本发明涉及一种基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，箱体前装有外箱体，两侧装有两个连接绳子的铰链，上箱板后端与箱体后端转动连接，上箱板与箱体的底板之间装有液压缸，箱体内装由六杆机构、中间连杆、上箱板、液压机构组成的十杆机构，六杆机构通过中间连杆和支架连接上箱板，箱体内还装有牵引机构，牵引机构的牵引销安装在外箱体内.该动平台由四根绳牵引，既可以通过上箱体板载物，又可以通过后面的牵引装置牵引着物体。当动平台达到设定位置或者特定速度时，传感器得到触发，给通过单片机的控制，上箱板可以自动上升将物体卸下，或者牵引装置与被牵引的物体脱开牵引；同时该平台在机械结构上，具有死点反转自锁的特性，可以减少动力供给。
1.一种基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，包括上箱板(1003)、六杆机构(1005)、牵引机构(1006)、外箱体(8)、箱体(54)、液压缸(1004)，由六杆机构(1005)、中间连杆(1001)、上箱板(1003)和液压缸(1004)共同组成一个十杆机构，其特征在于：所述箱体(54)前端装有外箱体(8)，两侧各装有两个铰链(1049)，铰链(1049)连接绳子，由四根绳子牵引着四个铰链使动平台实现在水平面的运动；所述上箱板(1003)后端与箱体(54)后端转动连接，所述上箱板(1003)与箱体(54)的底板之间装有液压缸(1004)，通过液压缸(1004)推动上箱板(1003)实现上下移动；所述箱体(54)内装有六杆机构(1005)，六杆机构(1005)通过中间连杆(1001)和支架(1002)连接上箱板(1003)，通过六杆机构(1005)带动中间连杆(1001)使上箱板(1003)实现升降运动，从而起到辅助上升作用和回程时使上箱板(1003)下落的作用并在上箱板(1003)上升运动中促使机构进入死点状态；所述箱体(54)内还装有牵引机构(1006)，牵引机构(1006)的牵引销(129)安装在外箱体(8)内，牵引机构(1006)通过牵引销(129)收缩到外箱体(8)中，使货物被卸下。
2.根据权利要求1所述的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，其特征在于：所述牵引机构(1006)包括上滑台(105)、滚珠丝杠(118)、螺母(120)、大连杆(127)、小连杆(128)、牵引销(129)、滑杆(133)；所述上滑台(105)下面通过螺母(120)连接滚珠丝杠(118)，滚珠丝杠(118)连接伺服电机，上滑台(105)内装有滑杆(133)，滑杆(133)前端穿过支撑板(115)后铰接大连杆(127)，大连杆(127)铰接小连杆(128)，小连杆(128)铰接牵引销(129)，由伺服电机带动滚珠丝杠(118)驱动螺母(120)带动上滑台(105)及滑杆(133)实现左右移动，从而通过大连杆(127)和小连杆(128)带动牵引销(129)使货物被卸下。
3.根据权利要求1所述的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，其特征在于：所述六杆机构(1005)包括连杆(1)、滑块(2)、轨道杆(3)、电机架(4)、小带轮(5)、大带轮(6)、摇杆(7)、驱动大齿轮(9)、传动大齿轮(20)、传动小齿轮(22)、输入轴(24)、支撑架(28)、销轴(29)、电机(31)、轴(33)、驱动小齿轮(35)、连杆套(36)，所述驱动大齿轮(9)通过支座安装在箱体(54)的底板上，并啮合连接驱动小齿轮(35)，驱动小齿轮(35)和传动大齿轮(20)安装在轴(33)上，传动大齿轮(20)啮合连接传动小齿轮(22)，传动小齿轮(22)和大带轮(6)安装在输入轴(24)上，大带轮(6)通过传送带连接小带轮(5)，小带轮(5)安装在电机(31)输出轴上，电机(31)通过电机架4安装在箱体(54)的底板上，驱动大齿轮(9)侧面通过连杆套(36)连接摇杆(7)，且连杆套(36)可沿驱动大齿轮(9)侧面转动，以及连杆套(36)与摇杆(7)之间滑动连接，摇杆(7)前端通过连杆(1)连接滑块(2)，滑块(2)与固定在箱体(54)的底板上的竖立的轨道杆(3)配合滑动连接，摇杆(7)后端通过销轴(29)连接固定在箱体(54)的底板上的支撑架(28)；滑块(2)上铰接中间连杆(1001)。
