CN103433919B - 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构 - Google Patents

一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构 Download PDF

Info

Publication number
CN103433919B
CN103433919B CN201310347554.4A CN201310347554A CN103433919B CN 103433919 B CN103433919 B CN 103433919B CN 201310347554 A CN201310347554 A CN 201310347554A CN 103433919 B CN103433919 B CN 103433919B
Authority
CN
China
Prior art keywords
connecting rod
pin joint
degrees
hinged
freedom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310347554.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103433919A (zh
Inventor
于靖军
陆登峰
丁希仑
郭卫东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201310347554.4A priority Critical patent/CN103433919B/zh
Publication of CN103433919A publication Critical patent/CN103433919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103433919B publication Critical patent/CN103433919B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，包括机架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆。其中，第一连杆左侧部分、第二连杆左侧部分、第三连杆、第四连杆组成一个四杆机构；第一连杆右侧部分、第二连杆右侧部分、第五连杆、第六连杆组成另一个四杆机构。在机构运动过程中，这两个四杆机构始终为相似四边形。本发明的优点为：能够实现平面任意图形的缩放；结构简单紧凑，占用空间小；机构具有对称性，易于实现静平衡；基于同样原理设计的机构的构型种类较多。

Description

一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构
技术领域
本发明涉及一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，属于机构设计与综合领域。
背景技术
缩放机构是一类能够实现源点与仿制点相似输出，比例放大的机构。自缩放机构出现以来，主要应用于图形的缩放、图案的雕刻、机器人腿部机构设计、机械臂设计、机构静平衡设计、反向驱动机构设计等领域。比如，专利CN2493372Y“球面移动机器人”，提出使用对称布置的缩放机构作为腿部机构，实现机器人在球形壁面上的灵活移动；专利CN102802882A“三角式机器人”，提出使用缩放机构，来辅助实现三角式机器人质心的平衡。不过，尽管目前的缩放机构应用非常广泛，但是其结构往往不够紧凑，需要占据较大的空间；而且现有缩放机构自身的非对称性也限制了它的使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种结构简单、紧凑，具有一定的对称性，可以用于平面内任意图形的缩放的二自由度缩放机构。
一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：包括机架与第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆构成的二自由度缩放杆件。
