[發(fā)明專(zhuān)利]變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710699475.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107351065A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王冰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北華航天工業(yè)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機(jī)構(gòu)學(xué)及機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的固定自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因具有高剛度、高承載能力、高精度、高速度等優(yōu)點(diǎn)，使其在重載操作、工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)模擬器、微納操作、增材制造等領(lǐng)域等到了重要及廣泛應(yīng)用。

但隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在極端作業(yè)、先進(jìn)制造、醫(yī)療康復(fù)、太空探索等領(lǐng)域越來(lái)越希望機(jī)構(gòu)具有更高的柔性，能根據(jù)作業(yè)任務(wù)變化而可重構(gòu)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變化其自由度數(shù)和自由度性質(zhì)、重構(gòu)其工作模式。在這種背景下，可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，成為機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。學(xué)者們利用變胞運(yùn)動(dòng)副、可鎖死關(guān)節(jié)、約束奇異單環(huán)閉鏈、變胞單環(huán)閉鏈、可重構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等發(fā)明了一些特色鮮明的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但現(xiàn)有的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型仍然比較少，且存在工作模式較少、伺服電機(jī)安裝在遠(yuǎn)離機(jī)架位置、重構(gòu)過(guò)程中存在支鏈奇異或約束奇異等不足。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種新型變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其具有10種不同工作模式，全部伺服電機(jī)可安裝在機(jī)架，變胞過(guò)程中無(wú)支鏈奇異和約束奇異。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)3條相同的變胞支鏈連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。變胞支鏈由具有解耦特性的球面五桿機(jī)構(gòu)和4自由度RPRP串聯(lián)支鏈混聯(lián)而成，在描述運(yùn)動(dòng)副時(shí)，R為轉(zhuǎn)動(dòng)副，P為移動(dòng)副。

具有解耦特性的球面五桿機(jī)構(gòu)由5根桿組成，各桿間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交，所有轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線都通過(guò)球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心點(diǎn)，球面五桿機(jī)構(gòu)自由度為2，選取球面五桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為輸入副。兩個(gè)輸入副輸入為零時(shí)，為變胞支鏈的初始位形。

串聯(lián)支鏈由2個(gè)線性無(wú)關(guān)的R副和2個(gè)線性無(wú)關(guān)的P副組成，與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的為其中一個(gè)R副，與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰R副相鄰的為其中一個(gè)P副，與變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連的為另外一個(gè)P副，不與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的R幅與2個(gè)P副正交；在初始位形與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的R幅軸線與球面五桿機(jī)構(gòu)其中一個(gè)輸入副軸線正交且與球面五桿機(jī)構(gòu)另一個(gè)輸入副軸線平行。

當(dāng)鎖死與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的R副軸線平行的輸入副，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)輸入副，變胞支鏈存在一個(gè)約束力矢，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式A。當(dāng)鎖死與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的R副軸線正交的輸入副，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)輸入副，變胞支鏈存在一個(gè)約束力耦，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式B。當(dāng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輸入副，變胞支鏈無(wú)約束，其自由度為6，變胞支鏈工作在模式C。兩個(gè)輸入副輸入為零的位形，是變胞支鏈3種不同工作模式進(jìn)行切換的初始位形。

當(dāng)變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的3條變胞支鏈分別在3種不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)可變胞為3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T共10種不同的工作模式，在描述工作或運(yùn)動(dòng)模式時(shí)，T代表移動(dòng)，R代表轉(zhuǎn)動(dòng)。

附圖說(shuō)明：

圖1為球面五桿機(jī)構(gòu)。

圖2為變胞支鏈初始位形。

圖3為變胞支鏈工作模式A。

圖4為變胞支鏈工作模式B。

圖5為變胞支鏈工作模式C。

圖6為變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

圖1所示為具有解耦性質(zhì)的球面五桿機(jī)構(gòu)，其由5根桿和5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。各桿間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線都通過(guò)球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交。選取與機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副R₁和R₂為輸入副。

圖2所示為初始位形時(shí)的變胞支鏈，其由2自由度球面五桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)4自由度RPRP串聯(lián)支鏈組合而成；串聯(lián)支鏈由2個(gè)線性無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)副R₃和R₄及2個(gè)線性無(wú)關(guān)的移動(dòng)副P(pán)₁和P₂組成；與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的為R₃，與R₃相鄰的為P₁，與變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連的為P₂，R₄軸線垂直于P₁和P₂；在初始位形時(shí)R₃軸線與R₁軸線正交，且初始位形時(shí)R₃軸線與R₂軸線平行。