CN103317511A

CN103317511A - 多连杆穿插运动机构

Info

Publication number: CN103317511A
Application number: CN2013102442562A
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 李锐明; 李晔卓; 郝艳玲
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-19
Also published as: CN103317511B

Abstract

多连杆穿插运动机构，包括前后两个三角形平面（A）、（B）及连接它们的三个连杆组（7）、（8）、（9）。两个三角形平面各含有三个电动推杆（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）及它们的连接，其中每个三角形平面内，三个电动推杆的轴线相互为60°，使平面的外形呈一等边三角形；三个连杆组将两个三角形平面对应顶点处的六个十字轴以转动副形式连接起来，使机构成为一个整体。该机构的每个三角形平面，可以通过电动推杆的同步伸长和缩短，完成各自的缩放动作；控制一个三角形平面放大和一个三角形平面缩小，可以通过三个连杆组中舵机和三角形平面上两个电机的驱动，使缩小的三角形平面从放大的三角形平面中间穿插过去。

Description

多连杆穿插运动机构

技术领域

本发明涉及一种变形机构，具体涉及一种多连杆穿插运动机构。

背景技术

变形机构是指具有一定伸缩能力，使外形发生变化的机构。纯转动副的剪叉式机构可以完成较大伸缩比变形，广泛的应用在简易的机械臂和推拉门中。纯移动副的缩放机构可以完成机构外形等比例缩小和放大的动作。

发明内容

本发明要解决的技术问题：变形机构大多为一个自由度的机构，变化的形态相对单一。本发明利用伸缩杆件的缩放运动以及杆组的并联连接组成了具有大范围变形运动能力的机构。

本发明的技术方案：多连杆穿插运动机构包括前端三角形平面、后端三角形平面及连接它们的三个连杆组和六个侧板。

前端三角形平面含有三个电动推杆、三个十字轴、两个离合器电机组及连接它们的推杆端块，电动推杆的轴线相互为60°，使平面的外形呈一个等边三角形；后端三角形平面含有三个电动推杆，三个十字轴及连接它们的推杆端块，电动推杆的轴线相互为60°，使平面的外形呈一个等边三角形。

连杆组包含转动连杆、舵机座连杆、舵机和舵盘，其中舵机固定在舵机座连杆一端，舵机的转轴穿过转动连杆的一端中心孔与舵盘以固定形式连接，舵盘与转动连杆用螺钉进行固定。

三个连杆组将前端三角形平面和后端三角形平面进行连接，三个连杆组、侧板与两个三角形平面的十字轴连接形成转动副，其中十字轴的一端穿过转动连杆一端的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，十字轴的另一端穿过侧板的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，侧板通过螺钉与转动连杆固定连接。

十字轴具有两个轴线方向，且两个轴线方向相互垂直。离合器可以控制十字轴被电机驱动和十字轴随动之间的转换。配重具有一个内陷孔，用以为安装十字轴上的卡簧留出空间。

本发明的有益效果：本发明所述的多连杆穿插运动机构具有丰富的变形动作。通过两个三角平面内的电动推杆驱动，可以完成三角平面的放大和缩小，控制一个三角形平面放大和一个三角形平面缩小，可以通过三个连杆组中舵机和三角形平面上两个电机的驱动，使缩小的三角形平面从放大的三角形平面中间穿插过去；一个三角平面能够以另一个三角平面为基准，进行一定的翻转。这些动作使机构具有多样的外在形态，并且通过不同的动作间进行配合，可以完成机构的运动。

附图说明

图1多连杆穿插运动机构的整体视图

图2前端三角形平面的整体视图

图3后端三角形平面的整体视图

图4连杆组的整体视图

图5离合器电机组的整体视图

图6推杆端块的整体视图

图7配重的整体视图

图8十字轴的整体视图

图9舵机座连杆的整体视图

图10转动连杆的整体视图

图11十字轴与连杆组的装配爆炸图

图12(a)、图12(b)、图12(c)、图12(d)、图12(e)、图12(f)、图12(g)、图12(h)、图12(i)是多连杆穿插运动机构穿插运动的分解图：

图12(a)穿插运动的初始姿态

图12(b)前端三角形平面缩小动作

图12(c)后端三角形平面放大动作

图12(d)连杆组弯曲动作

图12(e)前端三角形平面与后端三角形平面处于同一平面状态

图12(f)前端三角形平面穿过后端三角形平面的动作

图12(g)连杆组向后推送动作

图12(h)前端三角形平面和后端三角形平面的复位动作

图12(i)穿插运动的复位姿态

图13(a)、图13(b)、图13(c)、图13(d)、图13(e)、图13(f)是多连杆穿插运动机构翻滚运动的分解图：

图13(a)翻滚运动的初始姿态

图13(b)前端三角形平面倾斜动作

图13(c)连杆组一端着地动作

图13(d)连杆组另一端着地动作

图13(e)后端三角形平面着地动作

图13(f)翻滚运动的复位姿态

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的实施方式：

多连杆穿插运动机构，如图1所示，包括前端三角形平面（A）、后端三角形平面（B）及连接它们的三个连杆组（7）、（8）、（9）和六个侧板（16）、（17）、（18）、（19）、（20）、（21）。