其中，第一连杆与第二连杆的中心位置间铰接，铰接点为O；由此铰接点O将第一连杆分为左右两部分，分别令其为第一连杆左部分与第一连杆右部分。同样，铰接点O还将第二连杆分为左右两部分，分别令其为第二连杆左部分与第二连杆右部分。令上述第一连杆左部分的长度为LBO、第一连杆右部分的长度为LOD；第二连杆左部分的长度为LCO、第二连杆右部分的长度为LOE；第三连杆的长度为LAB、第四连杆的长度为LAC、第五连杆的长度为LDF、第六连杆的长度为LEF。
所述第三连杆与第四连杆的一端铰接，铰接点为A；第三连杆和第四连杆的另一端分别与第一连杆左部分和第二连杆左部分端部铰接，铰接点分别为C和D。所述第五连杆与第六连杆的一端铰接，铰接点为F；第五连杆和第六连杆的另一端分别与第一连杆右部分和第二连杆右部分端部铰接，铰接点分别为D和E。上述结构中，第一连杆左部分、第二连杆左部分、第三连杆与第四连杆间形成一个四杆机构A；第一连杆右部分、第二连杆右部分、第五连杆与第六连杆间形成一个四杆机构B。
上述结构二自由度缩放杆件通过机架进行支撑，机架与铰接点A或O或F铰接，且四杆机构A与四杆机构B始终互为相似四边形。
本发明的优点在于：
(1)本发明二自由度缩放机构在平面内具有两个自由度，能够实现平面内任意图形的缩放；
(2)本发明二自由度缩放机构固定铰接点可变，当固定铰接点为点O时，点A(或F)仿制图形与点F(或A点)原图形在方位上关于点O对称；当固定铰接点为点A(或F)时，点F(或A)仿制图形与点O原图形同方位；
(3)本发明二自由度缩放机构在点O为固定铰接点时，机构左右形状相似，易于实现机构自身的静平衡，从而可设计为反向驱动机构；
(4)本发明二自由度缩放机构在点O为固定铰接点时，线段FO与线段AO长度的比值为定值，可用于辅助实现其它机构的静平衡。
(5)本发明二自由度缩放机构可作为一种基本缩放单元，实现大尺度的轨迹缩放或用作文字缩放仪；
附图说明
图1为本发明二自由度缩放机构构型1中铰接点A与机架间连接方式示意图；
图2为本发明二自由度缩放机构构型1中铰接点F与机架间连接方式示意图；
图3为本发明二自由度缩放机构构型1中铰接点O与机架间连接方式示意图；
图4为本发明二自由度缩放机构构型1中铰接点O与机架间连接，且进行缩放复制轨迹操作时，配重块安装位置示意图；
图5为本发明二自由度缩放机构构型2的结构1示意图；
图6为本发明二自由度缩放机构构型2的结构2示意图；
图7为本发明二自由度缩放机构构型2的结构3示意图；
图8为本发明二自由度缩放机构构型2的结构4示意图。
图中：
1-机架201-第一连杆202-第二连杆203-第三连杆
204-第四连杆205-第五连杆206-第六连杆3-第一配重块
4-第二配重块5-第三配重块6-第四配重块7-滑块A
8-滑块B
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，包括机架1与第一连杆201、第二连杆202、第三连杆203、第四连杆204、第五连杆205、第六连杆206构成的二自由度缩放杆件，如图1所示；
其中，第一连杆201与第二连杆202的中心位置间铰接，铰接点为O；由此铰接点O将第一连杆201分为左右两部分，分别令其为第一连杆左部分与第一连杆右部分；同样，铰接点O还将第二连杆202分为左右两部分，分别令其为第二连杆左部分与第二连杆右部分。
所述第三连杆203与第四连杆204的一端铰接，铰接点为A；第三连杆203和第四连杆204的另一端分别与第一连杆左部分和第二连杆左部分端部铰接，铰接点分别为C和D。所述第五连杆205与第六连杆206的一端铰接，铰接点为F；第五连杆205和第六连杆206的另一端分别与第一连杆右部分和第二连杆右部分端部铰接，铰接点分别为D和E。上述结构中，第一连杆左部分、第二连杆左部分、第三连杆203与第四连杆204间形成一个四杆机构A；第一连杆右部分、第二连杆右部分、第五连杆205与第六连杆206间形成一个四杆机构B。
令上述第一连杆左部分的长度为LBO、第一连杆右部分的长度为LOD；第二连杆左部分的长度为LCO、第二连杆右部分的长度为LOE；第三连杆203的长度为LAB、第四连杆204的长度为LAC、第五连杆205的长度为LDF、第六连杆206的长度为LEF；则上述结构二自由度缩放杆件具有二种构型：
构型1：铰接点B、C与铰接点D、E分别位于铰接点A、O、F连线两侧，如图1所示，即：
(1)LAC＝LCO，LAB＝LBO，LOD＝LDF，LOE＝LEF；
(2)LCO/LOE＝LBO/LOD；
(3)LAC＜LAB。
构型1中二自由度缩放杆件与机架间存在以下两种连接方式：
