專利名稱：一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，尤其是涉及一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人。
背景技術：
現有的風洞試驗支撐機構多采用硬式支撐結構，硬式支撐的固有屬性決定了它存在對空氣流場干擾較大的缺點，使其難以保證風洞試驗結果的可靠性和準確性。由于牽引繩在直徑上遠遠小于硬式支撐的支架，因此使用繩牽引并聯機器人支撐方式進行風洞試驗對空氣流場干擾很小。在試驗能力方面，普通硬式支撐難以完成風洞自由飛試驗。采用繩牽引并聯機器人技術，則可用一套支撐在完成風洞靜導數、動導數的同時，能夠實現風洞自由飛試驗項目。同時，普通并聯機器人其鉸鏈點通常是固定的，這就在一定程度上限制了并聯機器人的工作空間。

發明內容
本發明的目的在于提供對空氣流場干擾小、試驗項目多樣化、工作空間大、響應速度快，能夠克服傳統硬式風洞支撐方式在破壞空氣流場、實驗項目單一、模型運動空間小、響應速度慢的缺點；并且結構簡單，易于制造、裝配和維護的一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人。本發明設有機架、飛行器模型、牽引繩、可動萬向鉸點、可動鉸點驅動組件、牽引繩驅動組件，固定萬向鉸點；所述飛行器模型被牽引繩牽引實現六自由度運動；牽引繩的一端通過模型牽引點系在飛行器模型上，牽引繩的另一端通過可動萬向鉸點、固定萬向鉸點系在繩牽引支座上；牽引繩驅動組件和可動鉸點驅動組件分別可以驅動繩牽引支座和可動萬向鉸點運動；所述牽引繩驅動組件和可動鉸點驅動組件固定在機架上；所述可動鉸點驅動組件設有可動鉸點支座、滾珠絲桿、導軌、支座、電機、聯軸器；所述牽引繩驅動組件設有繩牽引支座、滾珠絲桿、導軌、絲桿軸承支座、電機、聯軸器；所述滾珠絲桿固定在支座上并與導軌構成移動副；所述電機通過聯軸器和滾珠絲桿相連，滾珠絲桿將電機的旋轉運動轉換成可動鉸點支座或繩牽引支座的直線運動；所述固定萬向鉸點和可動萬向鉸點分別設有深溝狹縫滑輪、向心軸承、軸、鎖緊螺母、豎直支座和水平支座；所述豎直支座固定在水平支座上；所述深溝狹縫滑輪以過盈配合的方式固定在向心軸承上，所述向心軸承以過盈配合的方式固定在軸上；所述軸通過鎖緊螺母以螺栓連接的方式固定在豎直支座上。所述可動鉸點驅動組件和牽引繩驅動組件也可采用步進電機、伺服電機或直線電機等。所述深溝狹縫滑輪的狹縫寬度 > 牽引繩的直徑；最好是所述深溝狹縫滑輪的狹縫寬度較牽引繩的直徑應接近或稍大。
所述飛行器模型被牽引繩牽引實現六自由度運動，在每組繩牽引的驅動分支中，牽引繩的一端通過模型牽引點系在飛行器模型上，牽引繩另一端通過可動萬向鉸點、固定萬向鉸點系在繩牽引支座上；所述牽引繩驅動和可動鉸點驅動分別可以驅動繩牽引支座和可動萬向鉸點運動，牽引繩驅動和可動鉸點驅動固定在機架上；在牽引繩驅動和可動鉸點驅動中滾珠絲桿固定在支座上并與導軌構成移動副，電機通過聯軸器和滾珠絲桿相連，滾珠絲桿將電機的旋轉運動轉換成可動鉸點支座或繩牽引支座的直線運動，牽引繩受電機牽弓丨，經由固定萬向鉸點和可動萬向鉸點上的深溝狹縫滑輪改變繩長；深溝狹縫滑輪以過盈配合的方式固定在向心軸承上，向心軸承以過盈配合的方式固定在鉸鏈軸上；軸通過鎖緊螺母以螺栓連接的方式固定在支座上。