如图2，前端三角形平面（A）包含有第一至第三电动推杆（1、2、3），第一至第三十字轴（10、11、12），两个离合器电机组（2-2）、（3-2），三个推杆端块I（1-1、2-1、3-1），三个推杆端块II（1-3、2-3、3-3）；

所述的前端三角形平面（A）外形呈一个等边三角形；其中，所述的第一电动推杆（1）的细端与推杆端块I（1-1）焊接固定，第一电动推杆（1）的粗端与推杆端块II（1-3）焊接固定，第一电动推杆（1）、推杆端块I（1-1）和推杆端块II（1-3）共同作为三角形的第一条边；

所述的第二电动推杆（2）的细端与推杆端块I（2-1）焊接固定，第二电动推杆（2）的粗端与推杆端块II（2-3）焊接固定，第二电动推杆（2）、推杆端块I（2-1）和推杆端块II（2-3）共同作为三角形的第二条边；

所述的第三电动推杆（3）的细端与推杆端块I（3-1）的焊接固定，第三电动推杆（3）的粗端与推杆端块II（3-3）焊接固定，第三电动推杆（3）、推杆端块I（3-1）和推杆端块II（3-3）共同作为三角形的第三条边；

所述的前端三角形平面（A）上还设有第一至第三十字轴（10、11、12）；所述的第一十字轴（10）的a端穿过推杆端块I（1-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第一十字轴（10）的c端穿过推杆端块II（3-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，配重（1-2）固定于推杆端块I（1-1）上，第一十字轴（10）作为三角形的第一个顶点，并将其第一条边和第三条边连接在一起；

所述的第二十字轴（11）的a端穿过推杆端块I（2-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第二十字轴（11）的c端穿过推杆端块II（1-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，离合器电机组（2-2）固定于推杆端块I（2-1）上，第二十字轴（11）作为三角形的第二个顶点，并将其第一条边和第二条边连接在一起，

离合器电机组（2-2）包含电机（2-2-1）、电机架（2-2-2）和离合器（2-2-3），电机（2-2-1）通过电机架（2-2-2）与推杆端块I（2-1）固定连接，电机（2-2-1）的电机轴穿过电机架（2-2-2）的孔与离合器（2-2-3）的一端固定连接，第二十字轴（11）的a端与离合器（2-2-3）的另一端固定连接；

所述的第三十字轴（12）的a端穿过推杆端块I（3-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第三十字轴（12）的c端穿过推杆端块II（2-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，离合器电机组（3-2）固定于推杆端块I（3-1）上，第三十字轴（12）作为三角形的第三个顶点，并将其第二条边和第三条边连接在一起，

离合器电机组（3-2）包含电机（3-2-1）、电机架（3-2-2）和离合器（3-2-3），电机（3-2-1）通过电机架（3-2-2）与推杆端块I（3-1）固定连接，电机（3-2-1）的电机轴穿过电机架（3-2-2）的孔与离合器（3-2-3）的一端固定连接，第三十字轴（12）的a端与离合器（3-2-3）的另一端固定连接。

如图3，后端三角形平面（B）包含有第四至第六电动推杆（4、5、6），第四至第六十字轴（13、14、15），三个推杆端块I（4-1、5-1、6-1），三个推杆端块II（4-3、5-3、6-3）；

所述的后端三角形平面（B）外形呈一个等边三角形；其中，所述的第四电动推杆（4）的细端与推杆端块I（4-1）焊接固定，第四电动推杆（4）的粗端与推杆端块II（4-3）焊接固定，第四电动推杆（4）、推杆端块I（4-1）和推杆端块II（4-3）共同作为三角形的第一条边；

所述的第五电动推杆（5）的细端与推杆端块I（5-1）焊接固定，第五电动推杆（5）的粗端与推杆端块II（5-3）焊接固定，第五电动推杆（5）、推杆端块I（5-1）和推杆端块II（5-3）共同作为三角形的第二条边；

所述的第六电动推杆（6）的细端与推杆端块I（6-1）的焊接固定，第六电动推杆（6）的粗端与推杆端块II（6-3）焊接固定，第六电动推杆（6）、推杆端块I（6-1）和推杆端块II（6-3）共同作为三角形的第三条边；

所述的后端三角形平面（B）上还设有第四至第六十字轴（13、14、15）；所述的第四十字轴（13）的a端穿过推杆端块I（4-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第四十字轴（13）的c端穿过推杆端块II（6-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，配重（4-2）固定于推杆端块I（4-1）上，第四十字轴（13）作为三角形的第一个顶点，并将其第一条边和第三条边连接在一起；

