CN114248255B - 一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，涉及航空航天技术领域。不仅具有高灵活性，可以满足复杂曲面的铺带要求，而且具有较大的刚度，安全性更高。该并联机构包括双层固定平台、动平台和设置在两者之间的第一支链、两个第二支链和两个第三支链；第一支链位于双层固定平台的中心，两个第二支链和第三支链均相对于第一支链对称设置；双层固定平台包括上固定平台和下固定平台；第一支链的下端与双层固定平台万向连接，上端与动平台铰接；第二支链的两端分别与双层固定平台和动平台铰接；第三支链为PUS支链，第三支链的第一端与下固定平台铰接，第二端与上固定平台铰接，第三端与动平台万向连接。本申请用于提升自动铺带机床的性能。
Description
技术领域
本申请涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构。
背景技术
提高可重复使用高超声速飞行器热防护***的设计与制造水平，是提升我国航天飞机事业的发展水平的重中之重。飞机绝热的主要环节是在飞机表面铺放耐高温的复合材料预浸带。国内的先进复合材料成型工艺仍以手工铺带为主，自动铺带机床铺带为辅。手工铺带存在速度慢、材料利用率低、废品产出多等问题。自动铺带机床主要用于大尺寸、大曲率工件，对于复杂曲面工件的研究仅仅局限于锥形零件、双曲面工件等，对于变曲率复杂工件的自动铺带机床研究较少。同时，由于铺带头重量较大，需要搭载铺带头的自动铺带机具有一定的刚度，因此，目前急需一款用于复杂工件自动铺带位姿调整机构以解决上述手工铺带与自动铺带机床的问题。
发明内容
本申请的实施例提供一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，不仅具有高灵活性，可以满足复杂曲面的铺带要求，而且具有较大的刚度，安全性更高。
为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，包括双层固定平台、动平台和设置在所述双层固定平台与所述动平台之间的第一支链、两个第二支链和两个第三支链；所述第一支链位于所述双层固定平台的中心，两个所述第二支链和两个所述第三支链均相对于所述第一支链对称设置，且两个所述第二支链之间的连线和两个所述第三支链之间的连线相互垂直；所述双层固定平台包括相互连接的上固定平台和下固定平台；所述第一支链的下端与双层固定平台万向连接，所述第一支链的上端与动平台铰接；所述第二支链的两端分别与所述双层固定平台和所述动平台铰接；所述第三支链为PUS支链，所述第三支链的第一端与下固定平台铰接；所述第三支链的第二端与上固定平台铰接；所述第三支链的第三端与动平台万向连接。
进一步地，所述第一支链为RPS支链，所述第一支链包括第一固定筒和第一伸缩杆；所述第一固定筒上设有第一支耳，所述下固定平台上设有与所述第一支耳铰接的第一铰接座；所述第一伸缩杆上设有第一球头，所述动平台上设有与所述第一球头相适配的第一球座。
进一步地，所述第二支链为SPS支链，所述第二支链包括第二固定筒和第二伸缩杆；所述第二固定筒上设有第二球头，所述下固定平台上设有与所述第二球头相适配的第二球座；所述第二伸缩杆上设有第三球头，所述下固定平台上设有与所述第三球头相适配的第三球座。
进一步地，所述第三支链包括支链连杆、支链丝杠和支链丝杠滑块；所述支链连杆的上端设有第四球头，所述动平台上设有与所述第四球头相适配的第四球座；所述支链连杆的下端与支链丝杠滑块铰接；所述支链丝杠的上端与所述上固定平台铰接，所述支链丝杠的下端与所述下固定平台通过虎克铰连接；所述支链丝杠滑块与所述支链丝杠滑动连接。
进一步地，所述下固定平台和所述动平台均为正方形板，两个所述第二支链和两个所述第三支链分别设置在所述正方形板对应的顶点处。
进一步地，所述上固定平台为中心设有通孔的圆形板；所述第一支链的上端穿过所述通孔后与所述动平台连接；所述支链丝杠靠近所述圆形板的边沿设置。
进一步地，所述下固定平台的边长大于所述动平台的边长和所述上固定平台的直径。
进一步地，所述上固定平台上的通孔为正方形。
进一步地，所述上固定平台和所述下固定平台通过两个支撑杆连接，两个所述支撑杆相对于所述上固定平台的轴线对称设置。
本申请相比现有技术具有以下有益效果：
1、本申请位姿调整并联机构采用2UPS+2SPS+RPS并联机构，能够实现x、y、z三维转动与x、z两维移动，具有较高的灵活性，可以满足复杂曲面的铺带要求。
2、本申请位姿调整并联机构采用并联闭链控制机构，相比于串联开链机构精度更高。
3、本申请位姿调整并联机构具有中间约束支链，提高了并联机构的刚度。
4、本申请位姿调整并联机构中的支链对称分布，因此工作空间对称，计算和控制更简单。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构的立体结构示意图；
图2为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构中双层固定平台的立体结构示意图；
图3为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构中动平台的立体结构示意图；
图4为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构中第一支链的立体结构示意图；
图5为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构中第二支链的立体结构示意图；
图6为本申请实施例用于铺带位姿调整的五自由度并联机构中第三支链的立体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1，本申请的实施例提供了一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，包括双层固定平台1、动平台2和设置在双层固定平台1与动平台2之间的第一支链3、两个第二支链4和两个第三支链5。第一支链3位于双层固定平台1的中心，两个第二支链4和两个第三支链5均相对于第一支链3对称设置，且两个第二支链4之间的连线和两个第三支链5之间的连线相互垂直。第一支链3的下端与双层固定平台万向连接，第一支链3的上端与动平台2铰接；第二支链4的两端分别与双层固定平台和动平台2铰接；第三支链5为PUS支链，第三支链5的第一端与下固定平台12铰接；第三支链5的第二端与上固定平台11铰接；第三支链5的第一端与动平台2万向连接。
