可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)及其復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)，包括有由多副交叉的剪式支架在端部依次鉸接而成的支架單元，還包括有機座、安裝在機座上的數(shù)控電機和由數(shù)控電機驅(qū)動的滾珠絲桿，支架單元最下面的那副剪式支架底部的一端作為原點鉸接在機座上，另一端鉸接在滾珠絲桿的螺母上，這樣根據(jù)數(shù)控電機的行程就可準確算出剪式機構(gòu)在豎直方向的位移，從而實現(xiàn)剪式機構(gòu)位移的數(shù)值控制，因此本發(fā)明的剪式機構(gòu)的伸縮定位準確，而且比起通過伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)式機械臂的剪式機構(gòu)，它的伸縮比大；另外將本發(fā)明的剪式機構(gòu)通過串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)可以大大提高剪式機構(gòu)的載荷能力和平穩(wěn)性。
【專利說明】可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)及其復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】
本發(fā)明涉及一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)以及用它復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)，具體地說是一種定位準確、伸縮比大，可載荷大的復合剪式機械臂。
[0002]【【背景技術(shù)】】
現(xiàn)有的剪式機構(gòu)都是采用非數(shù)值控制的驅(qū)動方式，如氣缸、油缸或機械式，如美國專利US 8151935B2, US 4867277等，這些機構(gòu)存在著終端定位不準確的缺點。而現(xiàn)有的可數(shù)值控制的機構(gòu)，如伺服電機驅(qū)動的 關(guān)節(jié)式機械臂又存在著伸縮比小、可載荷小的缺點。
[0003]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種定位準確、伸縮比大、載荷能力大的可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)及其復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)。
[0004]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)，包括有由多副交叉的剪式支架在端部依次鉸接而成的支架單元，還包括有機座、安裝在機座上的數(shù)控電機和由數(shù)控電機驅(qū)動的滾珠絲桿，所述支架單元最下面的那副剪式支架底部的一端作為原點鉸接在機座上，另一端鉸接在滾珠絲桿的螺母上；所述滾珠絲桿與支架單元在俯視方向平行或重合。
[0005]在對上述一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)的改進方案中，在最上端的那副剪式支架通過鉸接一交叉連接架與終端平臺連接，所述交叉連接架頂部的一端與終端平臺鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺的滑槽中滑動的滑動軸；所述終端平臺上的鉸接點和剪式機構(gòu)的原點位于剪式支架的鉸接點的同一側(cè)，而滾珠絲桿的螺母上的鉸接點和位于終端平臺的滑槽中的滑動軸則同位于剪式支架的鉸接點的另一側(cè)。
[0006]一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)，它是由兩個剪式機構(gòu)依次層疊而成的串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)；每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架通過一交叉連接架安裝有終端平臺；所述交叉連接架頂部的一端與終端平臺鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺的滑槽中滑動的滑動軸；在相鄰剪式機構(gòu)之間，上一個剪式機構(gòu)的機座固定在下一個剪式機構(gòu)的終端平臺上；所述終端平臺上的鉸接點和剪式機構(gòu)的原點位于剪式支架的鉸接點的同一側(cè),而滾珠絲桿的螺母上的鉸接點和位于終端平臺的滑槽中的滑動軸則同位于剪式支架的鉸接點的另一側(cè)。
