一种混合驱动可重构五杆机构实验台制造技术

本发明专利技术涉及机器与机构技术领域，具体涉及一种混合驱动可重构五杆机构实验台。本发明专利技术主要解决现有技术中的五杆模型刚性差、运动空间小、不能快速重构、原动件起始角读取困难的问题。本发明专利技术一种混合驱动可重构五杆机构实验台，包括工作平台、可重构五杆机构和机架长度调节装置，工作平台与机架长度变化装置通过螺栓固定连接，形成五杆机构的卧式工作空间。机架长度变化装置通过步进电机驱动滚珠丝杠旋转带动丝母滑块进行直线滑动，实现机架长度变化。可重构五杆机构采用模块化设计，可以实现原动件同轴心、原动件不同轴心、原动件中性面共面的三种重构模式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器与机构
，具体涉及一种混合驱动可重构五杆机构实验台O
技术介绍
混合驱动可控机构是一个多自由度机构，其同时采用实时不可控电机和实时可控电机作为动力源，两种类型的输入运动通过一个多自由度机构合成后产生所需的输出运动。混合驱动可控机构的运动合成机构可以有多种形式，目前多为二自由度五杆机构。这种机构结构紧凑、柔性好，构型尺寸和运动输入变化大，为机构动力学性能优化提供较大的空间，作为闭环并联机械手和机器人的主体运动机构，广泛用于从事微小零部件精密取放、组装、排列与包装作业领域。专利201310452325.9公开了一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置，专利201120237947.6公开了一种具有同时输出大力矩和高速度特性的两自由度可控五杆机构，专利200820190530.7公开了一种能实现任意运动轨迹的受控平面五杆机构试验台。以上各种形式的五杆机构，工作平面都为立式，具有运动空间小、运动性能稳定性差、机构刚性差的不足；五杆机构机架长度固定，五杆机构没有可重构的特性。混合五杆机构实际作为机器人应用之前，需要对其运动学与动力学性能进行试验测试，但经专利与文献检索目前尚未有混合驱动可重构五杆机构的实验台报道。
技术实现思路
本专利技术主要针对现有技术中的五杆模型刚性差、运动空间小、不能快速重构、原动件起始角读取困难的问题，提供一种工作空间大，动力装置多样化，组装拆卸灵活的混合驱动可重构五杆机构实验台。本专利技术为解决上述问题而采取的技术方案为:一种混合驱动可重构五杆机构实验台，包括工作平台、可重构五杆机构和机架长度调节装置，所述工作平台包括八条A型带槽型材、四条B型带槽型材、地脚螺栓、坐标台面和II号伺服电机，八条A型带槽型材构成两个等边矩形框，两个等边矩形框呈上下两层分布，且上下两个等边矩形框通过螺栓与B型带槽型材相连接，坐标台面设置在上层的等边矩形框上，地脚螺栓设置在B型带槽型材的下端面，II号伺服电机的电机支座设置在坐标台面的下表面上，II号伺服电机的电机轴延伸到坐标台面的上方；所述机架长度调节装置包括L型支架、C型带槽型材、I号步进电机、左联轴器、右联轴器、I号伺服电机、左丝母滑块、两组原动件起始角测量装置、II号步进电机、右丝母滑块、第一滚珠丝杠、两根导向轴、第二滚珠丝杠、两组支座、III号步进电机和底板，底板通过C型带槽型材和L型支架设置在坐标台面的上方，两组支座对称设置在底板的两端，两根导向轴呈前后对称状态设置在两组支座之间，第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠也呈前后对称状态设置在两组支座之间，且第一滚珠丝杠位于后侧的导向轴的外侧，第二滚珠丝杠位于前侧的导向轴的外侧，第一滚珠丝杠的左端延伸到左端的支座的左侧并与左联轴器的一端连接，左联轴器的另一端与I号步进电机的电机轴连接，I号步进电机的电机支座固定在底板上，第二滚珠丝杠的右端延伸到右端的支座的右侧并与右联轴器的一端连接，右联轴器的另一端与III号步进电机的电机轴连接，III号步进电机的电机支座固定在底板上，左丝母滑块和右丝母滑块通过本身具有的四孔分别与第