4.根据权利要求1所述的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，其特征在于：所述箱体(54)下面装有万向轮(104)。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，其特征在于：所述动平台上装有传感器、单片机，当动平台达到设定位置或者速度时，传感器发出触发信号给单片机，单片机输出控制信号给液压缸(1004)和六杆机构(1005)，驱动上箱板(1003)可以自动上升将物体卸下，或者单片机输出控制信号给牵引机构(1006)，使牵引机构(1006)与被牵引的物体脱开牵引。
基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台
技术领域
[0001] 本发明涉及一种动平台机构，特别是一种三自由度并联液压动平台，属于液压动平台技术领域。
背景技术
[0002] 当前，国内在构型设计、运动学分析，及综合工作空间的分析与确定刚度分析和机构的系统动力学研究的方面都取得很多的理论成就。现在的绳牵引并联机构在触觉装置和虚拟现实的力反馈装置，大型运动仿真器，建筑机器人，大型射电望远镜超高速和超大空间轻型机器人及风洞实验的领域都有广阔的发展前景。现有的绳牵引机构通常采用冗余驱动，结构复杂、成本高、且不易控制操作，并且运动不灵活、回转空间小，且运行不平稳容易发生晃动，需要提供大量的动力，从而造成能源浪费。通过大量实例调查发现，对于绝大多数现有动平台，工作不稳定，可控性不高，绳牵引机构通常采用冗余驱动，结构复杂、成本高、且不易控制操作，并且运动不灵活、回转空间小，且运行不平稳容易发生晃动，需要提供大量的动力，从而造成能源浪费。
发明内容
[0003] 本发明针对现有技术的上述不足和缺陷，提供了一种基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，该动平台具有工作平稳、可控性高、运动灵活且回转空间大等特点。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，包括上箱板、六杆机构、牵引机构、外箱体、箱体、液压缸，由六杆机构、中间连杆，上箱板和液压机构共同组成一个十杆机构，所述箱体前端装有外箱体，两侧各装有两个铰链，铰链连接绳子，由四根绳子牵引着四个铰链使动平台实现在水平面的运动；所述上箱板后端与箱体后端转动连接，所述上箱板与箱体的底板之间装有液压缸，通过液压缸推动上箱板实现上下移动；所述箱体内装有六杆机构，六杆机构通过中间连杆和支架连接上箱板，通过六杆机构带动中间连杆使上箱板实现升降运动，从而起到辅助上升作用和回程时使上箱板下落的作用并在上箱板上升运动中促使机构进入死点状态；所述箱体内还装有牵引机构，牵引机构的牵引销安装在外箱体内，牵引机构通过牵引销收缩到外箱体中，使货物被卸下。
[0006] 所述牵引机构包括上滑台、滚珠丝杠、螺母、大连杆、小连杆、牵引销、滑杆；所述上滑台下面通过螺母连接滚珠丝杠，滚珠丝杠连接伺服电机，上滑台内装有滑杆，滑杆前端穿过支撑板后铰接大连杆，大连杆铰接小连杆，小连杆铰接牵引销，由伺服电机带动滚珠丝杠驱动螺母带动上滑台及滑杆实现左右移动，从而通过大连杆和小连杆带动牵引销使货物被卸下。
[0007] 所述六杆机构包括连杆、滑块、轨道杆、电机架、小带轮、大带轮、摇杆、驱动大齿轮、传动大齿轮、传动小齿轮、输入轴、支撑架、销轴、电机、轴、驱动小齿轮、连杆套，所述驱动大齿轮通过支座安装在箱体的底板上，并啮合连接驱动小齿轮，驱动小齿轮和传动大齿轮安装在轴上，传动大齿轮啮合连接传动小齿轮，传动小齿轮和大带轮安装在输入轴上，大带轮通过传送带连接小带轮，小带轮安装在电机输出轴上，电机通过电机架安装在箱体的底板上，驱动大齿轮侧面通过连杆套连接摇杆，且连杆套可沿驱动大齿轮侧面转动，以及连杆套与摇杆之间滑动连接，摇杆前端通过连杆连接滑块，滑块与固定在箱体的底板上的竖立的轨道杆配合滑动连接，摇杆后端通过销轴连接固定在箱体的底板上的支撑架；滑块上铰接中间连杆。
[0008] 所述箱体下面装有万向轮。
[0009] 所述动平台上装有传感器、单片机，当动平台达到设定位置或者速度时，传感器发出触发信号给单片机，单片机输出控制信号给液压缸和六杆机构，驱动上箱板可以自动上升将物体卸下，或者单片机输出控制信号给牵引机构，使牵引机构与被牵引的物体脱开牵引。
[0010] 本发明的有益效果是：
