专利名称：用于索驱动并联雕刻机的排索机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于雕刻机技术领域，具体涉及一种用于索驱动并联雕刻机的排索机 构。
背景技术：
雕刻机种类繁多，按结构可以分为悬臂雕刻机和龙门雕刻机两种，悬臂雕刻机采 用串联刚性杆支撑机构，与并联机构相比，刚性小，结构不稳定，相同自重或体积下，承载能 力弱；而且串联式末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大而精度低； 悬臂雕刻机的驱动电机及传动系统不固定，增大了系统的运动负荷。龙门结构虽然被广泛 应用到各种用途的雕刻机上，但其体积庞大，灵活性弱，其驱动部分一般为液压缸、气缸或 由电机带动的齿轮齿条，因而其附加装置复杂，控制系统实现困难，制造成本高，并不能适 应日益发展的多样性需求[1]。而索驱动并联机构机器人系统具有结构简单、重量轻、惯性 小、响应快、工作空间大、驱动器并联工作、精度高、机械效率高、柔性大等优点[2_3]。虽然，大射电望远镜的50m模型中在滚筒上开索槽来实现悬索的有序排放[4]，但 悬索的收放仅通过滚筒的旋转来达到，从而导致出索口发生了变化，索驱动并联机构的结 构参数改变、控制精度降低，在实验中，必须修正模型来降低结构的参数误差。而且，该收放 索机构对直径小的悬索不适合，因为索槽加工困难。在机床中常使用滚珠丝杠副将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋 转运动[5]，极大地推动了机床行业的数控化发展，提高了定位精度，但是滚珠丝杠副一般尺 寸大，且不能同时实现旋转和直线运动，所以，开发研制一种收放悬索的机构对提高索驱动 并联机构的控制精度非常重要。参考文献[1]吴光明.CNC电脑雕刻机及其与数控铣床和加工中心的联合应用策略[J]. CAD/CAM 与制造业信息化，2005，(11): 94-97[2] Motoji Y, Noritaka Y, Akira M. Trajectory control of incompletely restrained parallel wire-suspended mechanism based on inverse dynamics [J]. IEEE transactions on robotics. 2004, 20(5): 840-850[3] Albus J S, Bostelman R V, Dagalakis N G. The NIST Robocrane [J], Journal of Robotics System. 1993, 10(5): 709-724[4]赵泽.大射电望远镜悬索馈源支撑系统的机械结构设计与分析[Master]. 硕士学位论文.西安电子科技大学.2003[5]贾亚洲.金属切削机床概论[M].机械工业出版社.1994。 发明内容本实用新型的目的是提供一种用于索驱动并联雕刻机的排索机构，解决现有技术 雕刻机收放索过程中索的紊乱无序给结构模型造成误差大的问题。[0012]本实用新型所采用的技术方案是用于索驱动并联雕刻机的排索机构，包括滚 索套、滚筒轴、轴套和滚筒座；滚筒座包括底座和与底座呈垂直设置的立座；滚筒轴的一端 设置在立座上，滚筒轴上设置有滚索套和轴套；滚索套通过键与滚筒轴连接，轴套通过螺纹 与滚筒轴连接；滚索套与轴套连接，滚索套靠近轴套一侧端部的外圆周面上设置有卡圈，轴 套靠近滚索套一侧的端部上设置有与卡圈对应的卡槽，轴套的该端部上还设置挡板，该挡 板将卡圈限制在卡槽里。