專利名稱：僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種僅包含連桿與旋轉(zhuǎn)副的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以用作機(jī)械臂或操作手的直線運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在制造裝備、機(jī)器人、內(nèi)燃機(jī)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的手段大都依靠移動(dòng)副約束實(shí)現(xiàn)，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋副機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等，該方式的缺點(diǎn)是加工制造復(fù)雜、成本高。雖然也有一些依靠連桿與旋轉(zhuǎn)副實(shí)現(xiàn)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但大部分為近似直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如瓦特近似直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，該類機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的精度較低，對加工制造裝配要求同樣也較高。盡管也可以利用連桿和旋轉(zhuǎn)副實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但都存在機(jī)構(gòu)連桿約束關(guān)系復(fù)雜、各連桿對尺寸與裝配形式要求苛刻，運(yùn)動(dòng)空間與體積比較小等缺點(diǎn)，因此并沒有獲得實(shí)際應(yīng)用。這種情況下， 設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)且僅存在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為機(jī)器人與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供新的解決方案將具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有利用移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)存在制造困難、重量大等方面的不足，提供一種體積小、運(yùn)動(dòng)范圍大、精確度高的僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括由固定平臺、驅(qū)動(dòng)搖桿、連桿、移動(dòng)平臺組成的驅(qū)動(dòng)支鏈，所述的驅(qū)動(dòng)搖桿的一端通過旋轉(zhuǎn)副與固定平臺側(cè)壁旋轉(zhuǎn)相連，驅(qū)動(dòng)搖桿的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與連桿的一端旋轉(zhuǎn)相連，所述的連桿的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與移動(dòng)平臺的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述驅(qū)動(dòng)支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置；約束連桿和所述的固定平臺、所述的移動(dòng)平臺構(gòu)成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個(gè)并且設(shè)置在所述的固定平臺和移動(dòng)平臺之間，相鄰設(shè)置的約束連桿之間通過旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的固定平臺頂面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的移動(dòng)平臺底面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述的約束支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置，所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角大于0°并不大于90°。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)本直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅含旋轉(zhuǎn)副，與包含移動(dòng)副的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，具有重量輕， 運(yùn)動(dòng)范圍大，制造方便且成本低等優(yōu)點(diǎn)；2)與通過移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，本發(fā)明可容易實(shí)現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng)；3)本發(fā)明為精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與通過連桿實(shí)現(xiàn)的近似直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，運(yùn)動(dòng)精度更高；4)與通過包含兩組相同支鏈的Sarrut機(jī)構(gòu)相比，本發(fā)明的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更為緊湊、體積更小。


圖1為本發(fā)明僅含旋轉(zhuǎn)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示的機(jī)構(gòu)伸展后的示意圖；圖3為圖1所示的機(jī)構(gòu)收縮后的示意圖；圖4為本發(fā)明的僅含旋轉(zhuǎn)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如附圖所示的本發(fā)明的僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括由固定平臺1、驅(qū)動(dòng)搖桿3、連桿4、移動(dòng)平臺2組成的驅(qū)動(dòng)支鏈，所述的驅(qū)動(dòng)搖桿3的一端通過旋轉(zhuǎn)副與固定平臺側(cè)壁旋轉(zhuǎn)相連，驅(qū)動(dòng)搖桿3的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與連桿4的一端旋轉(zhuǎn)相連，所述的連桿 