五自由度运动机构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020472032.2 (22)申请日 2020.04.03 (73)专利权人 郑州机械研究所有限公司 地址 450001 河南省郑州市高新技术开发 区科学大道149号 (72)发明人 郑国良张德炜游广飞陈超 武艺泳乔永强郭永才 (74)专利代理机构 郑州中民专利代理有限公司 41110 代理人 郭中民 (51)Int.Cl. G01M 9/04(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种五自由度运动机构 (57)摘要 一种五自。

2、由度运动机构， 包括通过水平设置 的直线导轨安装在基座上方、 并由X向液压驱动 装置驱动沿X方向移动的U型框架； 通过竖直设置 在U型框架内的四根直线导轨安装有在Y向液压 驱动装置驱动下沿Y向移动的Y向移动架； 在Y向 移动架上设置有沿向圆周运动的箱体， 箱 体通过弧形导轨、 旋转轴与Y向移动架相连接， 并 通过设置在箱体尾端的铰接驱动装置驱动 完成沿弧形导轨作向运动； 在箱体内部设置 有沿向做圆周运动的向移动块， 向移动块 通过弧形导轨与箱体相结合， 并通过设置在 向移动块下端的两组铰接驱动装置驱动完成 沿弧形导轨作向运动； 在向移动块上端通过 弯刀支板设置有通过驱动装置的驱动完成 向的圆周。

3、运动滚转机构。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 211452788 U 2020.09.08 CN 211452788 U 1.一种五自由度运动机构， 其特征在于： 包括基座 （1） ， 通过一组水平设置的直线导轨 安装在基座 （1） 上方、 并由X向液压驱动装置 （3） 驱动沿X方向移动的U型框架 （2） ； 通过竖直 设置在U型框架 （2） 内的四根直线导轨安装有在Y向液压驱动装置 （5） 驱动下沿Y向移动的Y 向移动架 （4） ； 在所述Y向移动架上设置有沿 向圆周运动的 箱体 （6） ， 箱体 （6） 通过弧形导 轨 （29） 、 旋转轴 （17） 与Y向移动架 （4） 相。

4、连接， 并通过设置在 箱体 （6） 尾端的 铰接驱动装置 （7） 驱动完成沿弧形导轨作 向运动； 在所述 箱体 （6） 内部设置有沿 向做圆周运动的 向移 动块 （8） ， 向移动块 （8） 通过弧形导轨与 箱体 （6） 相结合， 并通过设置在 向移动块 （8） 下端 的两组 铰接驱动装置 （9） 驱动完成沿弧形导轨作 向运动； 在所述 向移动块 （8） 上端通过 弯刀支板 （11） 设置有滚转机构 （10） ； 所述滚转机构 （10） 通过驱动装置 （12） 的驱动完 成向的圆周运动。 2.根据权利要求1所述的五自由度运动机构， 其特征在于： 所述基座 （1） 为铸铁基座， 在 所述铸铁基座。

5、与U型框架 （2） 之间设置有X向直线液压锁紧器 （13） ， 直线液压锁紧器 （13） 通 过液压提供动力将锁紧器与X向锁紧轴 （14） 之间的弹簧压紧装置分离， 在运动到位后解除 液压动力， 使锁紧器与锁紧轴之间紧固并保持稳定。 3.根据权利要求1所述的五自由度运动机构， 其特征在于： 在所述U型框架 （2） 与Y向移 动架 （4） 之间设置有Y向直线液压锁紧器 （15） ， 直线液压锁紧器 （15） 通过液压提供动力将锁 紧器与Y向锁紧轴 （16） 之间的弹簧压紧装置分离， 在运动到位后解除液压动力， 使锁紧器与 锁紧轴之间紧固并保持稳定。 4.根据权利要求1所述的五自由度运动机构， 其。