所述的第五十字轴（14）的a端穿过推杆端块I（5-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第五十字轴（14）的c端穿过推杆端块II（4-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，配重（5-2）固定于推杆端块I（5-1）上，第五十字轴（14）作为三角形的第二个顶点，并将其第一条边和第二条边连接在一起；

所述的第六十字轴（15）的a端穿过推杆端块I（6-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第六十字轴（15）的c端穿过推杆端块II（5-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，配重（6-2）固定于推杆端块I（6-1）上，第六十字轴（15）作为三角形的第三个顶点，并将其第二条边和第三条边连接在一起。

如图4所示，连杆组（7）包含转动连杆（7-1）、舵机座连杆（7-2）、舵机（7-3）和舵盘（7-4），其中舵机（7-3）固定在舵机座连杆（7-2）的f端，舵机（7-3）的转轴穿过转动连杆（7-1）的h端中心孔与舵盘（7-3）以固定形式连接，舵盘（7-3）与转动连杆（7-1）用螺钉进行固定，

连杆组（8）包含转动连杆（8-1）、舵机座连杆（8-2）、舵机（8-3）和舵盘（8-4），其中舵机（8-3）固定在舵机座连杆（8-2）的f端，舵机（8-3）的转轴穿过转动连杆（8-1）的h端中心孔与舵盘（8-3）以固定形式连接，舵盘（8-3）与转动连杆（8-1）用螺钉进行固定，

连杆组（9）包含转动连杆（9-1）、舵机座连杆（9-2）、舵机（9-3）和舵盘（9-4），其中舵机（9-3）固定在舵机座连杆（9-2）的f端，舵机（9-3）的转轴穿过转动连杆（9-1）的h端中心孔与舵盘（9-3）以固定形式连接，舵盘（9-3）与转动连杆（9-1）用螺钉进行固定；

三个连杆组（7）、（8）、（9）将前端三角形平面（A）和后端三角形平面（B）进行连接。

如图11所示，连杆组（7）、侧板（16）与前端三角形平面（A）的第一十字轴（10）连接形成一个转动副，第一十字轴（10）的b端穿过转动连杆（7-1）g端的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第一十字轴（10）的d端穿过侧板（16）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，侧板（16）通过螺钉与转动连杆（7-1）的g端固定连接；

连杆组（8）、侧板（17）与前端三角形平面（A）的第二十字轴（11）的连接方式，

连杆组（9）、侧板（18）与前端三角形平面（A）的第三十字轴（12）的连接方式，

与连杆组（7）、侧板（16）与前端三角形平面（A）的第一十字轴（10）的连接方式相同；

连杆组（7）、侧板（19）与后端三角形平面（B）的第四十字轴（13）连接形成一个转动副，第四十字轴（13）的b端穿过转动连杆（7-2）g端的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第四十字轴（13）的d端穿过侧板（16）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，侧板（16）通过螺钉与转动连杆（7-2）的g端固定连接；

连杆组（8）、侧板（20）与前端三角形平面（A）的第五十字轴（14）的连接方式，

连杆组（9）、侧板（21）与前端三角形平面（A）的第六十字轴（15）的连接方式，

与连杆组（7）、侧板（19）与后端三角形平面（B）的第四十字轴（13）的连接方式相同。

如图8所示，第一至第六十字轴（10）、（11）、（12）、（13）、（14）、（15）具有两个轴线方向，且两个轴线方向相互垂直。

离合器（2-2-3）可以控制第二十字轴（11）被电机（2-2-1）驱动和第二十字轴（11）随动之间的转换；离合器（3-2-3）可以控制第三十字轴（12）被电机（3-2-1）驱动和第三十字轴（12）随动之间的转换。

如图7所示，配重（1-2）、（4-2）、（5-2）、（6-2）具有一个内陷孔，用以为安装第一十字轴（10）以及第四至第六十字轴（13、14、15）上的卡簧留出空间。

具体的使用方法：

多连杆穿插运动机构可以实现两个三角形平面间的相互穿插运动。首先多连杆穿插运动机构处于如图12(a)所示的穿插运动的初始姿态，前端三角形平面和后端三角形平面同等大小；当前端三角形平面的电动推杆缩短时，实现如图12(b)所示的前端三角形平面缩小动作，当后端三角形平面的电动推杆伸长时，实现如图12(c)所示的后端三角形平面放大动作；驱动三个连杆组中的舵机，实现如图12(d)所示的连杆组弯曲动作，以及如图12(e)所示的前端三角形平面与后端三角形平面处于同一平面状态；前端三角形平面中的离合器传递电机的驱动，配合三个连杆组中的舵机，实现如图12(f)所示的前端三角形平面穿过后端三角形平面的动作，以及如图12(g)所示的连杆组向后推送动作；前端三角形平面的电动推杆伸长，后端三角形平面的电动推杆缩短，实现如图12(h)所示的前端三角形平面和后端三角形平面的复位动作；反向驱动三个连杆组中的舵机，实现如图12(i)所示的穿插运动的复位姿态。交替变换前端三角形平面和后端三角形平面的大小，配合连杆组的动作，可以循环往复的进行穿插运动。图12(a)、图12(b)、图12(c)、图12(d)、图12(e)、图12(f)、图12(g)、图12(h)、图12(i)是多连杆穿插运动机构穿插运动的分解图。