连接方式1：铰接点A或F与机架1间铰接，如图1、图2所示；其中，当铰接点A与机架1间铰接时,使二自由度缩放机构中的铰接点O或F跟随某一图形轨迹运动，运动过程中，四边形ABOC与四边形FDOE始终相似，由此通过铰接点F或O可复制铰接点O或F的运动轨迹，且方位相同，尺寸发生缩放，铰接点F复制轨迹与铰接点O运动轨迹的放大比例为铰接点O复制轨迹与铰接点F运动轨迹的缩小比例为铰接点F与机架1间铰接时，使二自由度缩放机构中的铰接点O或A跟随某一图形轨迹运动，运动过程中，四边形ABOC与四边形FDOE始终相似，由此通过铰接点A或O可复制铰接点O或A的运动轨迹，且方位相同，尺寸发生缩放，铰接点A复制轨迹与铰接点O运动轨迹的放大比例为铰接点O复制轨迹与点A运动轨迹的缩小比例为由此可实现平面内任意图形的同方位缩放。
连接方式2：铰接点O与机架1间铰接，如图3所示；由此使二自由度缩放机构中的铰接点A或F跟随某一图形轨迹运动，运动过程中，四边形ABOC与四边形FDOE始终相似，由此通过铰接点F或A可复制铰接点A或F的运动轨迹，且尺寸发生缩放，铰接点F复制轨迹与铰接点A运动轨迹的放大比例为LOD/LBO，铰接点A复制轨迹与铰接点F运动轨迹的缩小比例为LBO/LOD。
在连接方式2中，二自由度缩放杆件中使各连杆所选用的材质相同，各连杆的质量分别与自身长度成正比；由此可在二自由度缩放杆件中安装配重块，使二自由度缩放机构静实现平衡；如图4所示，具体为：
在进行缩放复制轨迹操作时，在第一连杆左部分、第二连杆左部分、第三连杆203与第四连杆204的中心位置分别加装第一配重块3、第二配重块4、第三配重块5与第四配重块6；
令上述第一配重块3、第二配重块4、第三配重块5与第四配重块6的质量分别为m1、m2、m3、m4；第三连杆203、第四连杆204的质量分别为m5、m6；LOD/LBO＝k；则m1＝m3＝(k2-1)m5，且m2＝m4＝(k2-1)m6；由此可使二自由度缩放机构实现静平衡，可在工作区域中的任意位置实现静止。
构型2中：铰接点B、D与铰接点D、E分别位于铰接点A、O、F连线两侧，如图5所示；根据各连杆的长度不同，还产生3种结构：
结构1：如图5所示，各连杆长度关系满足：
(1)LAC＝LCO，LAB＝LBO，LOD＝LDF，LOE＝LEF；
(2)LCO/LOE＝LBO/LOD。
结构2：如图6所示，使各连杆长度关系满足：
(1)LAB＝LAC，LBO＝LCO，LOD＝LOE，LDF＝LEF；
(2)LBO/LOD＝LAB/LDF。
结构3：如图7所示，各连杆长度关系满足：
(1)LAC＝LBO，LAB＝LCO，LOD＝LEF，LOE＝LDF；
(2)LCO/LOE＝LBO/LOD。
构型2中二自由度缩放杆件与机架1间的连接方式为：第一连杆与第二连杆间的铰接处与机架间铰接；此时若铰接点A跟随某一图形轨迹运动，运动过程中，四边形ABOC与四边形FDOE始终相似，由此通过铰接点F或A可复制铰接点A或F的运动轨迹，且尺寸发生缩放，点F复制轨迹与点A运动轨迹的放大比例为LOD/LBO，点A幅值轨迹与点F运动轨迹的缩小比例为LBO/LOD，由此可实现平面内任意图形的镜像缩放，特别适用于题词、签名等不规则曲线的缩放。
基于上述构型2中的二自由度缩放机构，通过在第二连杆202上加装滑块，可形成新的结构4，具体为：如图8所示，可去掉第四连杆204与第六连杆206；而采用在第二连杆左部分上安装滑块A7、在第二连杆右部分上安装滑块B8；使第三连杆203与滑块A7铰接；第五连杆205与滑块B8铰接；由此使第二连杆左部分、第三连杆203与第一连杆左部分间，以及第二连杆右部分、第四连杆204与第一连杆右部分间形成特殊的四杆机构——曲柄滑块机构，且：第三连杆203与第五连杆205的长度比等于第一连杆左部分与第一连杆右部分的长度比。此时若铰接点A或F跟随某一图形轨迹运动，运动过程中，三角形ABO与三角形FDO始终相似，则铰接点F或A将复制铰接点A或F的轨迹，且尺寸发生缩放，铰接点F复制轨迹与铰接点A运动轨迹的放大比例为LOD/LBO，铰接点A复制轨迹与铰接点F运动轨迹的缩小比例为LBO/LOD；由此可实现平面内任意图形的镜像缩放，特别适用于题词、签名等不规则曲线的缩放。
本发明中在二自由度缩放机构中，铰接点O与机架1链接时，若在铰接点A或F处加装操作手时，则需在铰接点F或A处加装操作手配重；令操作手与操作手配重的质量分别为m7和m8；则操作手安装在铰接点A处时：m7＝k·m8；当操作手安装在铰接点F处时：m7＝m8/k；此时二自由度操作手达到静平衡，操作手能在工作区域中的任意位置实现静止。