6、特征在于： 所述的 铰接驱动装置 （7） 包 括与电机、 减速机 （19） 相连接的用于驱动旋转螺母 （20） 做直线运动的 滚珠丝杠 （18） ， 所述 旋转螺母 （20） 通过 铰链机构 （21） 与 箱体 （6） 相结合； 其中 铰链机构 （21） 的两端分别采用 轴承与旋转螺母 （20） 、 箱体 （6） 相结合， 组成两组滚动轴系； 为了增加滚珠丝杠 （18） 在负载 下的刚性， 在旋转螺母 （20） 下方放置一组直线导轨与滑块 （22） ， 使负载作用于导轨滑块之 上， 为了避免 滚珠丝杠 （18） 由于过大的压力负载产生固定端变形从而影响传递精度， 所述 滚珠丝杠 （18） 两端。

7、的固定轴承分别采用两组角接触轴承 （23） 予以压紧。 5.根据权利要求1所述的五自由度运动机构， 其特征在于： 所述的 铰接驱动装置 （9） 采 用与 铰接驱动装置 （7） 相同的结构， 包括与电机、 减速机 （19） 相连接的用于驱动旋转螺母 （20） 做直线运动的 滚珠丝杠 （18） ， 所述旋转螺母 （20） 通过铰链机构与 向移动块 （8） 相结 合； 利用直线运动通过铰链机构驱动 向移动块 （8） 沿弧形导轨作 向运动。 6.根据权利要求1所述的五自由度运动机构， 其特征在于： 所述滚转机构 （10） 包括由 真空电机和摆线减速机组成的驱动装置 （12） 、 位于驱动装置 （12）。

8、 前端的减速机输出轴 （24） ， 减速机输出轴 （24） 通过键与滚转机构输出轴 （25） 连接， 其中滚转机构输出轴 （25） 分别通过两组圆柱滚针轴承 （26） 、 两组端面滚子轴承 （27） 装配于滚转机构基体 （28） 中。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211452788 U 2 一种五自由度运动机构 技术领域 0001 本实用新型涉及一种运动机构， 具体说是涉及一种用于在风洞试验过程中将模型 送入/退出流场并变化模型姿态角的五自由度运动机构。 背景技术 0002 风洞迎角运动机构系统作为风洞配套试验设备， 主要用于在风洞试验过程中将模 型送入/退出流场并变化模型姿态角。 试验。

9、过程中可实时显示和记录模型姿态、 系统位移等 随时间变化数据。 0003 目前用于在风洞试验过程中将模型送入/退出流场并变化模型姿态角的运动机 构， 整体结构多采用封闭式的箱体结构， 且在关键自由度如 自由度传动中多采用齿轮齿条 或者液压缸驱动， 此种结构方式维护性与空间开放性不佳， 且运动精度有待进一步提高。 发明内容 0004 本实用新型的目的正是为了实现以多自由度高精度运动机构为支撑载体来实现 对风洞试验中模型的多方位姿态变化的五自由度运动机构。 0005 本实用新型的目的可采用下述技术措施来实现： 0006 本实用新型的五自由度运动机构包括基座， 通过一组水平设置的直线导轨安装在 基座。

10、上方、 并由X向液压驱动装置驱动沿X方向移动的U型框架； 通过竖直设置在U型框架内 的四根直线导轨安装有在Y向液压驱动装置驱动下沿Y向移动的Y向移动架； 在所述Y向移动 架上设置有沿 向圆周运动的 箱体， 箱体通过弧形导轨、 旋转轴与Y向移动架相连接， 并通 过设置在 箱体尾端的 铰接驱动装置驱动完成沿弧形导轨作 向运动； 在所述的 箱体内部 设置有沿 向做圆周运动的 向移动块， 向移动块通过弧形导轨与 箱体相结合， 并通过设 置在 向移动块下端的两组 铰接驱动装置驱动完成沿弧形导轨作 向运动； 在所述 向移动 块上端通过弯刀支板设置有滚转机构； 所述滚转机构通过驱动装置的驱动完成向 的圆周运。