多连杆穿插运动机构可以实现的翻滚运动。首先多连杆穿插运动机构处于如图13(a)所示的翻滚运动的初始姿态，此时后端三角形平面处于着地状态；三个连杆组中的舵机配合运动，实现如图13(b)所示的前端三角形平面倾斜动作；前端三角形平面倾斜一侧两个连杆组中的舵机反向驱动，该机构由于运动惯性进行翻滚，实现如图13(c)所示的连杆组一端着地动作；另一个连杆组中的舵机反向驱动，该机构由于运动惯性进行翻滚，实现如图13(d)所示的连杆组另一端着地动作；着地两个连杆组中的舵机驱动，该机构由于运动惯性进行翻滚，实现如图13(e)所示的后端三角形平面着地动作；两个连杆组中的舵机反向驱动，实现如图13(f)所示的翻滚运动的复位姿态。交替变换前端三角形平面和后端三角形平面的着地状态，可以循环往复的进行翻滚运动。图13(a)、图13(b)、图13(c)、图13(d)、图13(e)、图13(f)是多连杆穿插运动机构翻滚运动的分解图。

Claims

1.多连杆穿插运动机构，其特征在于：多连杆穿插运动机构包括前端三角形平面（A）、后端三角形平面（B）及连接它们的第一至第三连杆组（7、8、9）和第一至第六侧板（16、17、18、19、20、21）；

前端三角形平面（A）包含有第一至第三电动推杆（1、2、3），第一至第三十字轴（10、11、12），两个离合器电机组（2-2）、（3-2），三个推杆端块I（1-1、2-1、3-1），三个推杆端块II（1-3、2-3、3-3）；

离合器电机组（3-2）包含电机（3-2-1）、电机架（3-2-2）和离合器（3-2-3），电机（3-2-1）通过电机架（3-2-2）与推杆端块I（3-1）固定连接，电机（3-2-1）的电机轴穿过电机架（3-2-2）的孔与离合器（3-2-3）的一端固定连接，第三十字轴（12）的a端与离合器（3-2-3）的另一端固定连接；

后端三角形平面（B）包含有第四至第六电动推杆（4、5、6），第四至第六十字轴（13、14、15），三个推杆端块I（4-1、5-1、6-1），三个推杆端块II（4-3、5-3、6-3）；

所述的第六十字轴（15）的a端穿过推杆端块I（6-1）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第六十字轴（15）的c端穿过推杆端块II（5-3）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，配重（6-2）固定于推杆端块I（6-1）上，第六十字轴（15）作为三角形的第三个顶点，并将其第二条边和第三条边连接在一起；

连杆组（7）包含转动连杆（7-1）、舵机座连杆（7-2）、舵机（7-3）和舵盘（7-4），其中舵机（7-3）固定在舵机座连杆（7-2）的f端，舵机（7-3）的转轴穿过转动连杆（7-1）的h端中心孔与舵盘（7-3）以固定形式连接，舵盘（7-3）与转动连杆（7-1）用螺钉进行固定，

三个连杆组（7）、（8）、（9）将前端三角形平面（A）和后端三角形平面（B）进行连接，

其中，连杆组（7）、侧板（16）与前端三角形平面（A）的第一十字轴（10）连接形成一个转动副，第一十字轴（10）的b端穿过转动连杆（7-1）g端的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，第一十字轴（10）的d端穿过侧板（16）的轴孔，并用卡簧进行轴向固定，侧板（16）通过螺钉与转动连杆（7-1）的g端固定连接；

2.如权利要求1所述的多连杆穿插运动机构，其特征在于：离合器（2-2-3）可以控制第二十字轴（11）被电机（2-2-1）驱动和第二十字轴（11）随动之间的转换；离合器（3-2-3）可以控制第三十字轴（12）被电机（3-2-1）驱动和第三十字轴（12）随动之间的转换。

3.如权利要求1所述的多连杆穿插运动机构，其特征在于：配重（1-2）、（4-2）、（5-2）、（6-2）具有一个内陷孔，用以为安装第一十字轴（10）以及第四至第六十字轴（13、14、15）上的卡簧留出空间。