基于并联机构可任意调角度的虎钳

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1、附件一：编号中南地区港澳特区第五届大学生机械设计制造创新大赛作品报名表（本表可复印）参赛作品名称基于并联机构可任意调角度的新型虎钳所在学校华南农业大学邮政编码510640联系人赖基平联系人通讯地址华南农业大学华山公寓3栋211室电话15017512097手机15017512097Email410180223@qq.com参赛学生姓名性别班级所学专业签名1赖基平男08级机制5班机械设计制造及其自动化2卢叠枝男08级机制5班机械设计制造及其自动化3林显庆男08级机制5班机械设计制造及其自动化45指导教师姓名性别职称专业签名1夏红梅女副教授机械工程2作品

2、内容简介国内外现状、意义、设计方案（附机构、结构简图）现代数控加工当中，当我们使用三轴联动的机床加工斜孔时，我们一般会用带转动副的虎钳来进行装夹，有的甚至用串联两个转动副来实现两个方向的转动，但是这样的装夹的稳定性很差，不仅很难固定虎钳的，而且在加工当中工件也很容易移位，于是我们考虑用并联机构制作一个可以在两个方向上调节角度的虎钳，经我们调查搜索，目前国内外的并联机构都是应用在机床的工作台或者主轴端，在夹具端看不到它的应用，所以我们设计的这种虎钳在普通的机床上还是可以得到非常广泛的应用的，下面分点具体介绍一下我们的方案。机械部分如下图所示是我们机构

3、的三维总装图如下图所示是我们机构的二维结构图1、机构功能：这个基于并联机构的虎钳可以在普通机床上实现将工件沿X，Y轴转动，而且转动的角度可以由我们自己手动调节各个套筒在丝杆上的位置来达到，这种夹具精度较高，结构紧凑，刚性好，承载能力强，满足一般夹具的性能要求。2、原理介绍：由自由度计算公式：式中：λ—公共约束数；d—机构的阶数，d=6-λ；n—包括机架的构 件数；g—运动副数目；fi—第i个运动副的自由度；V—虚约 束数目；ξ—局部自由度数。 其中λ=0，n=8，g=9，V=0，ξ=0；由此我们可以得到该机构的输出端的自由度为M=6x(8-9-1)

4、+3x1+3x3+3x1+0-0=3;而我们的输入端是3个移动副（该移动副是通过丝杆来实现的），故该机构在原理上是可以运动的。1、总体及个别零件尺寸：长*宽*高=150*150*160（mm）丝杆=100mm;套筒=100mm.2、工作范围：我们用软件仿真测试得到，该机构的工作范围达到了45°。如下图所示控制部分1、总控制流程图：过程介绍：首先我们用vc软件设计好一个控制界面，在此界面上我们可以输入动平台所需要转动的角度值和位移值，之后再自动调用Solidworks自带的插件COSMOSMotion计算出输入端丝杆的位移值，电脑将该数值通过串口发送

5、给单片机（此处我们选择51系列单片机），单片机通过查询方式将数值与机械原点的数值相比较，据此来控制电机（此处我们选择使用24V的直流电机）需要转动的圈数，如因惯性等因素使电机转动的圈数出现偏差，我们还将此偏差反馈给单片机，单片机将及时作出调整，使丝杆回到正确的位置。2、控制界面：3、位置求解：由于我们需要计算的位置点很多，所以不可能用手工计算每个输入点的位置，所以我们就用SolidWorks自带的COSMOSMotion插件对我们设计的机构的运动学方面进行了分析和调试，并对它进行了反向求解（并联机构的反解相对比较简单的）。将输出端具体角度和位移对应

6、的输入端的三个输入点的位置求解出来之后，我们将数据通过PC传送给单片机再进行下面的控制。4、单片机部分：伪代码图Step1:将电脑信号赋于Z1，Z2，Z3(为各电机目标位置值)；Step2：查询P0且赋于A，A与X做异或并且将值赋于Y；Step3：逐步查询Y的各位是否为1，当Y0=1，且A0=1,A1=1时，H1=H1-1;当Y1=1，且A0=1,A1=1时，H1=H1+1;当Y2=1，且A2=1,A3=1时，H1=H1-1;当Y3=1，且A2=1,A3=1时，H1=H1+1;当Y4=1，且A4=1,A5=1时，H1=H1-1;当Y5=1，且A4=

7、1,A5=1时，H1=H1+1;(注意：H1，H2，H3分别表示电机位置实际值)Step4：当H1Z1时，电机反转；当H1=Z1时，电机停止；当H1Z1时，电机反转；当H1=Z1时，电机停止；当H1Z1时，电机反转；当H1=Z1时，电机停止。（此处是判断H与Z的大小，决定电机的状态）Step5：将A赋于X，跳到Step2。4、闭环控制：该闭环控制部分是单片机控制丝杆的行程，而且在工作过程中通过测量盘测得的丝杆的位移实际值反馈给单片机，不断调整丝杆位置直至准确值。即使

8、加工过程丝杆移位了，我们也可以自动调整回准确值。测量盘我们总共需要3个这样的测量盘，将它安装在驱动电机后面，随着电机转动而