11、动。 0007 本实用新型中所述基座为铸铁基座， 在所述铸铁基座与U型框架之间设置有X向直 线液压锁紧器， 直线液压锁紧器通过液压提供动力将锁紧器与X向锁紧轴之间的弹簧压紧 装置分离， 在运动到位后解除液压动力， 使锁紧器与锁紧轴之间紧固并保持稳定。 0008 本实用新型在所述U型框架与Y向移动架之间设置有Y向直线液压锁紧器， 直线液 压锁紧器通过液压提供动力将锁紧器与Y向锁紧轴之间的弹簧压紧装置分离， 在运动到位 后解除液压动力， 使锁紧器与锁紧轴之间紧固并保持稳定。 0009 本实用新型中所述的 铰接驱动装置包括与电机、 减速机相连接的用于驱动旋转 螺母做直线运动的 滚珠丝杠， 所述旋转螺。

12、母通过 铰链机构与 箱体相结合； 当旋转螺母运 动时带动 铰链机构与 箱体在弧形导轨的约束下做圆周运动， 其中 铰链机构的两端分别 采用轴承与旋转螺母、 箱体相结合， 组成两组滚动轴系； 为了增加滚珠丝杠在负载下的刚 性， 在旋转螺母下方放置一组直线导轨与滑块， 使负载作用于导轨滑块之上， 为了避免 滚 说明书 1/3 页 3 CN 211452788 U 3 珠丝杠由于过大的压力负载产生固定端变形从而影响传递精度， 所述 滚珠丝杠两端的固 定轴承分别采用两组角接触轴承予以压紧。 0010 所述的 铰接驱动装置采用与 铰接驱动装置相同的结构， 包括与电机、 减速机相 连接的用于驱动旋转螺母做直。

13、线运动的 滚珠丝杠， 所述旋转螺母通过铰链机构与 向移动 块相结合； 利用直线运动通过铰链机构驱动 向移动块沿弧形导轨作 向运动。 0011 所述滚转机构包括由真空电机和摆线减速机组成的驱动装置、 位于驱动装 置前端的减速机输出轴， 减速机输出轴通过键与滚转机构输出轴连接， 其中滚转机构 输出轴分别通过两组圆柱滚针轴承、 两组端面滚子轴承装配于滚转机构基体中。 0012 本实用新型的有益效果如下： 0013 a、 本实用新型以U型架结构为基础， 实现了开放式的升降运动机构， 增加了设备的 开放空间， 增强了设备的可维护性。 0014 b、 本实用新型使用基于伺服电机与丝杠导轨的直线运动驱动圆周。

14、运动机构。 实现 了大半径圆周运动的高精度运转。 0015 c、 本实用新型使用液压驱动与电机驱动结合使用的驱动模式， 满足各自由度大 载荷或高精度的运动特性。 附图说明 0016 图1为本实用新型的结构主视图。 0017 图2为图1的左视图。 0018 图3为图1的俯视图(去掉弯刀以上机构)。 0019 图4为 铰接驱动装置示意图。 0020 图5是图4的俯视图。 0021 图6是旋转螺母通过 铰链机构与 箱体相结合的连接关系图 （图4的侧视图） 。 0022 图7为滚转机构示意图。 0023 图中序号： 1铸铁基座 2U型框架 3X向液压驱动装置 4Y向移动架 5Y向液压 驱动装置 6 箱。

15、体 7 铰接驱动装置 8 向移动块 9 铰接驱动装置 10滚转机构 11弯刀支板 12驱动装置 13X向直线液压锁紧器 14X向锁紧轴 15Y向直线液压锁紧 器 16 Y向锁紧轴 17旋转轴 18 滚珠丝杠 19减速机 20旋转螺母 21 铰链机构 22导轨与滑块组 23角接触轴承 24减速机输出轴 25滚转机构输出轴 26圆柱滚针 轴承 27端面滚子轴承 28滚转机构基体 29弧形导轨。 具体实施方式 0024 本实用新型以下将结合实施例 （附图） 作进一步描述： 0025 本实用新型用于在风洞试验过程中将模型送入/退出流场并变化模型姿态角的五 自由度运动机构， 其中轴向自由度简称为X向， 。