本發明通過并聯機構運動學相關理論解算，控制繩牽引支座和可動萬向鉸點的位移和速度，可以使飛行器模型以任意軌跡按任意速度運動到機構工作空間內的任意位置。本發明具有如下優點1.空氣流場干擾小。在風洞試驗中，由于普通硬式支撐結構的固有屬性，對空氣流場干擾十分明顯而且不可避免。采用的繩牽引支撐可以大大減小支撐機構對空氣流場的干擾。2.試驗項目多樣化。風洞自由飛試驗項目在普通支撐方式下是難以實現的，繩牽引并聯機器人則在完成風洞靜導數、動導數的同時，能夠完成風洞自由飛實驗項目。3.工作空間大。由于采用可動鉸鏈點的可變結構，有效地擴展了作為運動平臺的飛行器模型的工作空間。4.機構簡單。由于機構采用繩牽引方式，免去了笨重的硬式支撐，有效降低機構的慣量，使整個機構更加靈巧簡潔，便于維護，同時降低了成本。5.響應速度快。相對于串聯支撐，并聯機器人的響應速度快，在風洞試驗中需要完成飛行器模型高速高頻振蕩運動時具有顯著的優勢。


圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。圖2為本發明實施例的繩牽引驅動分支的結構組成示意圖。圖3為本發明實施例的萬向鉸點的結構組成示意圖。
具體實施例方式本發明的具體結構可根據風洞試驗的需要和模型外形進行設計，牽引繩的數目必須多于飛行器模型的運動自由度?，F以可實現飛行器模型六自由度運動、8根牽引繩的機器人為例說明本發明的具體實施方案。參見圖1 3，本發明實施例設有機架1、飛行器模型2、牽引繩3、可動萬向鉸點4、可動鉸點驅動組件5、牽引繩驅動組件6，固定萬向鉸點7 ;所述飛行器模型2被牽引繩3牽引實現六自由度運動，圖1機構的驅動數目大于自由度數目，屬于冗余驅動并聯機器人。圖1機構中的每組繩牽引驅動分支如圖2所示。牽引繩3的一端通過模型牽引點8系在飛行器模型2上，另一端通過可動萬向鉸點4、固定萬向鉸點7系在繩牽引支座15上。牽引繩驅動組件6和可動鉸點驅動組件5分別可以驅動繩牽引支座15和可動萬向鉸點4做如圖1中雙向箭頭所示方向的運動。所述牽引繩驅動組件6和可動鉸點驅動組件5固定在機架I上。所述可動鉸點驅動組件5由可動鉸點支座9、滾珠絲桿10、導軌11、支座12、電機13、聯軸器14等組成；所述牽引繩驅動組件6由繩牽引支座15、滾珠絲桿10、導軌11、絲桿軸承支座12、電機13、聯軸器14等組成。所述滾珠絲桿10固定在支座12上并與導軌11構成移動副。所述電機13通過聯軸器14和滾珠絲桿10相連，滾珠絲桿10將電機13的旋轉運動轉換成可動鉸點支座9或繩牽引支座15的直線運動。所述固定萬向鉸點7和可動萬向鉸點4的具體結構如圖3所示，分別由深溝狹縫滑輪16、向心軸承17、軸18、鎖緊螺母19、豎直支座20和水平支座21等組成。所述豎直支座20固定在水平支座21上；所述深溝狹縫滑輪16以過盈配合的方式固定在向心軸承17上，所述向心軸承17以過盈配合的方式固定在軸18上；所述軸18通過鎖緊螺母19以螺栓連接的方式固定在豎直支座20上。所述牽引繩3應具有較好的柔性、較大的彈性模量及抗拉強度。所述模型牽引點8在飛行器模型2上的布置位置應盡量遠離飛行器模型氣動外形設計的重要部位，將其布置在飛行器模型上對空氣流場的干擾小的部位。所述8組可動鉸點驅動組件5分別帶動8個可動萬向鉸點4沿圖1中雙向箭頭所示方向運動，可使機構比無可動鉸點的機構具有更大的工作空間。所述可動鉸點驅動組件5和牽引繩驅動組件6也可采用步進電機、伺服電機或直線電機等。