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠和两根导向轴进行同轴心连接，I号伺服电机的电机支座装在左丝母滑块上，II号步进电机的电机支座装在右丝母滑块上，两组原动件起始角测量装置的测量电机轴分别装在I号伺服电机的电机轴和II号步进电机的电机轴上；所述可重构五杆机构包括I号原动件、II号原动件、I号连杆、II号连杆、I号配垫套筒和I号连接芯轴，I号原动件的一端与II号伺服电机的电机轴或者I号伺服电机的电机轴同步连接，并且I号原动件的下端面与坐标台面平行，I号原动件的另一端与I号连杆的一端相连接，I号连杆的另一端与II号连杆的一端相连接，II号连杆的另一端通过I号连接芯轴与II号原动件的一端相连接，I号配垫套筒套装在I号连接芯轴外，II号原动件的另一端与II号步进电机的电机轴同步连接。本专利技术所述的原动件起始角测量装置包括测量外壳，在测量外壳的外表面上设置刻度，在测量外壳的中心处设置测量电机轴，在测量电机轴的顶端设置指针，指针与刻度匹配使用，在测量外壳内测量电机轴的中下部设置动圆盘，在动圆盘上沿动圆盘圆周方向上均匀设置若干小孔，在测量外壳内位于动圆盘的上方设置静圆盘，在静圆盘上设置光电传感器，测量电机轴的底端与II号步进电机或I号伺服电机的电机轴相连接。使用时指针在测量外壳的外表面的刻度上所指的位置即为原动件的起始角位置，由于动圆盘与指针及测量电机轴为同轴心固定装配，并且动圆盘上沿圆周方向设置均布小孔，动圆盘在测量电机轴的带动下进行旋转，当经过光电传感器时会产生明暗交错的光信号，光电传感器将光信号转为数字信号，供电脑采集进行处理，这样就可以自动测量原动件的起始角以及旋转角。进一步地，本专利技术所述的II号伺服电机的电机轴与II号步进电机的电机轴可在同一条直线上，也可不在同一条直线上。本专利技术所述的可重构五杆机构还包括II号配垫套筒和II号连接芯轴，I号原动件的一端与I号伺服电机的电机轴同步连接，并且I号原动件的下端面与坐标台面平行，I号原动件的另一端通过II号连接芯轴与I号连杆的一端相连接，II号配垫套筒套装在II号连接芯轴外，I号连杆的另一端与II号连杆的一端相连接，II号连杆的另一端通过I号连接芯轴与II号原动件的一端相连接，I号配垫套筒套装在I号连接芯轴外，II号原动件的另一端与II号步进电机的电机轴同步连接，且I号原动件与II号原动件的对称中性面共面。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果:1、本专利技术的坐标台面即工作平台与机架长度调节装置固定连接，形成五杆机构的卧式工作空间，区别于传统的立式工作空间。卧式工作空间具有工作平面范围广、运动性能稳定、原动件的起始角容易控制、并且可以在杆件的铰接处安放加速度，应力等传感器，为五杆机构的运动学，动力学分析提供有力的实验基础。2、本专利技术的II号步进电机或I号伺服电机与原动件起始角测量装置共轴驱动，可以直接从原动件起始角测量装置读出原动件的起始角，为研宄原动件起始角对混合驱动五杆机构运动学与动力学特性的影响规律奠定了实验基础。3、本专利技术可以实现五杆机构的三种构型，包括原动件同轴心重构模式、原动件不同轴心重构模式、原动件对称中性面共面重构模式，实现了五杆机构的模块化、可重构设计。机架长度调节装置可以改变五杆机构的机架长度。原动件的驱动装置采用伺服电机和步进电机混合驱动方式，通过可编程控制器制定不同的控制策略，输出预期可控轨迹。本专利技术为混合驱动五杆机构运动学与动力学特性规律研宄奠定实验基础，有利于混合驱动五杆机构在从事微小零部件精密取放作业、组装、排列与包装领域的推广应用。【附图说明】:图1为本专利技术混合驱动可重构五杆机构实验台的等轴测三维结构示意图；图2为本专利技术混合驱动可重构五杆机构实验台的正面结构示意图；图3为本专利技术左丝母滑块等轴测三维结构示意图；图4为本专利技术右丝母滑块等轴测三维结构示意图；图5为本专利技术混合驱动可重构五杆机构原动件初始角测量装置的剖面结构示意图；...

