ПОЛНОСТЬЮ РАЗВЯЗАННЫЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ СОСТАВНОГО ПРИВОДА С ЧЕТЫРЬМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ
FULLY DECOUPLED PARALLEL COMPOSITE DRIVE MECHANISM WITH FOUR DEGREES OF FREEDOM

Техническая область
Изобретение относится к области техники параллельных механизмов, в частности к полностью развязанному параллельному механизму составного привода с четырьмя степенями свободы.
Уровень техники
Структура параллельного механизма заключается в том, что несколько последовательных ответвлений соединяют динамические и статические платформы, что имеет преимущества высокой жесткости, высокой скорости и высокой точности; более того, в области обработки параллельный механизм имеет преимущества простой модульности и высокой универсальности, это один из прорывных моментов для продвижения обрабатывающей промышленности Китая к высокому уровню.
Параллельный механизм является предметом исследований в стране и за рубежом, однако из-за сильной связанности, обусловленной его структурными характеристиками, сложной структурой многошпиндельных станков, сложность разработки системы управления и проблема точности являются основными препятствиями, ограничивающими развитие параллельных механизмов в области обработки. Реализация полной развязки может решить вышеуказанные проблемы, но на данный момент существующие полностью развязанные параллельные механизмы имеют сложную конструкцию, большое количество кинематических пар в разветвленной цепи, меньшее количество степеней свободы, небольшую инженерную ценность, а большинство из них существуют только в теоретической стадии; кроме того, составной привод позволяет уменьшить количество ветвей и значительно снизить сложность механизма. Таким образом, полностью развязанный параллельный механизм составного привода, пригодный для механической обработки и производства, станет революционным достижением в обрабатывающей промышленности.
Сущность изобретения
Для того чтобы решить вышеуказанные проблемы, изобретение направлено на создание полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы.
Для достижения вышеуказанной цели, полностью развязанный параллельный механизм составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренный настоящим изобретением, содержит основание, подвижную платформу, первую цепь ответвления, вторую цепь ответвления и третью цепь ответвления;
При этом основание содержит первую направляющую, вторую направляющую, третью направляющую, стойку и нижнюю пластину; первая направляющая и вторая направляющая закреплены на поверхности нижней пластины Т-образно; нижний конец стойки закреплен на поверхности нижней пластины и расположен по обе стороны от второй направляющей с первой направляющей; третья направляющая закреплена на верхней части стойки сбоку от первой направляющей и перпендикулярно нижней пластине;
Подвижная платформа содержит первую шарнирную опору, вторую шарнирную опору, третью шарнирную опору и плиту; первая шарнирная опора закреплена посередине нижней поверхности плиты; вторая шарнирная опора и третья шарнирная опора соответственно расположены посередине двух сторон плиты; ось вращения первой шарнирной опоры параллельна нижней поверхности плиты и параллельно оси вращения второй шарнирной опоры; ось вращения третьей шарнирной опоры перпендикулярна оси вращения первой шарнирной опоры и параллельна стороне плиты;
Первая цепь ответвления содержит первый ползун, первый соединительный стержень и второй соединительный стержень; первый ползун соединен с первой направляющей через первую подвижную пару; конструкция первого соединительного стержня такая же, как и у второго соединительного стержня, а оси вращения на обоих концах параллельны, один конец первого соединительного стержня соединен с верхней поверхностью первого ползуна через первую пару вращения, другой конец соединен с одним концом второго соединительного стержня через вторую пару вращения, другой конец второго соединительного стержня соединен со второй шарнирной опорой подвижной платформы через третью пару вращения; оси вращения первой пары вращения, второй пары вращения и третьей пары вращения параллельны первой направляющей;
Вторая цепь ответвления включает второй ползун, два третьих соединительных стержня, два четвертых соединительных стержня, пятый соединительный стержень и шестой соединительный стержень; второй ползун соединен со второй направляющей основания через вторую подвижную пару; один конец двух третьих соединительных стержней соответственно соединен с верхней поверхностью второго ползуна через четвертую пару вращения, а другой конец каждого третьего соединительного стержня соединен одновременно с одним концом пятого соединительного стержня и одним концом четвертого соединительного стержня через пятую пару вращения; другие концы двух четвертых соединительных стержней соответственно соединены с двумя концами шестого соединительного стержня через шестую пару вращения; кроме того, оси вращения четвертой пары вращения, пятой пары вращения и шестой пары вращения параллельны второй направляющей, а расстояние между каждой парой пар вращения одинаково, следовательно, вторая цепь ответвления в целом имеет двойную параллелограммную структуру;
третья цепь ответвления содержит третий ползун, соединительный элемент, седьмой соединительный стержень и восьмой соединительный стержень; третий ползун соединен с третьей направляющей через третью подвижную пару; один конец соединительного элемента соединен с верхней поверхностью третьего ползуна через седьмую пару вращения, другой конец соединен с одним концом седьмого соединительного стержня через восьмую пару вращения, а ось вращения седьмой пары вращения параллельно первой направляющей; оси вращения седьмой пары вращения и восьмой пары вращения перпендикулярны друг другу; один конец восьмого соединительного стержня соединен с другим концом седьмого соединительного стержня через девятую пару вращения, другой конец восьмого соединительного стержня соединен с третьей шарнирной опорой подвижной платформы через десятую пару вращения, при этом оси вращения восьмой пары вращения, девятой пары вращения и десятой пары вращения параллельны друг другу.