其中，底座上设置有与滚筒轴平行的直线长条凸块，轴套的外圆周面上设置有与 长条凸块对应的滑槽，长条凸块内嵌在滑槽里。本实用新型的有益效果是，结构简单，使用方便，能够实现柔性悬索的有序排放和 悬索的出索口的唯一，使得模型结构参数的准确，还能保证动平台(刀具)位姿控制的精确 性。在其他索驱动并联机构和对索牵拉位置要求高的场合都可应用此机构。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A向视图；图3是本实用新型实现悬索排放的原理图；图4是本实用新型球铰装置的结构示意图。图中，1.滚索套，2.滚筒轴，3.轴套，4.滚筒座，5.底座，6.立座，7.卡圈，8.卡槽， 9.挡板，10.长条凸块，11.刀具移动端，12.刀具，13.悬索，14.基座，15.定滑轮，16.支杆， 17.顶盘，18.球铰套，19.球铰球，20.中心孔，21.索结。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本实用新型公开了一种用于索驱动并联雕刻机的排索机构，包括滚 索套1、滚筒轴2、轴套3和滚筒座4 ；滚筒座4包括底座5和与底座5呈垂直设置的立座6 ； 滚筒轴2的一端设置在立座6上，滚筒轴2上设置有滚索套1和轴套3 ；滚索套1通过键与 滚筒轴2连接，轴套3通过螺纹与滚筒轴2连接；滚索套1与轴套3连接，滚索套1靠近轴 套3 —侧端部的外圆周面上设置有卡圈7，轴套3靠近滚索套1 一侧的端部上设置有与卡圈 7对应的卡槽8，轴套3的该端部上还设置挡板9，该挡板9将卡圈7限制在卡槽8里。如图 2所示，底座5上设置有与滚筒轴2平行的直线长条凸块10，轴套3的外圆周面上设置与长 条凸块10有滑槽，长条凸块10内嵌在滑槽里。本实用新型的工作原理是如图3所示，索驱动并联雕刻机的动平台包括刀具移 动端11、设置在刀具移动端11上端的支杆16和设置在支杆16顶端的顶盘17，刀具移动端 11下端设置有刀具12。刀具移动端11和顶盘17上各设置有多根悬索13，与之对应的，基 座14上设置有多个定滑轮15。每根悬索13端部各连接有一个本实用新型排索机构。每根 悬索13绕过一个定滑轮15，一端连接在刀具移动端11或顶盘17上，另一端绕在本实用新 型的排索机构上。悬索13与刀具移动端11通过球铰装置连接，如图4所示，球铰装置包括 球铰套18和设置在球铰套18内的球铰球19，球铰球19上设置有中心孔20，悬索13穿过 中心孔20，设置在悬索13末端的索结21能防止悬索13从中心孔20中抽出，球铰套18通过螺纹与刀具移动端11连接。设置球铰装置的原因是为了确保机构的完整性和控制模型 的精确性，使得动平台在理论工作空间动作时，悬索13能够在球铰开口锥角范围内运动， 如此构建的结构模型能够接近理论分析模型。当与本实用新型排索机构连接的电机驱动滚 筒轴2转动时，滚筒轴2通过键带动滚索套1转动；另一方面，因轴套3与滚筒轴2是通过 螺纹连接的，当滚筒轴2转动时，轴套3通过螺纹沿着滚筒轴2横向直线运动，设置在轴套3 外圆周面上的滑槽沿着底座5上的直线长条凸块10滑动。由于固定在轴套3端部上的挡 板9将滚索套1上的卡圈7限制在轴套3的卡槽8里，轴套3沿着滚筒轴2作直线运动，也 带动着滚索套1在滚筒轴2上作直线运动。这样，滚索套1即可以作旋转运动，也可以作直 线运动，以确保出索口位置的相对固定以及排索的有序性。如图3所示，理论上，如果雕刻机排索机构的出索口 C点与定滑轮15 A点的连线 与地面垂直。起始位姿时，设定滑轮15到球铰装置之间的索长为Ji 或定滑轮15到顶盘 17之间的索长为Ji ，则总的索长I = AB+ AC ;终止点时，设定滑轮15到球铰装置之间 的索长为或设定滑轮15到顶盘17之间的索长为t 则起始到终止时索长的变化量
