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专利号: 2015100151858
申请人: 顺德职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于为两自由度并联机构,包括双肘节承载机构、上肘节调整机构、下肘节驱动机构,双肘节承载机构包括有两个肘节,上肘节调整机构和下肘节驱动机构分布在双肘节承载机构的同侧,上肘节调整机构及下肘节驱动机构分别通过驱动装置及传动机构与双肘节承载机构中的两个肘节连接,驱动双肘节承载机构中的两个肘节运动。

2.根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述上肘节调整机构的驱动装置是第一伺服电机,下肘节驱动机构的驱动装置是第二伺服电机。

3.根据权利要求2所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述上肘节调整机构的传动机构包括有滚珠丝杠、调整滑台、上连杆,第一伺服电机的输出轴与滚珠丝杠连接,滚珠丝杠与调整滑台组成螺旋传动副,调整滑台置于导轨上,伺服电机输出轴的转动通过螺旋传动副转换为直线运动,使调整滑台沿导轨作往复直线移动,调整滑台通过第一销轴与上连杆的一端连接,上连杆的另一端通过第二销轴与上肘杆及中肘杆铰接,第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段,上肘节是上肘节调整机构的输出端。

4.根据权利要求3所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述第一伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。

5.根据权利要求3所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述调整滑台通过铰接连接板与上连杆连接,其中调整滑台与铰接连接板连接,铰接连接板通过第一销轴与上连杆的一端连接,调整滑台带动铰接连接板运动,铰接连接板带动上连杆运动,第一伺服电机是上肘节调整机构的输入段,上肘节是上肘节调整机构的输出端。

6.根据权利要求2所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述下肘节驱动机构的传动机构包括有连接轴、小齿轮、大齿轮、曲轴和下连杆,第二伺服电机的输出轴与连接轴的一端连接,连接轴的另一端安装有制动器,连接轴上安装的小齿轮与曲轴上安装的大齿轮啮合,曲轴支承在机架上,下连杆的一端与曲轴上的曲柄颈连接,下连杆的另一端通过第三销轴与中肘杆及下肘杆连接;第二伺服电机是下肘节驱动机构的输入端,下肘节是下肘节驱动机构的输出端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述双肘节承载机构包括有上肘杆调整块、上肘杆、中肘杆、下肘杆、冲压滑块,上肘的一端通过第四销轴与上肘杆调整块铰接,上肘杆的另一端通过第二销轴与中肘杆的一端铰接构成上肘节,中肘杆的另一端通过第三销轴与下肘杆的一端铰接构成下肘节,下肘杆的另一端通过第五销轴与冲压滑块铰接,冲压滑块置于机架导轨中构成移动副;上肘杆调整块能沿铅垂方向调整高度,上肘杆绕第四销轴作摆动,中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动,冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动。

8. 根据权利要求1所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构,其特征在于所述曲轴通过轴颈上装设的轴瓦支承在机架上。

9.一种双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法,其特征在于所述双肘节承载机构的第四销轴和第五销轴均处于铅垂线上,该铅垂线称为冲压铅垂线;上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线上非重叠共线时的状态为该肘杆机构的下死点状态;双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法包括如下内容:

1)肘杆机构回零时采用如下控制方案:第一伺服电机驱动调整滑台,第二伺服电机驱动曲轴,使上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线非重叠共线,且上连杆和下连杆处于水平状态,该状态视为该肘杆机构的零点状态,肘杆机构从任意位置返回到零点状态称为回零过程;

2)肘杆机构到达系统设定的最大冲压行程对应的上死点采用如下控制方案:第一伺服电机驱动调整滑台,使调整滑台远离冲压铅垂线,拉动上肘节偏离冲压铅垂线移动到对应位置,同时第二伺服电机驱动曲轴使曲轴上的曲柄颈与下连杆重叠共线,两台伺服电机完成各自运动后冲压滑块处于对应的上死点位置;该控制过程也称为上行空行程,运动过程中,两台伺服电机单独受控,且分别匀速运动,两者之间不存在协调关系;