16、纵向自由度简称为Y向， 俯仰自由度简称为 向， 偏航自由度简称为 向， 滚转自由度简称为向。 0026 如图1、 图2、 图3所示， 本实用新型的五自由度运动机构包括基座1， 通过一组水平 设置的直线导轨安装在基座1上方、 并由X向液压驱动装置3） 驱动沿X方向移动的U型框架2； 通过竖直设置在U型框架2内的四根直线导轨安装有在Y向液压驱动装置5驱动下沿Y向移动 说明书 2/3 页 4 CN 211452788 U 4 的Y向移动架4； 在所述Y向移动架上设置有沿 向圆周运动的 箱体6， 箱体6通过弧形导轨 29、 旋转轴17与Y向移动架4相连接， 并通过设置在 箱体6尾端的 铰接驱动装置7驱。

17、动完成 沿弧形导轨作 向运动； 在所述的 箱体6内部设置有沿 向做圆周运动的 向移动块8， 向移 动块通过弧形导轨与 箱体6相结合， 并通过设置在 向移动块8下端的两组 铰接驱动装置9 驱动完成沿弧形导轨作 向运动； 在所述 向移动块8上端通过弯刀支板11设置有滚转机 构10； 所述滚转机构10通过驱动装置12的驱动完成向的圆周运动。 0027 本实用新型中所述基座1为铸铁基座， 在所述铸铁基座与U型框架2之间设置有X向 直线液压锁紧器13， 直线液压锁紧器13通过液压提供动力将锁紧器与X向锁紧轴14之间的 弹簧压紧装置分离， 在运动到位后解除液压动力， 使锁紧器与锁紧轴之间紧固并保持稳定。 。

18、0028 本实用新型在所述U型框架2与Y向移动架4之间设置有Y向直线液压锁紧器15， 直 线液压锁紧器15通过液压提供动力将锁紧器与Y向锁紧轴16之间的弹簧压紧装置分离， 在 运动到位后解除液压动力， 使锁紧器与锁紧轴之间紧固并保持稳定。 0029 如图4、 5、 6所示， 本实用新型中所述的 铰接驱动装置7包括与电机、 减速机19相连 接的用于驱动旋转螺母20做直线运动的 滚珠丝杠18， 所述旋转螺母20通过 铰链机构21与 箱体6相结合； 当旋转螺母20运动时带动 铰链机构21与 箱体6在弧形导轨29的约束下做 圆周运动， 其中 铰链机构21的两端分别采用轴承与旋转螺母20、 箱体6相结合。

19、， 组成两组 滚动轴系； 为了增加滚珠丝杠18在负载下的刚性， 在旋转螺母20下方放置一组直线导轨与 滑块22， 使负载作用于导轨滑块之上， 为了避免 滚珠丝杠18由于过大的压力负载产生固定 端变形从而影响传递精度， 所述 滚珠丝杠18两端的固定轴承分别采用两组角接触轴承23 予以压紧。 0030 所述的 铰接驱动装置9采用与 铰接驱动装置7相同的结构， 包括与电机、 减速机 19相连接的用于驱动旋转螺母20做直线运动的 滚珠丝杠18， 所述旋转螺母20通过铰链机 构与 向移动块8相结合； 利用直线运动通过铰链机构驱动 向移动块8沿弧形导轨作 向运 动。 0031 如图7所示， 所述滚转机构10包括由真空电机和摆线减速机组成的驱动装置 12、 位于驱动装置12前端的减速机输出轴24， 减速机输出轴24通过键与滚转机构输出 轴25连接， 其中滚转机构输出轴25分别通过两组圆柱滚针轴承26、 两组端面滚子轴承27 装配于滚转机构基体28中。 说明书 3/3 页 5 CN 211452788 U 5 图1 说明书附图 1/4 页 6 CN 211452788 U 6 图2 说明书附图 2/4 页 7 CN 211452788 U 7 图3 图4 图5 说明书附图 3/4 页 8 CN 211452788 U 8 图6 图7 说明书附图 4/4 页 9 CN 211452788 U 9 。