4的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與移動(dòng)平2臺的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述驅(qū)動(dòng)支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置；約束連桿5和所述的固定平臺1、所述的移動(dòng)平臺2構(gòu)成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個(gè)并且設(shè)置在所述的固定平臺和移動(dòng)平臺之間，相鄰設(shè)置的約束連桿之間通過旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的固定平臺頂面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的移動(dòng)平臺底面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述約束支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置，所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角大于0°并小于不大于90°。本發(fā)明機(jī)構(gòu)中的各旋轉(zhuǎn)副可以采用常規(guī)的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角為 90度，這種情況容易保證系統(tǒng)的加工裝配精度，結(jié)構(gòu)約束也更為合理。優(yōu)選的每個(gè)約束連桿5的長度和寬度一般采用小于固定平臺1與移動(dòng)平臺2各相關(guān)外形尺寸的設(shè)計(jì)，以方便在固定平臺1與移動(dòng)平臺2之間設(shè)計(jì)伸縮套包覆各約束連桿5， 提高機(jī)構(gòu)的外觀效果。當(dāng)所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角不為0 度時(shí)，則驅(qū)動(dòng)搖桿3在驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述的移動(dòng)平臺2便可以在本發(fā)明機(jī)構(gòu)的約束下相對于固定平臺1沿驅(qū)動(dòng)支鏈旋轉(zhuǎn)副軸線與約束支鏈旋轉(zhuǎn)副軸線的公法線方向作精確直線運(yùn)動(dòng)，圖2示出了移動(dòng)平臺2運(yùn)動(dòng)至最上端時(shí)的情況，圖3示出了移動(dòng)平臺2移動(dòng)至最下端時(shí)的情況，圖4可形象地表示移動(dòng)平臺2的移動(dòng)過程。優(yōu)選的驅(qū)動(dòng)支鏈旋轉(zhuǎn)副軸線與約束支鏈旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角為90度。本發(fā)明機(jī)構(gòu)可以采用將電機(jī)輸出軸與驅(qū)動(dòng)搖桿固定相連而電機(jī)座固定于固定平臺之上的電機(jī)對驅(qū)動(dòng)搖桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺的直線運(yùn)動(dòng)。以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的零件構(gòu)型、驅(qū)動(dòng)裝置以及連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于它包括由固定平臺、驅(qū)動(dòng)搖桿、連桿、移動(dòng)平臺組成的驅(qū)動(dòng)支鏈，所述的驅(qū)動(dòng)搖桿的一端通過旋轉(zhuǎn)副與固定平臺側(cè)壁旋轉(zhuǎn)相連，驅(qū)動(dòng)搖桿的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與連桿的一端旋轉(zhuǎn)相連，所述的連桿的另一端通過旋轉(zhuǎn)副與移動(dòng)平臺的側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述驅(qū)動(dòng)支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置；約束連桿和所述的固定平臺、所述的移動(dòng)平臺構(gòu)成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個(gè)并且設(shè)置在所述的固定平臺和移動(dòng)平臺之間，相鄰設(shè)置的約束連桿之間通過旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的固定平臺頂面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉(zhuǎn)副與所述的移動(dòng)平臺底面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，所述約束支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置，所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角大于0°并不大于90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線與所述的約束支鏈各旋轉(zhuǎn)副軸線的夾角為90度。
全文摘要
本發(fā)明公開了僅含轉(zhuǎn)動(dòng)副的精確直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括由固定平臺、驅(qū)動(dòng)搖桿、連桿、移動(dòng)平臺組成的驅(qū)動(dòng)支鏈，驅(qū)動(dòng)搖桿的一端與固定平臺旋轉(zhuǎn)相連，驅(qū)動(dòng)搖桿的另一端與連桿的一端旋轉(zhuǎn)相連，連桿的另一端與移動(dòng)平臺轉(zhuǎn)動(dòng)相連，驅(qū)動(dòng)支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置；約束連桿和固定平臺、移動(dòng)平臺構(gòu)成約束支鏈，約束連桿不少于兩個(gè)并且設(shè)置在所述的固定平臺和移動(dòng)平臺之間，相鄰設(shè)置的約束連桿之間通過旋轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉(zhuǎn)副與固定平臺頂面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉(zhuǎn)副與移動(dòng)平臺底面轉(zhuǎn)動(dòng)相連，約束支鏈的各旋轉(zhuǎn)副的軸線相互平行設(shè)置。本機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍大、運(yùn)動(dòng)精度更高，體積更小。
文檔編號B25J17/00GK102152317SQ20111007749
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者張國凱, 戴建生, 李建民, 王樹新, 魏國武 申請人:天津大學(xué)