[發明專利]一種剛度解耦平面轉動冗余并聯機構

有效

• 申請號: 201710412690.5
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107020623B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 姜洪洲;李康康
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

一種剛度解耦平面轉動冗余并聯機構，包括四組彈性支腿，上、下平臺，上部剛性支腿、下部剛性支腿，五個轉動副，上部剛性支腿和下部剛性支腿長度相等，上、下平臺與一個剛性支腿固定連接，上部剛性支腿的另外一端和下部剛性支腿的另外一端通過轉動副O連接，上平臺繞此轉動副轉動，上下平臺的兩端與兩個彈性支腿連接，另外兩個彈性支腿交叉后分別與上下平臺兩端鉸接；左右兩側非交叉的彈性支腿提供被動剛度；互相交叉的彈性支腿提供主動剛度，且內力相互平衡，本發明通過解耦主動剛度和被動剛度可以單獨改變內力調節總剛度而不影響被動剛度，即可以降低被動剛度而不影響內力調節總剛度，從而增加變剛度倍數。

技術領域

本發明涉及機械機構領域，具體涉及一種剛度解耦平面轉動冗余并聯機構。

背景技術

平面轉動冗余驅動并聯機構作為很多復雜機構的基本單元有廣泛應用。機構需要根據不同的工況調節不同的剛度，所以要求機構變剛度范圍越大越好。其剛度由內力產生的主動剛度和彈性支腿柔性引起的被動剛度組成。而內力與彈性支腿柔性有關，所以主動剛度和被動剛度都與彈性支腿柔性有關，即主動剛度和被動剛度耦合。以內力為0的剛度為初始剛度，此時剛度只有被動剛度。作為機構變剛度范圍指標，變剛度倍數是某一內力下的剛度與初始剛度之比，即某一內力下的剛度與被動剛度之比。通過降低彈性支腿柔性可以降低被動剛度但同時會降低內力從而降低總剛度。而通過解耦主動剛度和被動剛度可以單獨改變內力調節總剛度而不影響被動剛度，即可以降低被動剛度而不影響內力調節總剛度，從而增加變剛度倍數。

發明內容

基于以上不足之處，本發明提供一種剛度解耦平面轉動冗余并聯機構，目的是通過解耦機構主動剛度和被動剛度可以單獨改變內力調節總剛度而不影響被動剛度，從而增加機構變剛度范圍。

本發明所采用的技術如下：一種剛度解耦平面轉動冗余并聯機構，包括四組彈性支腿，上平臺、下平臺，上部剛性支腿、下部剛性支腿，五個轉動副，上部剛性支腿和下部剛性支腿長度相等，上部剛性支腿的一端與上平臺中心A₃固定連接，下部剛性支腿的一端與下平臺中心B₃固定連接，上部剛性支腿的另外一端和下部剛性支腿的另外一端通過轉動副O連接，上平臺繞此轉動副轉動；上平臺的左端分別與彈性支腿A₁B₁的一端、彈性支腿A₁B₂的一端通過轉動副A₁鉸接，下平臺的左端分別與性支腿A₁B₁的另外一端、彈性支腿A₂B₁的另外一端通過轉動副B₁鉸接，上平臺的右端分別與彈性支腿A₂B₂的一端、彈性支腿A₂B₁的一端通過轉動副A₂鉸接，下平臺的右端分別與第二彈性支腿A₂B₂的另外一端、第三彈性支腿A₁B₂的另外一端通過轉動副B₂鉸接；左右兩側非交叉的彈性支腿提供被動剛度；互相交叉的彈性支腿提供主動剛度，且內力相互平衡，上平臺兩端的轉動副分別到上平臺中心A₃的距離和下平臺兩端的轉動副分別到下平臺中心B₃的距離都相等，彈性支腿A₁B₂、A₂B₁的內力f_c0作為冗余驅動力在封閉的機構中相互平衡產生對抗驅動剛度即主動剛度，在無內力時，由支腿柔性產生的是被動剛度，主動剛度與被動剛度解耦，通過獨立調節交叉彈性支腿A₁B₂、A₂B₁內力f_c0調節剛度，避免受被動剛度影響，使機構剛度變化范圍在給定機構內力下最大化，L₀是上部剛性支腿OA₃長度和下部剛性支腿OB₃長度之和，r_a是上平臺其一端的轉動副到上平臺中心A₃的距離，拉伸內力取負，壓縮內力取正，k_u'是非交叉的彈性支腿剛度，剛度解耦平面轉動冗余并聯機構剛度表達式為：