CN106938461A - 一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构 - Google Patents

Abstract

一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，包括机架、驱动连杆、传动连杆、输出连杆和销轴，该变胞机构能够在两自由度、单自由度和零自由度间灵活转变，并具有三种不同构态，机构具有较大柔性，并有效地增大了其工作运动空间。实际工程应用时，驱动驱动连杆的所有电机均能够以安装在机架上，动态性能高。该机构已具有普遍应用特点，能够以广泛应用于生产制造、航空航天、医疗保健等各个工程领域。

Description

一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别是一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构。

背景技术

变胞机构是近年来学者提出的重要概念，是能够变自由度或能够变构件数目的新型机构，这类机构除了具有类似可展机构的高度收缩和高度可展外，还能够改变拓扑图并导致变自由度，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征，能够根据功能需求或环境等变化，适应不同任务，灵活应用于不同场合。变胞机构的设计研究目前虽取得了一些成果，但仍欠缺结构构型设计的突破。

中国专利201210098594.5公开了一种多功能变胞机构，该专利能够以实现平面拓扑到空间拓扑变换，但是构型单一，工程应用局限；中国专利201110184520.9公开了一种变胞机构式码垛机器人机构，该机构虽兼具稳定性和柔性化，但是其工作空间小；中国专利201410300866.4公开了一种变胞机构式机械装载机构，该机构虽具有稳定性，但是输出柔性化较小。因此有必要设计一种稳定输出，柔性化，运动空间大的机构。

目前尚未见有一种兼具多构态变化、多自由度变化和大空间特征，又具有驱动控制电机均安装在机架上，减少各构件负载，使其运动高稳定性，且能够广泛应用于工程各个领域的变胞机构的创新发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，该机构能够兼具多构态变化、多自由度变化和大空间特征，又具有驱动控制电机均安装在机架上，减少各构件负载，使其运动高稳定性，且能够广泛应用于航空航天、食品加工、生产制造业、医疗保健等工程的各个领域。

本发明的技术方案是：一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，包括机架、驱动连杆、传动连杆、输出连杆和销轴，具体结构和连接关系为：

所述驱动连杆包括前摇杆、中摇杆和后摇杆，所述前摇杆一端通过第九销轴与机架连接，另一端通过第七销轴与前连杆连接，所述中摇杆一端通过第六销轴与机架连接，另一端通过第四销轴与中连杆连接，所述后摇杆一端通过第五销轴与机架连接，另一端通过第三销轴与曲杆连接；所述传动连杆包括前连杆、中连杆和曲杆，所述前连杆一端通过第七销轴与前摇杆连接，另一端通过第二销轴与曲杆连接，所述中连杆一端通过第四销轴与中摇杆连接，另一端通过第一销轴与输出连杆连接，所述曲杆一端通过第三销轴与后摇杆连接，中部通过第二销轴与前连杆连接，另一端通过第八销轴与输出连杆连接；所述输出连杆一端通过第一销轴与中连杆连接，中部通过第八销轴与曲杆连接；所述销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴和第九销轴。

所述驱动连杆全部运动时，实现八连杆两自由度运动，驱动连杆为前摇杆运动时，所述中摇杆一端与后摇杆一端连接，实现四连杆单自由度运动，驱动杆件全部制动时，所述中摇杆一端与后摇杆一端连接，前摇杆两端均与机架连接，实现零自由度运动。

本发明的优点在于：

1.在工作过程中，能够实现面对不同任务下的多构态变换，机构两自由度时，机构具有柔性化的特点，能够使工作端实现精确定位，并能够在较大运动空间内作业；机构单自由度时，机构稳定性较高，便于控制；机构零自由度时，前摇杆回转与机架连接，机构不工作，整体机构占的三维空间小。

2.实际工程应用时，驱动驱动连杆的所有电机均能够以安装在机架上，减少了因电机装在杆件上而造成的构件负载，运动稳定，便于控制。

3.能够灵活变胞，灵活改变工作空间，能实现更大空间作业，能够广泛应用于生产制造业、航空航天、食品加工和医疗保健等各类工程领域。

附图说明

图1为本发明所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构的结构示意图。

图2为本发明所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构的两自由度时结构状态图。

图3为本发明所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构的单自由度时结构状态图。

图4为本发明所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构的零自由度时结构状态图。

图中标记为：1、第一销轴；2、中连杆；3、第二销轴；4、曲杆；5、第三销轴；6、第四销轴；7、后摇杆；8、中摇杆；9、第五销轴；10、第六销轴；11、机架；12、输出连杆；13、前连杆；14、第七销轴；15、第八销轴；16、前摇杆；17、第九销轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，包括机架11、驱动连杆、传动连杆、输出连杆12和销轴，具体结构和连接关系为：