Claims (5)

1.一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：包括机架与第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆构成的二自由度缩放杆件；
其中，第一连杆与第二连杆的中心位置间铰接，铰接点为O；由此铰接点O将第一连杆分为左右两部分，分别令其为第一连杆左部分与第一连杆右部分；同样，铰接点O还将第二连杆分为左右两部分，分别令其为第二连杆左部分与第二连杆右部分；令上述第一连杆左部分的长度为LBO、第一连杆右部分的长度为LOD；第二连杆左部分的长度为LCO、第二连杆右部分的长度为LOE；第三连杆的长度为LAB、第四连杆的长度为LAC、第五连杆的长度为LDF、第六连杆的长度为LEF；
其中：
LAC＝LCO，LAB＝LBO，LOD＝LDF，LOE＝LEF；LCO/LOE＝LBO/LOD；LAC＜LAB；
所述第三连杆与第四连杆的一端铰接，铰接点为A；第三连杆和第四连杆的另一端分别与第一连杆左部分和第二连杆左部分端部铰接，铰接点分别为B和C；所述第五连杆与第六连杆的一端铰接，铰接点为F；第五连杆和第六连杆的另一端分别与第一连杆右部分和第二连杆右部分端部铰接，铰接点分别为D和E；上述结构中，第一连杆左部分、第二连杆左部分、第三连杆与第四连杆间形成一个四杆机构；第一连杆右部分、第二连杆右部分、第五连杆与第六连杆间形成另外一个四杆机构；
上述结构二自由度缩放杆件通过机架进行支撑，机架与铰接点A或O或F铰接，且两个四杆机构始终互为相似四边形；机架与铰接点O铰接时，在第一连杆左部分中心位置加装第一配重块，第二连杆左部分中心位置加装第二配重块、第三连杆中心位置加装第三配重块，第四连杆的中心位置加装第四配重块，使二自由度缩放机构实现静平衡；
二自由度缩放机构固定铰接点可变，当固定铰接点为点O时，点A仿制图形与点F原图形在方位上关于点O对称；或者点F仿制图形与点A原图形在方位上关于点O对称；当固定铰接点为点A时，点F仿制图形与点O原图形同方位，当固定铰接点为点F时，点A仿制图形与点O原图形同方位。
2.如权利要求1所述一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：所述各连杆的材质相同，各连杆的质量分别与自身长度成正比；令第一配重块，第二配重块、第三配重块、第四配重块的质量分别为m1、m2、m3、m4；第三连杆、第四连杆的质量分别为m5、m6；LOD/LBO＝k；则m1＝m3＝(k2-1)m5，且m2＝m4＝(k2-1)m6。
3.如权利要求1所述一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：所述二自由度缩放杆件中，铰接点O与机架间铰接时，在铰接点A或F处加装操作手，在铰接点F或A处加装操作手配重；令操作手与操作手配重的质量分别为m7和m8，则操作手安装在铰接点A处时：m7＝k·m8；当操作手安装在铰接点F处时：m7＝m8/k；其中，LOD/LBO＝k。
4.如权利要求1所述一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：所述铰接点B、D与铰接点D、E分别位于铰接点A、O、F连线两侧；具体为：铰接点B、D分别位于铰接点A、O、F连线两侧；且铰接点D、E分别位于铰接点A、O、F连线两侧。
5.如权利要求1所述一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构，其特征在于：所述二自由度缩放杆件中，去掉第四连杆与第六连杆；在第二连杆左部分上安装滑块A、在第二连杆右部分上安装滑块B；使第三连杆与滑块A铰接；第五连杆与滑块B铰接；且第三连杆与第五连杆的长度比等于第一连杆左部分与第一连杆右部分的长度比。
CN201310347554.4A 2013-08-09 2013-08-09 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构 Expired - Fee Related CN103433919B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310347554.4A CN103433919B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310347554.4A CN103433919B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103433919A CN103433919A (zh) 2013-12-11
CN103433919B true CN103433919B (zh) 2016-03-09