[0011] 本发明的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，对于以滚珠丝杠副为核心的牵引机构；在人工设计的基础上基于proe和SolidWorks对动平台进行了设计，三维建模和仿真；基于MATLAB对于十杆机构的尺寸参数的进行了辅助设计和分析计算和运动仿真，并对由六杆机构，中间连杆和上箱板组成的八杆机构的部分构件进行了优化设计。对动平台在绳牵引下整体的运动，采用Matlab对其进行了位置和姿态的计算并应用MATLAB对小车进行了空间运动仿真，并求出了不同轨迹时，各根绳的绳长随着空间（位置）和时间的变化，同时对于其他轨迹下的动平台运动进行了仿真。通过ansys软件对绳牵引平台外部的箱体及其他受力部件进行了刚度分析。通过以上设计计算该平台可以完成以下功能：该动平台由四根绳牵引，既可以通过上箱体板载物，又可以通过后面的牵引装置牵引着物体。当动平台达到设定位置或者特定速度时，传感器得到触发，给通过单片机的控制，上箱板可以自动上升将物体卸下，或者牵引装置与被牵引的物体脱开牵引；同时该平台在机械结构上，具有死点反转自锁的特性，可以减少动力供给。
附图说明
[0012] 图1为基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台结构立体示意图；
[0013] 图2为基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台结构主视图；
[0014] 图3为图2中沿B-B剖视图；
[0015] 图4为十杆机构中的六杆机构1005结构立体示意图；
[0016] 图5为十杆机构中的六杆机构1005结构俯剖视图；
[0017] 图6为十杆机构中的六杆机构1005结构左视图；
[0018] 图7为六杆机构1005中滑块和摇杆的极限位置示意图；
[0019] 图8为牵引机构立体示意图；
[0020] 图9为牵引机构主剖视图；
[0021] 图10为牵引机构左视图；
[0022] 图11为牵引机构俯视图；
[0023] 图12为基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台处于死点位置时的示意图；
[0024] 图13为本发明的动平台拉货与载货示意图；
[0025] 图14为图13的俯视图；
[0026] 图15为本发明的动平台牵引货物时卸货示意图；
[0027] 图16为图15的俯视图；
[0028] 图17为铰链结构主视图；
[0029] 图18为图17的左视图；
[0030] 图19为图17的俯视图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 如图1至图12所示，本发明的基于十杆机构的四绳牵引三自由度并联液压动平台，由上箱板1003、六杆机构1005、牵引机构1006、外箱体8、箱体54、液压缸1004等组成。
[0033] 箱体54前端装有外箱体8，两侧各装有两个铰链1049（图17，18，19），铰链1049连接绳子，由四根绳子牵引着四个铰链1049使动平台实现在水平面的运动；上箱板1003后端与箱体54后端通过上箱板活动座1053、箱体固定座1053和销轴转动连接，上箱板1003与箱体54的底板之间装有液压缸1004，通过液压缸1004推动上箱板1003实现上下移动；箱体54内装有六杆机构1005，六杆机构1005通过中间连杆1001和支架1002连接上箱板1003，通过六杆机构1005带动中间连杆1001使上箱板1003实现升降运动，从而起到辅助上升作用和回程时使上箱板1003下落的作用并在上箱板1003上升运动中促使机构进入死点状态；箱体54内还装有牵引机构1006，牵引机构1006的牵引销129安装在外箱体8内，牵引机构1006通过牵引销129收缩到外箱体8中使货物被卸下。
[0034] 当牵引物体时是由牵引机构1006将货物卸下时，由四根绳子牵引着四个铰链使动平台实现升降运动，动平台底端设有万向轮104，万向轮104为相同的十组，且均匀分布在动平台的底部。所述动平台上装有传感器、单片机，当动平台达到设定位置或者速度时，传感器发出触发信号给单片机，单片机输出控制信号给液压缸1004和六杆机构1005，驱动上箱板1003可以自动上升将物体卸下，或者单片机输出控制信号给牵引机构1006，使牵引机构1006与被牵引的物体脱开牵引。
[0035] 如图4至图7所示，十杆机构中的六杆机构1005，包括连杆1、滑块2、轨道杆3、电机架4、小带轮5、大带轮6、摇杆7、驱动大齿轮9、传动大齿轮20、传动小齿轮22、输入轴24、支撑架28、销轴29、电机31、轴33、驱动小齿轮35、连杆套36，所述驱动大齿轮9通过支座安装在箱体54的底板上，并啮合连接驱动小齿轮35，驱动小齿轮35和传动大齿轮20安装在轴33上，传动大齿轮20啮合连接传动小齿轮22，传动小齿轮22和大带轮6安装在输入轴24上，大带轮6通过传送带连接小带轮5，小带轮5安装在电机31输出轴上，电机31通过电机架4安装在箱体54的底板上，驱动大齿轮9侧面通过连杆套36连接摇杆7，且连杆套36可沿驱动大齿轮9侧面转动，以及连杆套36与摇杆7之间滑动连接，摇杆7前端通过连杆1连接滑块2，滑块2与固定在箱体54的底板上的竖立的轨道杆3配合滑动连接，摇杆7后端通过销轴29连接固定在箱体
