[發明專利]一種面向管道環境操作的可重構折展機構

有效

• 申請號: 202110768113.6
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113374981B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 呂勝男;徐天燁;丁希侖
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16L55/28
• 分類號: F16L55/28;F16L55/40;F16C11/04;A61B1/005;A61B1/008;A61B10/04;F16L101/10;F16L101/30
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開一種面向管道環境操作的可重構折展機構，整體由前后變胞剪叉機構、兩側各兩對輔助剪叉機構構成。其中變胞剪叉機構由四根連桿組成，各桿件間連接形成轉動副。兩側的輔助剪叉機構由兩根連桿構成，通過轉動副連接。變胞剪叉機構與兩側的輔助剪叉機構通過連接件連接，連接方式同樣為轉動副連接。為了更好的適應管道環境，機構各桿件均設計成圓弧狀。由此構成具有兩種運動模式的可重構折展機構，在其收攏狀態下可彎曲以通過具有不同曲率的管道環境；到達目標位置后，可從彎曲運動模式切換到折展運動模式，以此適應不同內徑尺寸的管道環境；兩種運動模式下機構自由度均為一，只需一個驅動即可實現在兩種模式下的運動與切換控制。

技術領域

本發明屬于機械技術領域，涉及一種面向管道環境操作的可重構折展機構。

背景技術

隨著科技的發展，各類工業設備中出現了許許多多的管道裝置，如石油、天然氣輸送管道，液壓設備的液壓油輸送管道回路等。同時，隨著醫療技術的發展，人體腔道內環境的病理檢測和手術操作技術逐漸成熟，而人體內部腔道也多為管道環境。這類管道環境都具有以下兩方面的特點：

1.管道不同位置處內徑尺寸復雜多變

2.管道不同位置處曲率變化大

由于管道環境具有內徑尺寸復雜多變以及曲率變化大的特點，僅僅具有單一運動模式的傳統機構很難適應在這種復雜環境下的操作要求。在機構學發展的早期階段，人們研究的主要是具有固定自由度和單一操作模式的傳統機構。然而，隨著科技的發展，許多現代化生產過程需要具有多功能，多操作模式的機構。可重構機構可根據作業任務的變化而重構其拓撲結構、變換其自由度及工作模式，以實現一套機構可以滿足不同的工作模式。因而非常適合應用于管道環境這種復雜多變環境下的操作。

為了滿足管道環境這種復雜多變環境下的操作要求，需要一種既可以在收攏狀態下能夠彎曲以通過具有不同曲率的管道環境，而在到達指定位置后又能夠進行自身尺寸的變化以適應不同內徑尺寸的管道環境操作的機構。

發明內容

本發明旨在提供一種面向管道環境操作的可重構折展機構，通過機構自身的重構可以實現折展以及彎曲兩種不同的運動模式，其彎曲運動模式用于通過帶有曲率的管道，折展運動模式可以適應不同的管道內徑，并作為前端工作部分，配合末端的輸送和驅動裝置可以實現在復雜管道內轉彎到達指定位置，以滿足管道環境這類復雜多變環境下的操作要求。

本發明面向管道環境操作的可重構折展機構是一種面向管道環境操作的可重構折展機構，具有前后一對變胞剪叉機構與左右兩側各兩對輔助剪叉機構。前后變胞剪叉機構與兩側的兩對輔助剪叉機構間通過連接件鉸接。其中，變胞剪叉機構為由連桿桿件構成的具有兩個縱向布置的交叉結構；輔助剪叉機構為由連桿桿件構成的一個交叉結構。

令變胞剪叉機構中上方與下方交叉結構鉸接處的轉動副為側方轉動副；則相鄰變胞剪叉機構與兩個輔助剪叉機構間，通過縱向的四個連接件相連；由上至下四個連接件一端分別與兩個輔助剪叉機構中各連桿同側端部端鉸接；另一端分別與變胞剪叉機構同側的四個連接位置鉸接，分別為頂端端部連接位、側方轉動副處兩個連桿桿件上靠近側方轉動副設計的中間連接位，以及底端端部連接位。

上述一個側方轉動副處的兩連桿桿件鉸接一端端部分別設計有可接觸配合的機械限位；且在兩個側方轉動副處設計有相互配合的凸臺與卡槽。

本發明面向管道環境操作的可重構折展機構，初始狀態為徑向直徑最大狀態，運動輸入為設計有卡槽的轉動副的轉角θ，θ順時針轉動，進而可重構折展機構做單自由度的折展運動，徑向尺寸逐漸減小，整體收攏，直至到達分岔位形處時，可重構折展機構發生奇異，此時瞬時自由度為2，具有兩種運動傾向；且此時變胞剪叉機構中的卡槽與凸臺插入配合限制了可重構折展機構繼續收攏；可重構折展機構過渡到彎曲運動模式。