[發明專利]變胞并聯機構

在審

• 申請號: 201710704133.0
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107498537A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 王冰
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于機構學及機器人學領域，特別涉及一種變胞并聯機構。

背景技術：

傳統的固定自由度并聯機構因具有高剛度、高承載能力、高精度、高速度等優點，使其在重載操作、工業機器人、運動模擬器、微納操作、增材制造等領域等到了重要及廣泛應用。

但隨著現代科技的發展，在極端作業、先進制造、醫療康復、太空探索等領域越來越希望機構具有更高的柔性，能根據作業任務變化而可重構其拓撲結構、變化其自由度數和自由度性質、重構其工作模式。在這種背景下，可重構并聯機構引起了學者們的廣泛關注，成為機構學和機器人學領域新的研究熱點。學者們利用變胞運動副、可鎖死關節、約束奇異單環閉鏈、變胞單環閉鏈、可重構運動平臺等發明了一些特色鮮明的可重構并聯機構，但現有的可重構并聯機構構型仍然比較少，且存在工作模式較少、伺服電機安裝在遠離機架位置、重構過程中存在支鏈奇異或約束奇異等不足。

發明內容：

本發明針對現有技術之不足，提出一種新型變胞并聯機構，其具有10種不同工作模式，全部伺服電機可安裝在機架，變胞過程中無支鏈奇異和約束奇異。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：一種變胞并聯機構，其為對稱結構，通過3條相同的變胞支鏈連接并聯機構的固定平臺和運動平臺。變胞支鏈由具有解耦特性的球面五桿機構和4自由度TPR串聯支鏈混聯而成，在描述運動副時，T為虎克鉸，P為移動副，R為轉動副。

具有解耦特性的球面五桿機構由5根桿組成，各桿間通過轉動副連接，相鄰轉動副軸線正交，所有轉動的軸線都通過球面五桿機構的幾何中心點，球面五桿機構自由度為2，選取球面五桿機構與機架相連的兩個轉動副為輸入副。兩個輸入副輸入為零時，為變胞支鏈的初始位形。

串聯支鏈由T副，P副和R副組成，與球面五桿機構相鄰的為T副，T副軸線v和R副軸線平行，在初始位形T副軸線u與R₁軸線正交且與R₂軸線平行，串聯支鏈的2根桿通過P副相連；

當鎖死和軸線u平行的輸入副，驅動另一個輸入副，變胞支鏈將存在一個約束力矢，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式A。當鎖死和軸線u正交的輸入副，驅動另一個輸入副，變胞支鏈將存在一個約束力耦，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式B。當同時驅動兩個輸入副，變胞支鏈無約束，變胞支鏈自由度為6，變胞支鏈工作在模式C。兩個輸入副輸入為零的位形，是變胞支鏈3種不同工作模式進行切換的初始位形。

當變胞并聯機構的3條變胞支鏈分別在3種不同工作模式間切換時，變胞并聯機構可變胞為3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T共10種不同的工作模式，在描述工作或運動模式時，T代表移動，R代表轉動。

附圖說明：

圖1為球面五桿機構。

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為變胞并聯機構。

具體實施方式：

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述：

圖1所示為具有解耦性質的球面五桿機構，其由5根桿和5個轉動副組成。各桿間通過轉動副相連，所有轉動副的軸線都通過球面五桿機構的幾何中心，相鄰轉動副軸線正交。選取與機架相連的轉動副R₁和R₂為輸入副。

圖2所示為初始位形時的變胞支鏈，其由球面五桿機構和一個4自由度TPR串聯支鏈組合而成，串聯支鏈由T副、轉動副R₃、P副和兩根桿組成。串聯支鏈中與球面五桿機構相鄰的為T副，T副軸線v和轉動副R₃軸線平行；初始位形時T副軸線u與R₁軸線正交，且初始位形時T副軸線u與R₂軸線平行。

圖3所示為重構為工作模式A的變胞支鏈，此時R₁為輸入副，R₂被鎖死。此時T副軸線u與R₁軸線正交，T副軸線u與R₂軸線不再平行。此時變胞支鏈自由度為5，其存在1個約束力矢，約束力矢過軸線u與R₁軸線的交點，方向與T副軸線v和R₃軸線方向相同。