CN102179819A - 空间精确直线运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了空间精确直线运动机构，它包括固定平台和移动平台，它还包括中间平台I和中间平台II，固定平台和中间平台II分别通过旋转副转动连接在左连杆I的两端，中间平台II和移动平台分别通过旋转副转动连接在左连杆II的两端，移动平台和中间平台I分别通过旋转副转动连接在右连杆II的两端，中间平台I和固定平台分别通过旋转副转动连接在右连杆I的两端，在每一个平台等腰三角形两腰的相同位置各设置一个旋转轴，每个连杆的两端各设置有一个套筒，每个连杆两端的套筒彼此平行设置，每个连杆的每端套筒和与其对应设置的一个旋转轴转动套装相连构成所述的旋转副。本机构运动范围大，容易实现反向驱动，为精确直线运动机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间精确直线运动机构，它可以用作机械臂或操作手的直线运动关节。
背景技术
直线运动机构在制造装备、机器人、内燃机等领域有着非常广泛的应用。然而，现有的实现直线运动的手段大都依靠移动副约束实现，如曲柄滑块机构、凸轮机构、螺旋副机构、齿轮齿条机构等，该方式的缺点是加工制造复杂、成本高。虽然也有一些依靠连杆与旋转副实现的直线运动机构，但大部分为近似直线运动机构，如瓦特近似直线运动机构等，该类机构的缺点是运动的精度较低，对加工制造装配要求同样也较高。尽管也可以利用连杆和旋转副实现的准确直线运动机构，但都存在机构连杆约束关系复杂、各连杆对尺寸与装配形式要求苛刻，运动空间与体积比较小等缺点，因此并没有获得实际应用。这种情况下，设计一种结构简单、易于实现且仅存在旋转关节的精确直线运动机构将为机器人与机构设计提供新的解决方案将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种重量轻，运动范围大、容易实现反向驱动，可以实现动平台沿空间固定方向的直线移动的空间精确直线运动机构。
本发明的空间精确直线运动机构，它包括固定平台和移动平台，它还包括中间平台I和中间平台II，所述的固定平台和中间平台II分别通过旋转副转动连接在左连杆I的两端，所述的中间平台II和移动平台分别通过旋转副转动连接在左连杆II的两端，所述的移动平台和中间平台I分别通过旋转副转动连接在右连杆II的两端，所述的中间平台I和固定平台分别通过旋转副转动连接在右连杆I的两端，所述的固定、移动平台和两个中间平台均为全等的等腰三角形，右连杆I、右连杆II、左连杆I、左连杆II为四个结构完全相同的连杆，在每一个平台等腰三角形两腰的相同位置各设置一个旋转轴，每个连杆的两端各设置有一个套筒，每个连杆两端的套筒彼此平行设置，每个连杆的每端套筒和与其对应设置的一个旋转轴转动套装相连构成所述的旋转副。
本发明空间直线运动机构与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本直线运动机构仅含旋转副，与包含移动副的直线运动机构相比，具有重量轻，运动范围大，制造方便且成本低等优点；
2)与通过移动副实现的直线运动机构相比，本发明可容易实现反向驱动；
3)本发明为精确直线运动机构，通过设计机构内相关部件的形式，可以实现动平台沿空间任意方向的直线移动。
附图说明
图1为本发明空间精确直线运动机构的总体示意图；
图2为本发明空间精确直线运动机构的一种驱动形式的示意图；
图3为本发明空间精确直线运动机构的直线运动过程示意的侧视图；
图4为图1所示的机构的所有平台为等腰直角三角形时的运动情况。
1-固定平台 2-移动平台 3-中间平台I 4-中间平台II 5-右连杆I
6-右连杆II 7-左连杆I 8-左连杆II 9-直线 12、13-导向柱
11、22、33-直线运动过程中移动平台的三个位置 51-右从动轮 71-左从动轮
52、72-传动钢丝 14-主动齿轮 15-从动齿轮
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明技术做进一步的说明：