Основание представляет собой круглую пластинчатую конструкцию.
Подвижная платформа представляет собой квадратную пластинчатую конструкцию.
Первый соединительный стержень и второй соединительный стержень представляют собой стержнеобразные конструкции, оба конца которых находятся в состоянии изгиба, а направления изгиба на обоих концах являются противоположными.
Полностью развязанный параллельный механизм составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренный настоящим изобретением, имеет следующие преимущества:
1. Каждая из четырех степеней свободы механизма полностью управляется одной кинематической парой, что реализует полную развязку и значительно упрощает теоретический анализ и разработку системы управления механизмом.
2. В цепи ответвления механизма на стойке есть две активные пары и используется составной привод, что уменьшает количество цепей ответвления, предотвращает взаимодействие между цепями ответвления, уменьшает количество деталей и дополнительно снижает стоимость производства.
3. В механизме используется двойная параллелограммная цепь ответвления, заменяющая обычную цепь ответвления с несколькими парами вращения, что повышает стабильность движения и улучшает жесткость механизма.
Описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой общую структурную схему полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение основания полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение подвижной платформы полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение первой цепи ответвления полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение второй цепи ответвления полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение третьей цепи ответвления полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением.
Конкретные способы осуществления
Полностью развязанный параллельный механизм составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренный настоящим изобретением, подробно описан ниже в сочетании с прилагаемыми чертежами.
Как показано на фиг. 1-6, полностью развязанный параллельный механизм составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренный настоящим изобретением, включает в себя основание 1, подвижную платформу 2, первую цепь ответвления I, вторую цепь ответвления II и третью цепь ответвления III;
основание 1 включает в себя первую направляющую 101, вторую направляющую 102, третью направляющую 103, стойку 104 и нижнюю пластину 105; первая направляющая 101 и вторая направляющая 102 закреплены на поверхности нижней пластины 105 Т-образно; нижний конец стойки 104 закреплен на поверхности нижней пластины 105 и расположен по обе стороны от второй направляющей 102 с первой направляющей 101; третья направляющая 103 закреплена на раме 104 сбоку от первой направляющей 101 и перпендикулярно нижней пластине 105;
подвижная платформа 2 включает в себя первую шарнирную опору 201, вторую шарнирную опору 202, третью шарнирную опору 203 и плиту 204; первая шарнирная опора 201 закреплена посередине нижней поверхности плиты 204; вторая шарнирная опора 202 и третья шарнирная опора 203 соответственно расположены посередине обеих сторон плиты 204; ось вращения первой шарнирной опоры 201 параллельна нижней поверхности плиты 204 и параллельно оси вращения второй шарнирной опоры 202; ось вращения третьей шарнирной опоры 203 перпендикулярна оси вращения первой шарнирной опоры 201 и параллельна стороне плиты 204;
первая цепь ответвления I включает в себя первый ползун 3, первый соединительный стержень 4 и второй соединительный стержень 5; первый ползун 3 соединен с первой направляющей 101 через первую подвижную пару 11; конструкция первого соединительного стержня 4 такая же, как и у второго соединительного стержня 5, а оси вращения на обоих концах параллельны, при этом один конец первого соединительного стержня 4 соединен с верхней поверхностью первого ползуна 3 через первую пару вращения 301, другой конец соединен с одним концом второго соединительного стержня 5 через вторую пару вращения 302, а другой конец второго соединительного стержня 5 соединен со второй шарнирной опорой 202 подвижной платформы 2 через третью пару вращения 15; оси вращения первой пары вращения 301, второй пары вращения 302 и третьей пары вращения 15 параллельны первой направляющей 101;