[0007]在對上述一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)的改進方案中，它是由兩個或兩個以上的剪式機構(gòu)組成的三角式驅(qū)動系統(tǒng)，其中一個剪式機構(gòu)為主剪式機構(gòu)，其余為輔助剪式機構(gòu)；每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架通過一交叉連接架安裝有終端平臺；所述交叉連接架頂部的一端與終端平臺鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺的滑槽中滑動的滑動軸；每個剪式機構(gòu)最下部的那副剪式支架的下端的兩個鉸接點分別通過下連桿鉸接在總機座的擺動軸上；所述輔助剪式機構(gòu)的終端平臺上的鉸接點與主剪式機構(gòu)中的一對相鄰兩副剪式支架之間的一個鉸接點共用；在每個剪式機構(gòu)中，所述終端平臺上的鉸接點和剪式機構(gòu)的原點位于剪式支架的鉸接點的同一側(cè),而滾珠絲桿的螺母上的鉸接點和位于終端平臺的滑槽中的滑動軸則同位于剪式支架的鉸接點的另一側(cè)。[0008]在對上述一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)的改進方案中它是由三個或三個以上不在同一直線上的剪式機構(gòu)在豎直方向平行排列；所有剪式機構(gòu)的機座擺動連接在總機座上；所有剪式機構(gòu)共用一個組合機構(gòu)終端平臺，每個剪式機構(gòu)最上部的那副剪式支架的兩個端點分別通過各自的上連桿鉸接在組合機構(gòu)終端平臺的擺動軸上。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1)、由于在機座上的數(shù)控電機和由數(shù)控電機驅(qū)動的滾珠絲桿，所述支架單元最下面的那副剪式支架底部的一端作為原點鉸接在機座上，另一端鉸接在滾珠絲桿的螺母上，這樣根據(jù)數(shù)控電機(即步進電機)的行程就可準確算出剪式機構(gòu)在豎直方向的位移，從而可以通過控制步進電機來實現(xiàn)剪式機構(gòu)位移的數(shù)值控制，而每次收合后就可校正起點為下一次的精準伸縮做好準備，因此本發(fā)明的剪式機構(gòu)的伸縮定位準確，而且比起通過伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)式機械臂的剪式機構(gòu)，它的伸縮比大；2)、將本發(fā)明的剪式機構(gòu)通過串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)可以大大提高剪式機構(gòu)的載荷能力和平穩(wěn)性。
[0010]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
【【專利附圖】

【附圖說明】】
圖1是本發(fā)明的剪式機構(gòu)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的側(cè)左視圖；
圖3是本發(fā)明的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；` 圖6是圖5的俯視圖。
[0011]【【具體實施方式】】
本發(fā)明為一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)，如圖1、2所示，包括有由至少兩副交叉的剪式支架11在端部依次鉸接而成的支架單元1、機座2、安裝在機座2上的數(shù)控電機3和由數(shù)控電機3驅(qū)動的滾珠絲桿4，所述支架單元I最下面的那副剪式支架11底部的一端作為原點O鉸接在機座2上，另一端鉸接在滾珠絲桿4的螺母41上；所述滾珠絲桿4與支架單元I在俯視方向平行或重合。在本實施例中，支架單元有兩套，它們對應(yīng)的每個鉸接點通過連接軸30同步連接，如圖1、2所示，這結(jié)構(gòu)在當前的剪式機構(gòu)中經(jīng)常應(yīng)用到。如圖1所示，每套支架單元I各有兩副剪式支架11。
[0012]當數(shù)控電機3轉(zhuǎn)一個角度，它也帶動滾珠絲桿4轉(zhuǎn)一角度，滾珠絲桿4帶動螺母41移動一個距離，同時帶動剪式機構(gòu)底部一端移動一個距離，由于剪式機構(gòu)底部一端移動使剪式機構(gòu)伸縮，從而帶動機構(gòu)終端臺移動?？梢钥闯觯瑱C構(gòu)終端臺的移動與數(shù)控電機3轉(zhuǎn)動是一一對應(yīng)的，也就是當數(shù)控電機3在作數(shù)值控制地轉(zhuǎn)動，機構(gòu)終端臺也在作相應(yīng)的數(shù)值的移動，使數(shù)控電機3的轉(zhuǎn)動與機構(gòu)終端臺的移動之間存在一個一一對應(yīng)的數(shù)學關(guān)系式。剪式機構(gòu)從收攏狀態(tài)下在數(shù)控電機3驅(qū)動滾珠絲桿4來伸縮時，其最頂部的剪式支架在豎直、水平方向上移動位移為:
Y= η I cosα
X= I sinα
X=ms其中Y ----最頂部的剪式支架距原點的垂直距離；
X----底部移動絲桿螺母距原點的距離； α ――剪式支架11的直桿112在豎直方向上的夾角；
I ――剪式支架11的直桿112長度； η——剪式支架的副數(shù)； m—數(shù)控電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)； s 絲桿的螺距。
[0013]根據(jù)第二、三個關(guān)系式算出夾角a= arcsinOns/l)，然后再由第一個關(guān)系式計算出最頂部的剪式支架距原點的垂直距離Y。這樣，根據(jù)數(shù)控電機(即步進電機)3的行程就可準確算出剪式機構(gòu)在豎直方向的位移，從而可以通過控制步進電機來實現(xiàn)剪式機構(gòu)位移的數(shù)值控制，而每次收合后就可校正起點為下一次的精準伸縮做好準備，因此本發(fā)明的剪式機構(gòu)的伸縮定位準確，而且比起通過伺服電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)式機械臂的剪式機構(gòu)，它的伸縮比大，例如現(xiàn)在工業(yè)上最常用的關(guān)節(jié)式機器手是兩節(jié)臂體相連的，與圖1所述的剪式機構(gòu)相比，剪式支架11的直桿112長度就相當于前者的臂體長度，假設(shè)剪式機構(gòu)有3副支架直桿，這樣后者比前者的伸縮比增大了 50%，而且隨著支架直桿的副數(shù)的增加，伸縮比也成比例地增大。