所述深溝狹縫滑輪16的狹縫寬度，較牽引繩3的直徑應接近或稍大。所述向心軸承17可使深溝狹縫滑輪16具有3個旋轉自由度。在牽引繩3的導向作用下，深溝狹縫滑輪16的對稱面可自動調整，并與牽引繩3的進端和出端保持在同一平面內。本發明采用可動鉸鏈點的可變結構，有效地擴展了飛行器模型的運動空間，特別是對姿態角運動空間的擴展在風洞試驗中具有重要意義。與普通硬式支撐相比較，本發明中這種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人能夠提供一種對空氣流場干擾小，并同時完成模型大運動空間的風洞靜導數、動導數、自由飛實驗項目的風洞支撐方式。
權利要求
1.一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人，其特征在于設有機架、飛行器模型、 牽引繩、可動萬向鉸點、可動鉸點驅動組件、牽引繩驅動組件，固定萬向鉸點；所述飛行器模型被牽引繩牽引實現六自由度運動；牽引繩的一端通過模型牽引點系在飛行器模型上，牽引繩的另一端通過可動萬向鉸點、固定萬向鉸點系在繩牽引支座上；牽引繩驅動組件和可動鉸點驅動組件分別可以驅動繩牽引支座和可動萬向鉸點運動；所述牽引繩驅動組件和可動鉸點驅動組件固定在機架上；所述可動鉸點驅動組件設有可動鉸點支座、滾珠絲桿、導軌、支座、電機、聯軸器；所述牽引繩驅動組件設有繩牽引支座、滾珠絲桿、導軌、絲桿軸承支座、電機、聯軸器；所述滾珠絲桿固定在支座上并與導軌構成移動副；所述電機通過聯軸器和滾珠絲桿相連，滾珠絲桿將電機的旋轉運動轉換成可動鉸點支座或繩牽引支座的直線運動；所述固定萬向鉸點和可動萬向鉸點分別設有深溝狹縫滑輪、向心軸承、軸、鎖緊螺母、 豎直支座和水平支座；所述豎直支座固定在水平支座上；所述深溝狹縫滑輪以過盈配合的方式固定在向心軸承上，所述向心軸承以過盈配合的方式固定在軸上；所述軸通過鎖緊螺母以螺栓連接的方式固定在豎直支座上。
2.如權利要求1所述的一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人，其特征在于所述可動鉸點驅動組件和牽引繩驅動組件采用步進電機、伺服電機或直線電機。
3.如權利要求1所述的一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人，其特征在于所述深溝狹縫滑輪的狹縫寬度 > 牽引繩的直徑。
全文摘要
一種用于風洞試驗的變結構繩牽引并聯機器人，涉及一種機器人。設有機架、飛行器模型、牽引繩、可動萬向鉸點、可動鉸點驅動組件、牽引繩驅動組件，固定萬向鉸點；飛行器模型被牽引繩牽引實現六自由度運動；可動鉸點驅動組件設有可動鉸點支座、滾珠絲桿、導軌、支座、電機、聯軸器；牽引繩驅動組件設有繩牽引支座、滾珠絲桿、導軌、絲桿軸承支座、電機、聯軸器；固定萬向鉸點和可動萬向鉸點分別設有深溝狹縫滑輪、向心軸承、軸、鎖緊螺母、豎直支座和水平支座。對空氣流場干擾小、試驗項目多樣化、工作空間大、響應速度快，克服傳統硬式風洞支撐方式在破壞空氣流場、實驗項目單一、模型運動空間小、響應速度慢的缺點；結構簡單，易于制造和維護。
文檔編號B25J11/00GK103009391SQ201210552298
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者林麒, 王釗, 岳遂錄, 白志君, 陳藝新 申請人:廈門大學