhǎng)為12，第一條 RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿2b長(zhǎng)為13，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿加與ζ軸夾角為θ。則第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副中心在坐標(biāo)系oxyz中的坐標(biāo)為
A1Q1 0 0)；
B1G^l2Sineo I2C0s θ )；
C1^Z1 0 Z2 cos 0 + ^Z32 - Z22 Sin2 ；
根據(jù)趙景山，馮之敬，褚福磊.機(jī)器人機(jī)構(gòu)自由度分析理論[M].北京科學(xué)出版社，2009.提出的機(jī)構(gòu)自由度的分析理論，可以寫(xiě)出第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈A1B1C1的運(yùn)動(dòng)螺旋系為
權(quán)利要求
1.一種具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，其特征在于包括下側(cè)連桿固定端(1)，上側(cè)連桿固定端G)，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿(加)、第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿Ob)，第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈的第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿(3a)、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿(3b)和導(dǎo)向桿(5)，所述下側(cè)連桿固定端(1)與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿Oa) 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A1聯(lián)接、下側(cè)連桿固定端(1)與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿(3a)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副 A2聯(lián)接；所述上側(cè)連桿固定端(4)與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿Ob)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C1聯(lián)接、 上側(cè)連桿固定端(4)與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿(3b)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C2聯(lián)接；所述第一條 RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿Oa)與第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿Qb)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副B1聯(lián)接；所述第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿(3a)與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿(3b)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副化聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈、第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈所確定的兩個(gè)平面為共面，且與軸線O1O2確定的平面為共
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿Oa)和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈下側(cè)連桿(3a)長(zhǎng)度相等，所述的第一條 RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿Ob)和第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈上側(cè)連桿(3b)長(zhǎng)度相等，第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈關(guān)于軸線O1A呈對(duì)稱(chēng)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)向桿( 與下側(cè)連桿固定端(1)通過(guò)螺紋連接，與上側(cè)連桿固定端(4)間隙配合；第一條RRR運(yùn)動(dòng)鏈與第二條RRR運(yùn)動(dòng)鏈做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向桿(5)的上端沿上側(cè)連桿固定端 (4)的中心孔內(nèi)壁呈滑動(dòng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有直線運(yùn)動(dòng)功能的2-RRR機(jī)構(gòu)，包括上下兩個(gè)連桿固定端、兩條相同的RRR運(yùn)動(dòng)鏈和一個(gè)導(dǎo)向桿，其中每條RRR運(yùn)動(dòng)鏈包括兩個(gè)連桿，連桿與連桿固定端之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，連桿與連桿之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，導(dǎo)向桿與上側(cè)連桿固定端形成圓柱副；兩條RRR運(yùn)動(dòng)鏈確定一個(gè)平面，且與導(dǎo)向桿軸線O1O2共面。本發(fā)明有益的效果本發(fā)明通過(guò)采用轉(zhuǎn)動(dòng)副和圓柱副相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)中某一個(gè)構(gòu)件做精確直線運(yùn)動(dòng)的目的，同時(shí)該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較好的各向剛度和較好的承載能力等優(yōu)點(diǎn)；能夠用于需要做定直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)中。
文檔編號(hào)F16H21/16GK102537250SQ201110449290
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者馮之敬, 劉向, 張 杰, 諶文思, 資小林, 趙景山 申請(qǐng)人:萬(wàn)向集團(tuán)公司, 浙江萬(wàn)向系統(tǒng)有限公司