如图所示本发明的空间精确直线运动机构，它包括固定平台1和移动平台2，它还包括中间平台I3和中间平台II4，所述的固定平台和中间平台II分别通过旋转副转动连接在左连杆I7的两端，所述的中间平台II和移动平台分别通过旋转副转动连接在左连杆II8的两端，所述的移动平台和中间平台I分别通过旋转副转动连接在右连杆II6的两端，所述的中间平台I和固定平台分别通过旋转副转动连接在右连杆I5的两端。所述的四个平台均采用全等的等腰三角形的设计形式，在每个等腰三角形两腰的相同位置各设置一个旋转轴。右连杆I5、右连杆II6、左连杆I7、左连杆II8为四个结构完全相同的连杆，每个连杆两端平行设置有两个套筒。右连杆I5一端套筒与固定平台的其中一个旋转轴转动相连，构成一个旋转副；右连杆I5另一端的套筒与中间平台I3的一个旋转轴转动相连，构成另一旋转副。右连杆II6的一端套筒与中间平台I3的另一个旋转轴转动相连，构成一个旋转副；右连杆II6的另一端套筒与移动平台2的一个旋转轴转动相连，构成另一旋转副。按同样的方法，左连杆I7的两端套筒分别与所述固定平台1的另一旋转轴及中间平台II4的一个旋转轴转动相连，构成两个旋转副；左连杆II8的两端套筒分别与所述中间平台II4的另一旋转轴及所述移动平台2的另一旋转轴转动相连，构成两个旋转副。在这种结构约束下，当右连杆I5和左连杆I7沿相反方向等速运动时，移动平台2便会相对于固定平台1作直线运动，运动的方向仅与构成各平台的所述的等腰三角形两腰的夹角相关。
实现右连杆I5和左连杆I7等速反向运动的一种传动方式如图2所示。所述的右连杆I和左连杆I与一个驱动装置相连，所述的驱动装置包括其上设置有丝槽的右从动轮51和左从动轮71，所述的右从动轮51与右连杆I的套筒固定相连并且套在与右连杆I的套筒转动相连的旋转轴上，所述的左从动轮与左连杆I的套筒固定相连并且套在与左连杆I转动相连的旋转轴上。右从动轮51和左从动轮71之间设置有传动比为1的主动齿轮14和从动齿轮15，在所述的主动齿轮14和从动齿轮15上分别设置有凸台，每个凸台上加工有丝槽。封闭的右侧传动钢丝52经固定于固定平台1之上的右侧导向柱13导向后，两侧分别安装于右从动轮51和从动齿轮15凸台上的丝槽内。左侧传动钢丝72经固定于固定平台1之上的左侧导向柱12导向后，两侧分别安装于左从动轮71和主动齿轮14凸台上的丝槽内。所述由传动钢丝52和72构成的两个传动环节的传动比相等。这样，当主动齿轮14在驱动下旋转时，即可实现右连杆I5和左连杆I7的等速反向运动。
本机构实现直线运动是由其本身的约束限制而成的。图3示出了本发明空间直线运动机构的运动形式，在右连杆I5和左连杆I7等速反向运动时，移动平台2便可沿直线9作纯直线移动，11、22、33分别为移动过程中移动平台2的三个不同位置。本发明的另一特点是，当所述的各平台均设计为等腰直角三角形形式，且在右连杆I5和左连杆I7等速反向运动时，移动平台2、中间平台I3、中间平台II4会同时作纯直线移动，该过程如图4所示。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.空间精确直线运动机构，它包括固定平台和移动平台，其特征在于：它还包括中间平台I和中间平台II，所述的固定平台和中间平台II分别通过旋转副转动连转连接在左连杆I的两端，所述的中间平台II和移动平台分别通过旋转副转动连接在左连杆II的两端，所述的移动平台和中间平台I分别通过旋转副转动连接在右连杆II的两端，所述的中间平台I和固定平台分别通过旋转副转动连接在右连杆I的两端，所述的固定、移动平台和两个中间平台均为全等的等腰三角形，右连杆I、右连杆II、左连杆I、左连杆II为四个结构完全相同的连杆，在每一个平台等腰三角形两腰的相同位置各设置一个旋转轴，每个连杆的两端各设置有一个套筒，每个连杆两端的套筒彼此平行设置，每个连杆的每端套筒和与其对应设置的一个旋转轴转动套装相连构成所述的旋转副。
2.根据权利要求1所述的空间精确直线运动机构，其特征在于：所述的右连杆I和左连杆I与一个驱动装置相连，所述的驱动装置包括其上设置有丝槽的右从动轮和左从动轮，所述的右从动轮与右连杆I的套筒固定相连并且套在与右连杆I的套筒转动相连的旋转轴上，所述的左从动轮与左连杆I的套筒固定相连并且套在与左连杆I转动相连的旋转轴上，右从动轮和左从动轮之间设置有传动比为1的主动齿轮和从动齿轮，在所述的主动齿轮和从动齿轮上分别设置有凸台，每个凸台上加工有丝槽，右侧传动钢丝经固定于固定平台之上的右侧导向柱导向后，其两侧分别安装于右从动轮和从动齿轮凸台上的丝槽内，左侧传动钢丝经固定于固定平台之上的左侧导向柱导向后，其两侧分别安装于左从动轮和主动齿轮凸台上的丝槽内，所述由左侧和右侧传动钢丝构成的两个传动环节的传动比相等。
3.根据权利要求1所述的空间精确直线运动机构，其特征在于：所述的固定、移动平台和两个中间平台均为等腰直角三角形。
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