参照图2，双层固定平台1包括上固定平台11和下固定平台12。下固定平台12为正方形板，上固定平台11为中心设有通孔111的圆形板。具体的，通孔111可以为正方形。上固定平台11和下固定平台12平行设置，且两者之间通过两个支撑杆13固连。两个支撑杆13相对于上固定平台11的轴线对称设置。
参照图3，动平台2为正方形板，动平台2的边长和上固定平台11的直径均小于下固定平台12的边长，且动平台2的边长大于上固定平台11的直径。
参照图4，第一支链3为RPS支链，包括第一固定筒31和第一伸缩杆32。其中，第一固定筒31上设有第一支耳33。参照图2，下固定平台12的中心设有与第一支耳33铰接的第一铰接座121。第一支耳33和第一铰接座121的铰接孔的中心线与Y轴平行。参照图4，第一伸缩杆32上设有第一球头34。参照图3，动平台2的中心设有与第一球头34相适配的第一球座21。参照图1，第一支链3的上端穿过通孔111后与动平台2连接。第一固定筒31和第一伸缩杆32形成作为驱动关节的第一支链移动副。
参照图5，两个第二支链4均为SPS支链，均包括第二固定筒41和第二伸缩杆42。第二固定筒41上设有第二球头43。参照图2，下固定平台12上设有与第二球头43相适配的第二球座122。参照图5，第二伸缩杆42上设有第三球头44。参照图3，动平台2上设有与第三球头44相适配的第三球座22。参照图1至图3，两个第二球座122设置在下固定平台12相对的两个顶点处，两个第三球座22设置在动平台2相对的两个顶点处，下固定平台12的两个顶点均与Y坐标平行，且两个第三球座22的位置与两个第二球座122的位置一一对应。第二固定筒41和第二伸缩杆42形成作为驱动关节的第二支链移动副。
参照图6，两个第三支链5均包括支链连杆51、支链丝杠52和支链丝杠滑块53。支链连杆51的上端设有第四球头54。参照图3，动平台2上设有与第四球头54相适配的第四球座23。支链连杆51的下端与支链丝杠滑块53通过虎克铰56连接，虎克铰56的其中一个轴线与X轴平行，另一个轴线与支链丝杠滑块53的滑动方向垂直。
参照图6，支链丝杠52的两端均设有连接耳板55。参照图2，上固定平台11上设有与支链丝杠52的下端的连接耳板55铰接的第四铰接座112。下固定平台12上设有与支链丝杠52的下端的连接耳板55铰接的第五铰接座123。由于双层固定平台1的高度固定，所以相当于支链丝杠52与双层固定平台1固定连接。连接耳板55、第四铰接座112和第五铰接座123的铰接孔的中心线均与Y轴平行。
支链丝杠滑块53与支链丝杠52滑动连接，形成用于驱动的第三支链移动副。两个第四铰接座112靠近圆形板的边沿设置，两个第四球座23设置在动平台2另外的两个顶点处，且两个第四铰接座112与两个第四球座23的位置一一对应。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，
包括双层固定平台、动平台和设置在所述双层固定平台与所述动平台之间的第一支链、两个第二支链和两个第三支链；所述第一支链位于所述双层固定平台的中心，两个所述第二支链和两个所述第三支链均相对于所述第一支链对称设置，且两个所述第二支链之间的连线和两个所述第三支链之间的连线相互垂直；
所述双层固定平台包括相互连接的上固定平台和下固定平台；
所述第一支链的下端与双层固定平台万向连接，所述第一支链的上端与动平台铰接；
所述第二支链的两端分别与所述双层固定平台和所述动平台铰接；所述第二支链为SPS支链，所述第二支链包括第二固定筒和第二伸缩杆；所述第二固定筒上设有第二球头，所述下固定平台上设有与所述第二球头相适配的第二球座；所述第二伸缩杆上设有第三球头，所述下固定平台上设有与所述第三球头相适配的第三球座；
所述第三支链为PUS支链，所述第三支链的第一端与下固定平台铰接；所述第三支链的第二端与上固定平台铰接；所述第三支链的第三端与动平台万向连接。
2.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链为RPS支链，所述第一支链包括第一固定筒和第一伸缩杆；所述第一固定筒上设有第一支耳，所述下固定平台上设有与所述第一支耳铰接的第一铰接座；所述第一伸缩杆上设有第一球头，所述动平台上设有与所述第一球头相适配的第一球座。
3.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述第三支链包括支链连杆、支链丝杠和支链丝杠滑块；所述支链连杆的上端设有第四球头，所述动平台上设有与所述第四球头相适配的第四球座；所述支链连杆的下端与支链丝杠滑块铰接；所述支链丝杠的上端与所述上固定平台铰接，所述支链丝杠的下端与所述下固定平台通过虎克铰连接；所述支链丝杠滑块与所述支链丝杠滑动连接。
4.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述下固定平台和所述动平台均为正方形板，两个所述第二支链和两个所述第三支链分别设置在所述正方形板对应的顶点处。
5.根据权利要求3所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述上固定平台为中心设有通孔的圆形板；所述第一支链的上端穿过所述通孔后与所述动平台连接；所述支链丝杠靠近所述圆形板的边沿设置。
6.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述下固定平台的边长大于所述动平台的边长和所述上固定平台的直径。
7.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述上固定平台上的通孔为正方形。
8.根据权利要求1所述的用于铺带位姿调整的五自由度并联机构，其特征在于，所述上固定平台和所述下固定平台通过两个支撑杆连接，两个所述支撑杆相对于所述上固定平台的轴线对称设置。
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