[发明专利]一种单自由度三维空间运动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种单自由度三维空间运动机构，具体地说，是为所需空间三维运动的运动振动筛、运动娱乐设备等提供一类新型的三维空间机构。

背景技术

目前传统的振动筛主要是圆振动筛和直线振动筛，由惯性激振器来产生振动，结构复杂，其运动轨迹近似为圆或直线，由于均为一维运动，且振幅小，物料翻转不充分，筛孔易被“筛粒”卡住，从而导致筛分效率较低。专利文献[发明申请号200710131525.9]、[发明申请号2006100881264]、[发明申请号200710022283X]分别介绍了一种一自由度、二自由度、三自由度的并联运动振动筛，它们能产生三维空间运动，保证物料翻转充分，筛孔不易被“筛粒”卡住，从而可提高筛分效率，但结构中至少包含五个以上的转动副，因此，结构设计、机械加工以及装配调试还相对复杂。

运动娱乐设备是指以多回路空间机构为执行机构的装置，目前一般为传统的六自由度的Stewart的并联机构及其改进型，这种机构主要由基座、运动平台和连杆组成，基座和运动平台之间由连杆相连，连杆两端分别为球副和万向节。该机构通常有若干根连杆组成，但连杆的长度可调，通过控制连杆的长度，改变平台在空间的位姿。但这类机构有很多关键性技术没能完全解决。如，(1)运动学正解困难；(2)运动平台位姿是输人的强耦合，不利于控制；(3)机构复杂，工作空间小等。

对并联运动而言，许多场合需要提供单自由度的更简单的但能产生空间三维运动的并联机构。因此，并联运动装备的发展和实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。

发明内容

本发明目的是提供一种仅包含二个转动副和四个球副的单自由度三维空间运动机构，该机构具有以下特点：(1)机构输出运动平台具有空间的一个平移二个转动的三维运动输出，其中仅有一个运动是独立的，其余二个运动为衍生非独立运动；(2)机构存在过约束回路，其刚性好；(3)仅用一个驱动马达，结构简单，球副可采用由专业厂家生产的杆端关节轴承，足以满足精度要求，因此，机械加工及其装配量少且简单容易；(4)运动学正解简单，控制简单。

若该机构的输出运动平台作为振动筛的筛框，能使筛分物料产生理想的空间运动规迹，即沿垂直方向上的一维直线运动以及沿其他二个平面轴的摇摆运动：一个直线平动能使筛框中间的颗粒易跳起，并使物料不断前进；而两个摇摆运动使筛框边沿的物料充分翻转，增大了物料在单位时间内筛分的机会，减少了筛孔被“筛粒”卡住的现象，从而提高了各区段的筛分效率和整个筛机的生产率，克服了典型的传统圆振动筛或直线振动筛上述缺点，这种并联运动振动筛充分利用了并联运动机构固有的刚性好、振动度高、动态性能好、结构简单而不要求有很高的运动精度等优点。由于结构中仅包含二个转动副和四个球副，而球副可选用专业厂家生产的杆端球关节，因此，比专利文献[发明申请号200710131525.9]介绍的一自由度三维空间机构，结构更简单，机械加工及其装配量更少、更简单容易等优点。目前我们的实验样机研究表明，这种单自由度空间机构更具有应用前景。

该机构还可用于各种并联运动娱乐设备，产生所需的三维空间运动。本发明为并联运动振动筛、并联运动娱乐设备等装备提供了实用新机型。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1为本发明的结构示意图。它由动平台2、静平台0以及三条二副杆型式的支链1、3、4组成，三条支链1、3、4的一端分别以球副S₂、S₃、S₅连接于动平台2上不重合的三个端点，同时支链1、3的另一端又以单自由度转动副R₁、R₄分别与机架0连接，转动副R₁、R₄的转动轴线必须平行。因此，实际上R₁、S₂、S₃、R₄组成了一个单自由度的平面曲柄摇杆机构；而支链4的另一端则又以球副S6与机架0连接。机架0上的三个端点R₁、R₄、S₆不在一条直线上。

机架0上的转动副R₄也可用移动副来替代，此时，即为平面曲柄滑块机构；而球副S₆或S₇也可用万向节来替代。

驱动静平台0上转动副R₁，输出动平台2就可获得沿Y-Z平面内的一维运动轨迹、同时绕球副S₂-S₃连线的衍生转动以及绕垂直于Y-Z平面的X轴的衍生转动，从而实现一平移及二转动三维运动输出，该种并联机构的结构设计及驱动控制等均可按常规机电技术进行设计和安装。当在输出运动平台2上固结振动筛筛框或其他娱乐框架时，就可产生所需的三维空间运动。