вторая цепь ответвления II включает второй ползун 404, два третьих соединительных стержня 405, два четвертых соединительных стержня 406, пятый соединительный стержень 407 и шестой соединительный стержень 408; второй ползун 404 соединен со второй направляющей 102 основания 1 через вторую подвижную пару 12; один конец двух третьих соединительных стержней 405 соответственно соединен с верхней поверхностью второго ползуна 404 через четвертую пару вращения 401, а другой конец каждого третьего соединительного стержня 405 одновременно соединен с одним концом пятого соединительного стержня 407 и одним концом четвертого соединительного стержня 406 через пятую пару вращения 402; другие концы двух четвертых соединительных стержней 406 соответственно соединены с обоими концами шестого соединительного стержня 408 через шестую пару вращения 403; кроме того, оси вращения четвертой пары вращения 401, пятой пары вращения 402 и шестой пары вращения 403 параллельны второй направляющей 102, и расстояние между каждой парой пар вращения одинаково. Следовательно, вторая цепь ответвления II в целом имеет структуру двойного параллелограмма;
третья цепь ответвления III включает в себя третий ползун 7, соединительный элемент 8, седьмой соединительный стержень 9 и восьмой соединительный стержень 10; третий ползун 7 соединен с третьей направляющей 103 через третью подвижную пару 13; один конец соединительного элемента 8 соединен с верхней поверхностью третьего ползуна 7 через седьмую пару вращения 501, другой конец соединен с одним концом седьмого соединительного стержня 9 через восьмую пару вращения 502, а ось вращения седьмой пары вращения 501 параллельна первой направляющей 101; оси вращения седьмой пары вращения 501 и восьмой пары вращения 502 перпендикулярны друг другу; один конец восьмого соединительного стержня 10 соединен с другим концом седьмого соединительного стержня 9 через девятую пару вращения 503, другой конец восьмого соединительного стержня 10 соединен с третьей шарнирной опорой 203 подвижной платформы 2 через десятую пару вращения 16, а оси вращения восьмой пары вращения 502, девятой пары вращения 503 и десятой пары вращения 16 параллельны друг другу.
Основание 1 представляет собой круглую пластинчатую конструкцию.
Подвижная платформа 2 представляет собой квадратную пластинчатую конструкцию.
Первый соединительный стержень 4 и второй соединительный стержень 5 представляют собой стержнеобразные конструкции, оба конца которых находятся в состоянии изгиба, а направления изгиба на обоих концах являются противоположными.
Теперь, принимая направление первой направляющей 101 за направление оси х, направление второй направляющей 102 за направление оси у и направление третьей направляющей 103 за направление оси z, принцип работы полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренный настоящим изобретением поясняется следующим образом:
для полностью развязанного параллельного механизма составного привода с четырьмя степенями свободы, предусмотренного настоящим изобретением, выбрана первая подвижная пара 11, вторая подвижная пара 12, третья подвижная пара 13 и седьмая пара вращения 501 в качестве активных пар. Первый ползун 3 на первой цепи ответвления I перемещается по первой направляющей 101, которая может обеспечить свободу перемещения подвижной платформы 2 в направлении оси х; когда второй ползун 404 на второй цепи ответвления II перемещается по второй направляющей 102, он может обеспечить подвижной платформе 2 степень свободы в направлении оси у; когда третий ползун 7 на третьей цепи ответвления III перемещается по третьей направляющей 103, он может обеспечить подвижной платформе 2 степень свободы в направлении оси z. Когда соединительный элемент 8 на третьей цепи ответвления III вращается вместе с седьмой парой вращения 501, он может обеспечить поворот платформы 2 вокруг оси «х». Наконец, подвижная платформа 2 может реализовать в общей сложности четыре степени свободы.