3)肘杆机构在冲压滑块的下行空行程采用如下控制方案:第一伺服电机驱动调整滑台,使调整滑台靠近冲压铅垂线,推动上肘节靠近并通过冲压铅垂线移动到对应位置,直至上肘杆与中肘杆到达非重叠共线,同时第二伺服电机驱动曲轴,拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线,冲压滑块由于上、下肘节的向下运动分量而实现快速下行,直至快速靠近工件;运动过程中,两台伺服电机单独受控,且分别匀速运动,两者之间不存在协调关系;

4)肘杆机构在冲压滑块的下行压制行程采用如下控制方案:第二伺服电机驱动曲轴,继续拉动下肘节使之靠近冲压铅垂线,直至中肘杆与下肘杆共线,同时第一伺服电机驱动调整滑台,使调整滑台靠近冲压铅垂线,拉动上肘节使之靠近冲压铅垂线,并使上肘杆与中肘杆保持非重叠共线,直至上肘杆、中肘杆和下肘杆在冲压铅垂线上达到非重叠共线,使冲压滑块到达下死点;运动过程中,两台伺服电机协调匀速运动,其中第二伺服电机为主电机,第一伺服电机为从电机,主电机匀速运动,从电机跟随主电机运动使上肘杆与中肘杆保持非重叠共线;

5)肘杆机构通过控制两台伺服电机的转速和转向,在下行空行程、下行压制行程和上行空行程获得包含变速、暂停甚至后退的任意滑块运动。

10.根据权利要求9所述的双肘节双电机并联驱动肘杆机构的控制方法,其特征在于还包括如下内容:

1)双肘节承载机构中的上肘杆调整块能沿冲压铅垂线调整高度,上肘杆绕第四销轴作摆动,中肘杆和下肘杆作兼有转动和移动的平面运动,冲压滑块在机架导轨上作直线往复运动;控制的关键是上肘节调整机构对上肘节的位置控制和下肘节驱动机构对下肘节的位置控制;

2)两自由度并联机构具有解耦性,其上肘节调整机构主要用于获得足够大的冲压行程,其下肘节驱动机构主要用于获得足够好的增力效果,曲轴上的曲柄颈长度不再受滑块最大行程设计要求的约束,通过大幅减短曲柄长度而大幅降低第二伺服电机的扭矩要求,进而使该肘杆机构获得优良的增力效果;

3)冲压滑块往复直线运动的最大行程,依靠调整滑台在第一伺服电机驱动下拉动上肘节远离冲压铅垂线获得,而很少依靠曲轴在第二伺服电机驱动下推动下肘节远离冲压铅垂线获得;

4)冲压滑块在冲压工作行程的瞬时压制力,依靠第二伺服电机在下行压制行程驱动具有很短曲柄颈半径的曲轴,推动下肘节逼近冲压铅垂线获得,而第一伺服电机只需保证上肘杆和中肘杆非重叠共线,因此,第一伺服电机由于上肘节处于奇异点而几乎无需出力,第二伺服电机由于曲柄半径很小而出力大幅减少;

5)冲压滑块往复直线运动的最大行程具有可调性,通过调节调整滑台远离冲压铅垂线的距离可获得冲压滑块不同的最大行程;当调整滑台远离冲压铅垂线,极限位置为上连杆与上肘杆非重叠共线,且曲轴运动使曲轴上的曲柄颈与下连杆重叠共线时,冲压滑块获得最大的冲压行程;当调整滑台远离冲压铅垂线移动到小于极限位置的任意位置,且曲轴运动使曲轴上的曲柄颈与下连杆重叠共线时,冲压滑块获得任意的冲压行程,从而实现冲压滑块的最大行程任意可调;

6)冲压滑块往复直线运动的下死点位置具有可调性,通过调节上肘节稍微偏离冲压铅垂线可调节冲压滑块的下死点;当上肘杆、中肘杆和下肘杆均处于铅垂方向时,冲压滑块达到最下方的下死点位置;当朝靠近第一伺服电机方向稍微移动调整滑台,使上肘杆不与中肘杆在冲压铅垂线上非重叠共线,而是在上肘节处呈稍小于180°锐角、且下肘杆保持处于冲压铅垂线上时,实现冲压滑块的下死点位置在一定范围内任意可调。