【技术保护点】
一种混合驱动可重构五杆机构实验台，其特征在于包括工作平台、可重构五杆机构和机架长度调节装置，所述工作平台包括八条A型带槽型材(1)、四条B型带槽型材(3)、地脚螺栓(2)、坐标台面(4)和II号伺服电机(26)，八条A型带槽型材(1)构成两个等边矩形框，两个等边矩形框呈上下两层分布，且上下两个等边矩形框通过螺栓与B型带槽型材(3)相连接，坐标台面(4)设置在上层的等边矩形框上，地脚螺栓(2)设置在B型带槽型材(3)的下端面，II号伺服电机(26)的电机支座设置在坐标台面(4)的下表面上，II号伺服电机(26)的电机轴延伸到坐标台面(4)的上方；所述机架长度调节装置包括L型支架(5)、C型带槽型材(6)、I号步进电机(7)、左联轴器(8)、右联轴器(29)、I号伺服电机(9)、左丝母滑块(10)、两组原动件起始角测量装置(11)、II号步进电机(12)、右丝母滑块(13)、第一滚珠丝杠(14)、两根导向轴(15)、第二滚珠丝杠(16)、两组支座(17)、III号步进电机(18)和底板(19)，底板(19)通过C型带槽型材(6)和L型支架(5)设置在坐标台面(4)的上方，两组支座(17)对称设置在底板(19)的两端，两根导向轴(15)呈前后对称状态设置在两组支座(17)之间，第一滚珠丝杠(14)和第二滚珠丝杠(16)也呈前后对称状态设置在两组支座(17)之间，且第一滚珠丝杠(14)位于后侧的导向轴(15)的外侧，第二滚珠丝杠(16)位于前侧的导向轴(15)的外侧，第一滚珠丝杠(14)的左端延伸到左端的支座(17)的左侧并与左联轴器(8)的一端连接，左联轴器(8)的另一端与I号步进电机(7)的电机轴连接，I号步进电机(7)的电机支座固定在底板(19)上，第二滚珠丝杠(16)的右端延伸到右端的支座(17)的右侧并与右联轴器(29)的一端连接，右联轴器(29)的另一端与III号步进电机(18)的电机轴连接，III号步进电机(18)的电机支座固定在底板(19)上，左丝母滑块(10)和右丝母滑块(13)通过本身具有的四孔分别与第一滚珠丝杠(14)、第二滚珠丝杠(16)和两根导向轴(15)进行同轴心连接，I号伺服电机(9)的电机支座装在左丝母滑块(10)上，II号步进电机(12)的电机支座装在右丝母滑块(13)上，两组原动件起始角测量装置(11)分别装在I号伺服电机(9)的电机轴和II号步进电机(12)的电机轴上；所述可重构五杆机构包括Ⅰ号原动件(20)、Ⅱ号原动件(23)、Ⅰ号连杆(21)、Ⅱ号连杆(22)、Ⅰ号配垫套筒(24)和I号连接芯轴(25)，Ⅰ号原动件(20)的一端与II号伺服电机(26)的电机轴或者I号伺服电机(9)的电机轴同步连接，并且Ⅰ号原动件(20)的下端面与坐标台面(4)平行，Ⅰ号原动件(20)的另一端与Ⅰ号连杆(21)的一端相连接，Ⅰ号连杆(21)的另一端与Ⅱ号连杆(22)的一端相连接，Ⅱ号连杆(22)的另一端通过I号连接芯轴(25)与Ⅱ号原动件(23)的一端相连接，Ⅰ号配垫套筒(24)套装在I号连接芯轴(25)外，Ⅱ号原动件(23)的另一端与II号步进电机(12)的电机轴同步连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦慧斌，侯志利，李瑞琴，严超敏，陈斌，张瑞廷，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14