54的底板上的支撑架28；滑块2上铰接中间连杆1001。通过六杆机构1005带动与六杆机构
1005相连的中间连杆1001工作，通过中间连杆1001运动带动与中间连杆1001另一端相连的上箱板1003实现升降运动，最后通过上箱板1003的上升将货物卸下。
[0036] 如图8至图11所示，牵引机构1006包括上滑台105、滚珠丝杠118、螺母120、大连杆127、小连杆128、牵引销129、滑杆133；所述上滑台105下面通过螺母120连接滚珠丝杠118，滚珠丝杠118连接伺服电机，上滑台105内装有滑杆133，滑杆133前端穿过支撑板115后铰接大连杆127，大连杆127铰接小连杆128，小连杆128铰接牵引销129，由伺服电机带动滚珠丝杠118驱动螺母120带动上滑台105及滑杆133实现左右移动，从而通过大连杆127和小连杆
128带动牵引销129使货物被卸下。
[0037] 本发明工作时通过电机31带动小带轮5转动，小带轮5通过传送带带动大带轮6转动，通过大带轮6转动带动大带轮6内腔的输入轴24转动，输入轴24转动又可以带动输入轴24的外壁上设有的传动小齿轮22转动，传动小齿轮22转动带动与传动小齿轮22相外啮合的传动大齿轮20转动，传动大齿轮20转动带动传动大齿轮20内腔的轴33转动，轴33转动又可以带动套接在轴33外壁底部的驱动小齿轮35转动，最后通过驱动小齿轮35带动与驱动小齿轮35相外啮合的驱动大齿轮9转动，通过驱动大齿轮9即可带动连杆套36工作，再通过连杆套36带动连杆套36内腔设有的摇杆7运动，通过摇杆7带动与摇杆7左侧连接的连杆1运动，再通过连杆1带动与连杆1另一端相连接的滑块2移动，通过滑块2移动带动与滑块2另一端相连接的中间连杆1001转动，通过中间连杆1001的转动使与中间连杆1001另一端相连接的支架1002抬起，最后使与支架1002另一端相连接的上箱板1003实现抬起，从而起到辅助上升作用。上升时，主要是液压缸1004推动上箱板1003实现上下移动，十杆机构1005类似牛头刨床六杆机构。牵引机构包括伺服电机，通过伺服电机带动滚珠丝杠118工作，滚珠丝杠118工作又通过螺母120带动上滑台105实现左右移动，通过上滑台105的左右移动带动滑杆133实现左右移动，最后通过滑杆133的左右移动即可实现与滑杆133另一端相连的大连杆127实现左右移动，大连杆127的左右移动即可带动与大连杆127另一端相连接的小连杆128移动，最后通过与小连杆128另一端相连的牵引销129使货物被卸下。动平台包括十杆机构中的六杆机构1005，通过六杆机构1005带动与六杆机构1005相连的连杆1001工作，通过中间连杆1001运动带动与中间连杆1001另一端相连的上箱板1003实现升降运动，最后通过上箱板1003的上升将货物卸下。当牵引物体时是由牵引机构1006将货物卸下时，由四根绳子牵引着四个铰链使动平台实现升降运动，动平台底端设有万向轮104，万向轮104为相同的十组，且均匀分布在动平台的底部，图7中虚线所画位置为极限位置。
[0038] 其中绳牵引铰链布置在箱体的前后两面，防止将货物卸下时压到绳子上。在箱体的底部布置有万向轮以便使其可以沿着各个方向移动。当曲柄ab与x轴成23.333333333333度时为零度，采用一种十杆机构，类似于牛头刨床机构，但与牛头刨床不同的是，在六杆机构的运动输出端，又加上了一个二级杆组，又在二级杆组的末端加了液压缸的摇杆滑块机构，采用大齿轮使其兼具牛头刨床的稳定性，极位夹角设定为，其回程时具有急回运动。且通过计算发现，该机构事先预想的曲柄AB并不能完成360度的回转运动，因此将其称为摇杆，通过计算，得出了摇杆的工作角度为279度到336度，通过MATLAB仿真发现，在其工作角度，恰好能完成所需的运动，并通过试数法进行优化设计。规定只使电机在大齿轮的设定行程内转动(或者将齿轮做成棘轮)，以保证其完成所需的运动。且定义：电机正向转动，牛头向上运动，通过proe三维软件对液压缸对箱板的支撑过程发现仿真发现，当液压缸为动力，箱板向上运动，液压缸为动力的时候，是不会达到死点位置。因此需要八杆机构发挥作用。
[0039] 如图13，14所示，本发明的动平台用于拉货与载货时，动平台上面承载3被承载物体2003，动平台前面牵引被牵引物体2002，，牵引销129与被牵引物体2002的结合部位2001。
[0040] 如图15，16所示，本发明的动平台用于牵引货物卸货时，牵引销129与货物脱离位置3005 ，此时牵引销129与货物脱离上滑台移动到了最右端位置3006 。