Family

ID=49687681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310347554.4A Expired - Fee Related CN103433919B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103433919B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105538303B (zh) * 2016-02-22 2017-04-26 河北工业大学 三自由度大型板材高空安装机械手

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB189913708A (en) * 1899-07-03 1900-05-26 William Henry Lock Improvements in Pantograph Engraving Machines.
GB598368A (en) * 1943-11-18 1948-02-17 Groupement Francais Pour Le Developpement Des Recherches Aeronautiques Device for controlling by means of a single lever two or more distinct and independent actions
CN101380241A (zh) * 2008-10-07 2009-03-11 北京航空航天大学 一种基于仿图仪的远程运动中心机构
CN102825601A (zh) * 2012-09-13 2012-12-19 天津大学 一种拟人式6自由度机器人重力平衡方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB189913708A (en) * 1899-07-03 1900-05-26 William Henry Lock Improvements in Pantograph Engraving Machines.
GB598368A (en) * 1943-11-18 1948-02-17 Groupement Francais Pour Le Developpement Des Recherches Aeronautiques Device for controlling by means of a single lever two or more distinct and independent actions
CN101380241A (zh) * 2008-10-07 2009-03-11 北京航空航天大学 一种基于仿图仪的远程运动中心机构
CN102825601A (zh) * 2012-09-13 2012-12-19 天津大学 一种拟人式6自由度机器人重力平衡方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一维远程运动中心机构的型综合;裴旭;《机械工程学报》;20090215;第45卷(第2期);146-147 *
平行四杆机构的推演、扩展及应用;于靖军;《CCMMS》;20080701;147-148 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103433919A (zh) 2013-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103433919B (zh) 一种基于四杆机构相似的二自由度缩放机构
CN103021472A (zh) 平面并联式三自由度精密定位工作台
CN203799672U (zh) 精密定位平台
CN104900573B (zh) 一种对称式差动杠杆微位移放大装置
CN114283697B (zh) 折叠装置及显示设备
CN105904443A (zh) 一种运动解耦的两自由度柔顺并联机构
WO2019019718A1 (zh) 集传感单元和约束元件于一体的二维快速偏转台及方法
CN101871549B (zh) 三自由度精密定位工作台
CN206594572U (zh) 一种互联网智能会议平板
TW201508181A (zh) 電子裝置
JPH05505866A (ja) 平面内の往復運動をもって表面を駆動する方法及び装置
CN207074337U (zh) 一种全视角式的会议室音、视频屏幕
CN109951101A (zh) 压电驱动的超精密四自由度定位调姿机构及其激励方法
CN206968980U (zh) 一种无人机动力倾转机构
WO2022143795A1 (zh) 折叠机构及折叠式电子设备
CN105070183B (zh) 抽油机教学装置
JP4628060B2 (ja) 手術顕微鏡用スタンド装置
Yu et al. A novel inchworm piezoelectric actuator using two-stage amplification mechanism with high speed: design, modeling, and experimental evaluation
CN210802586U (zh) 一种油气流量测量仪
CN204884398U (zh) 抽油机教学装置
CN208255840U (zh) 一种自带可折叠鼠标垫的光点鼠标
CN207953769U (zh) 一种二维精密运动平台
CN1332151C (zh) 冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台
Zhao et al. New insights on the deflection and internal forces of a bending nanobeam
Feng et al. Experimental study on the flapping dynamics for a single flexible filament in a vertical soap film

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160309

Termination date: 20160809