[0014]剪式機構(gòu)可以單獨使用，如圖1所示，在最上端的那副剪式支架11通過鉸接一交叉連接架5(其直桿52的長度I'通常與剪式支架一樣，在此，其長度是剪式支架的3/4)與終端平臺6連接，所述交叉連接架5頂部的一端與終端平臺6鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺6的滑槽61中滑動的滑動軸51，這樣在計算剪式機構(gòu)在豎直方向上移動位移時，還要算上交叉連接架5的長度，即Y= (η 1+ 11 )cos a ,X= I sina。在此,所述終端平臺6上的鉸接點62和剪式機構(gòu)的原點O位于剪式支架11的鉸接點111的同一側(cè)，而滾珠絲桿4的螺母41上的鉸接點411和位于終端平臺6的滑槽61中的滑動軸51則同位于剪式支架11的鉸接點111的另一側(cè)。
[0015]剪式機構(gòu)也可以通過串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)等方式復合成剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)。如圖2至4所示，其中:
在如圖3所示的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)中，它是由兩個剪式機構(gòu)依次層疊串聯(lián)而成的串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，當然它也可以用兩個以上的剪式機構(gòu)串聯(lián)復合而成。每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架11通過一交叉連接架5安裝有終端平臺6 ;所述交叉連接架5頂部的一端與終端平臺6鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺6的滑槽61中滑動的滑動軸51 ;在相鄰剪式機構(gòu)之間，上一個剪式機構(gòu)的機座2固定在下一個剪式機構(gòu)的終端平臺6上；所述終端平臺6上的鉸接點62和剪式機構(gòu)的原點O位于剪式支架11的鉸接點111的同一側(cè)，而滾珠絲桿4的螺母41上的鉸接點411和位于終端平臺6的滑槽61中的滑動軸51則同位于剪式支架11的鉸接點111的另一側(cè)。
[0016]在如圖4所示的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)中，它是由兩個或兩個以上的剪式機構(gòu)組成的三角式驅(qū)動系統(tǒng)，其中一個剪式機構(gòu)為主剪式機構(gòu)A，其余作為起牽引作用的輔助剪式機構(gòu)B，以增強整個驅(qū)動系統(tǒng)的載荷、推力和平穩(wěn)性；每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架11通過一交叉連接架5安裝有終端平臺6 ;所述交叉連接架5頂部的一端與終端平臺6鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺6的滑槽61中滑動的滑動軸51 ;每個剪式機構(gòu)最下部的那副剪式支架11的下端的兩個鉸接點(即原點O和螺母鉸接點411)分別通過下連桿7鉸接在總機座8的擺動軸9上；所述輔助剪式機構(gòu)B的終端平臺6上的鉸接點62與主剪式機構(gòu)A中的一對相鄰兩副剪式支架11 (通常是中上部的那兩副)之間的一個鉸接點共用。
[0017]在如圖5、6所示的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)中，它是由三個或三個以上不在同一直線上的剪式機構(gòu)在豎直方向平行排列；所有剪式機構(gòu)的機座2擺動連接在總機座8上；所有剪式機構(gòu)共用一個組合機構(gòu)終端平臺10，每個剪式機構(gòu)最上部的那副剪式支架11的兩個端點分別通過各自的上連桿20鉸接在組合機構(gòu)終端平臺10的擺動軸101上。整個系統(tǒng)通過移動總機座來移動到所要的位置上使用，全部剪式機構(gòu)可以同步伸縮相同的高度來推動組合機構(gòu)終端平臺10的動力系統(tǒng)工作，也可以使各個剪式機構(gòu)伸縮高度不同來使組合機構(gòu)終端平臺10在伸縮的同時擺動來推動終端平臺上的動力系統(tǒng)工作，每個剪式機構(gòu)可繞各自的擺動軸101擺動，這樣整個驅(qū)動系統(tǒng)就可以應(yīng)用到需要準確伸縮和擺動控制的雷達、探照燈和裝配盤等場合上。
[0018]上面的各個剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)獨立使用外，還可以將這些系統(tǒng)再組合起來使用。