所述驱动连杆包括前摇杆16、中摇杆8和后摇杆7；所述前摇杆16一端通过第九销轴17与机架11连接，另一端通过第七销轴14与前连杆13连接，所述中摇杆8一端通过第六销轴10与机架11连接，另一端通过第四销轴6与中连杆2连接，所述后摇杆7一端通过第五销轴9与机架11连接，另一端通过第三销轴5与曲杆4连接；所述传动连杆包括前连杆13、中连杆2和曲杆4，所述前连杆13一端通过第七销轴14与前摇杆16连接，另一端通过第二销轴3与曲杆4连接，所述中连杆2一端通过第四销轴6与中摇杆8连接，另一端通过第一销轴1与输出连杆12连接，所述曲杆4一端通过第三销轴5与后摇杆7连接，中部通过第二销轴3与前连杆13连接，另一端通过第八销轴15与输出连杆12连接；所述输出连杆12一端通过第一销轴1与中连杆2连接，中部通过第八销轴15与曲杆4连接；所述销轴包括第一销轴1、第二销轴3、第三销轴5、第四销轴6、第五销轴9、第六销轴10、第七销轴14、第八销轴15和第九销轴17。

工作原理及过程：

如图1和图2所示，前摇杆16绕着第九销轴17转动，由于前摇杆16和前连杆13通过第七销轴14连接，进而带动前连杆13转动，中摇杆8绕着第六销轴10转动，由于中摇杆8和中连杆2通过第四销轴6连接，进而带动中连杆2转动，后摇杆7绕着第五销轴9转动，由于后摇杆7和曲杆4通过第三销轴5连接，前连杆13和曲杆4通过第二销轴3连接，进而使曲杆4作平面运动，中连杆2和输出连杆12通过第一销轴1连接，曲杆4和输出连杆12通过第八销轴15连接，进而使输出连杆12作两自由度运动。

如图3所示，第三销轴5和第四销轴6处于重叠位置时，中摇杆8和后摇杆7停止转动，前摇杆16绕着第九销轴17转动，由于前摇杆16和前连杆13通过第七销轴14连接，进而带动前连杆13转动，前连杆13和曲杆4通过第二销轴3连接，进而带动曲杆4转动，而此时曲杆4、中连杆2和输出连杆12能够看做一根杆，即认为输出连杆12作单自由度运动。

如图4所示，第三销轴5和第四销轴6处于重叠位置时，中摇杆8和后摇杆7停止转动，前摇杆16回转至与机架11连接，前摇杆16停止转动，即实现输出连杆12零自由度运动。

Claims (2)

1.一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，包括机架、驱动连杆、传动连杆、输出连杆和销轴，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述驱动连杆包括前摇杆、中摇杆和后摇杆；所述前摇杆一端通过第九销轴与机架连接，另一端通过第七销轴与前连杆连接，所述中摇杆一端通过第六销轴与机架连接，另一端通过第四销轴与中连杆连接，所述后摇杆一端通过第五销轴与机架连接，另一端通过第三销轴与曲杆连接；所述传动连杆包括前连杆、中连杆和曲杆，所述前连杆一端通过第七销轴与前摇杆连接，另一端通过第二销轴与曲杆连接，所述中连杆一端通过第四销轴与中摇杆连接，另一端通过第一销轴与输出连杆连接，所述曲杆一端通过第三销轴与后摇杆连接，中部通过第二销轴与前连杆连接，另一端通过第八销轴与输出连杆连接；所述输出连杆一端通过第一销轴与中连杆连接，中部通过第八销轴与曲杆连接；所述销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴和第九销轴。

2.根据权利要求1所述的一种具有三种自由度变换的八连杆三构态变胞机构，其特征在于，驱动连杆全部运动时，实现八连杆两自由度运动，驱动连杆为前摇杆运动时，所述中摇杆一端与后摇杆一端连接，实现四连杆单自由度运动，驱动杆件全部制动时，所述中摇杆一端与后摇杆一端连接，前摇杆两端均与机架连接，实现零自由度运动。