为
M = (AB + ACMAB' + AC) = AB-AB'因此，理论上并不需要考虑出索口到定滑轮15端索长JC的长度。如果收放索机构设计不合理，出索口 C点发生异位变为C，点，会导致起始到终止 时索长变化量为
M = (AB + AC)-(AB' + AC) = AB-AB' + (AC — AC)可见，出索口 C固定以及索的有序排放对机构的模型误差影响很大。使用时，已知雕刻机刀具12运行的起始点、终止点的位姿，将空间轨迹离散化，依 据机构运动学逆解模型分别求解出各离散点对应的理论悬索13索长，控制系统将后一时 刻与前一时刻索长的变化量转化为脉冲控制信号驱动每根悬索13上的本实用新型排索机 构以协调收、放悬索，从而实现动平台11下端部的刀具按照规划轨迹运动的目的。本实用 新型排索机构既保证了柔性悬索13的有序排放，避免索紊乱带来的末端(动平台)定位精度 的降低，又保证了悬索13出索的位置相对地面垂直且固定以避免索倾斜造成模型误差。已知悬索13直径为d,滚索套1直径为D,滚筒轴2螺纹段直径为M,导程为S ；则收放索长度d=2nR，％々R=Q)+d)/2 ；电机每转过一圈，滚筒轴2带动滚索套1转过一圈，同时滚索套1和轴套3沿滚筒 轴2移动一个螺距(螺距=悬索的直径)，以此可以使悬索13顺序排列无重叠，出索口相对 固定。通过以上分析可知，工作时，电机转速不发生改变，移动由滚筒轴2上的螺距大小 决定，而滚筒轴2螺纹段直径大小对滚索套1收放索无影响，只要确保螺距与悬索13直径 一致即可实现出索口唯一且有序排放。
权利要求用于索驱动并联雕刻机的排索机构，其特征在于包括滚索套(1)、滚筒轴(2)、轴套(3)和滚筒座(4)；所述滚筒座(4)包括底座(5)和与底座(5)呈垂直设置的立座(6)；滚筒轴(2)的一端设置在立座(6)上，滚筒轴(2)上设置有滚索套(1)和轴套(3)；所述的滚索套(1)通过键与滚筒轴(2)连接，轴套(3)通过螺纹与滚筒轴(2)连接；滚索套(1)与轴套(3)连接，滚索套(1)靠近轴套(3)一侧端部的外圆周面上设置有卡圈(7)，轴套(3)靠近滚索套(1)一侧的端部上设置有与卡圈(7)对应的卡槽(8)，轴套(3)的该端部上还设置挡板(9)，该挡板(9)将卡圈(7)限制在卡槽(8)里。
2.根据权利要求1所述的排索机构，其特征在于所述底座(5)上设置有与滚筒轴(2) 平行的直线长条凸块(10)，轴套(3)的外圆周面上设置有与长条凸块(10)对应的滑槽，长 条凸块(10)内嵌在滑槽里。
专利摘要本实用新型公开了一种用于索驱动并联雕刻机的排索机构，包括滚索套、滚筒轴、轴套和滚筒座；滚筒座包括底座和与底座呈垂直设置的立座；滚筒轴的一端设置在立座上，滚筒轴上设置有滚索套和轴套；滚索套通过键与滚筒轴连接，轴套通过螺纹与滚筒轴连接；滚索套与轴套连接，滚索套靠近轴套一侧端部的外圆周面上设置有卡圈，轴套靠近滚索套一侧的端部上设置有与卡圈对应的卡槽，轴套的该端部上还设置挡板，该挡板将卡圈限制在卡槽里。有益效果是，结构简单，使用方便，能够实现柔性悬索的有序排放和悬索的出索口的唯一，使得模型结构参数的准确，还能保证动平台位姿控制的精确性。在其他索驱动并联机构和对索牵拉位置要求高的场合都可应用此机构。
文档编号B44B1/00GK201712392SQ20102015063
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者侯晓莉, 孔令飞, 李言, 汤奥斐, 肖继明, 袁启龙, 高新勤 申请人:西安理工大学