[0019]盡管參照上面實施例詳細說明了本發(fā)明，但是通過本公開對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，而在不脫離所述的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的原理及精神范圍的情況下，可對本發(fā)明做出各種變化或修改。因此，本公開實施例的詳細描述僅用來解釋，而不是用來限制本發(fā)明，而是由權(quán)利要求的內(nèi)容限定保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)，包括有由多副交叉的剪式支架(11)在端部依次鉸接而成的支架單元(I)，其特征在于，還包括有機座(2 )、安裝在機座(2 )上的數(shù)控電機(3 )和由數(shù)控電機(3)驅(qū)動的滾珠絲桿(4)，所述支架單元(I)最下面的那副剪式支架(11)底部的一端作為原點(O)鉸接在機座(2)上，另一端鉸接在滾珠絲桿(4)的螺母(41)上；所述滾珠絲桿(4)與支架單元(I)在俯視方向平行或重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)，其特征在于，在最上端的那副剪式支架(11)通過鉸接一交叉連接架(5)與終端平臺(6)連接，所述交叉連接架(5)頂部的一端與終端平臺(6)鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺(6)的滑槽(61)中滑動的滑動軸(51);所述終端平臺(6 )上的鉸接點(62 )和剪式機構(gòu)的原點(O)位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的同一側(cè)，而滾珠絲桿(4)的螺母(41)上的鉸接點(411)和位于終端平臺(6)的滑槽(61)中的滑動軸(51)則同位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的另一側(cè)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于，它是由兩個剪式機構(gòu)依次層疊而成的串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)；每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架(11)通過一交叉連接架(5)安裝有終端平臺(6);所述交叉連接架(5)頂部的一端與終端平臺(6)鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺(6)的滑槽(61)中滑動的滑動軸(51);在相鄰剪式機構(gòu)之間，上一個剪式機構(gòu)的機座(2)固定在下一個剪式機構(gòu)的終端平臺(6)上；所述終端平臺(6 )上的鉸接點(62 )和剪式機構(gòu)的原點(O)位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的同一側(cè)，而滾珠絲桿(4)的螺母(41)上的鉸接點(411)和位于終端平臺(6)的滑槽(61)中的滑動軸(51)則同位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的另一側(cè)。
4.一種如權(quán)利要求1所述的可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于，它是由兩個或兩個以上的剪式機構(gòu)組成的三角式驅(qū)動系統(tǒng)，其中一個剪式機構(gòu)為主剪式機構(gòu)(A)，其余為輔助剪式機構(gòu)(B);每個剪式機構(gòu)最上端的那副剪式支架(11)通過一交叉連接架(5)安裝有終端平臺(6);所述交叉連接架(5)頂部的一端與終端平臺(6)鉸接，另一端設(shè)有能在終端平臺(6)的滑槽(61)中滑動的滑動軸(51);每個剪式機構(gòu)最下部的那副剪式支架(11)的下端的兩個鉸接點分別通過下連桿(7)鉸接在總機座(8)的擺動軸(9)上；所述輔助剪式機構(gòu)(B)的終端平臺(6)上的鉸接點(62)與主剪式機構(gòu)(A)中的一對相鄰兩副剪式支架(11)之間的一個鉸接點共用；在每個剪式機構(gòu)中，所述終端平臺(6)上的鉸接點(62)和剪式機構(gòu)的原點(O)位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的同一側(cè),而滾珠絲桿(4)的螺母(41)上的鉸接點(411)和位于終端平臺(6)的滑槽(61)中的滑動軸(51)則同位于剪式支架(11)的鉸接點(111)的另一側(cè)。
5.—種如權(quán)利要求1所述的可數(shù)值控制的剪式機構(gòu)復合成的剪式機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于，它是由三個或三個以上不在同一直線上的剪式機構(gòu)在豎直方向平行排列；所有剪式機構(gòu)的機座(2)擺動連接在總機座(8)上；所有剪式機構(gòu)共用一個組合機構(gòu)終端平臺(10)，每個剪式機構(gòu)最上部的那副剪式支架(11)的兩個端點分別通過各自的上連桿(20)鉸接在組合機構(gòu)終端平臺(10)的擺動軸(101)上。
【文檔編號】B66F7/06GK103523707SQ201310479612
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】唐建柳 申請人:唐易平