CN106945039A - 一种大空间十连杆两构态变胞机构 - Google Patents

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
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Abstract

一种大空间十连杆两构态变胞机构，包括机架、输入臂、传动臂、工作臂和铰链，机构共由十个连杆组成，铰链由十二个铰链组成，第二和第四铰链重叠限位时，实现八连杆单自由度运动；输入臂全部运动时，实现十连杆两自由度运动；输入臂只有第一和第三连杆运动时，第五连杆两端均与机架连接，实现七连杆两自由度运动。多连杆两自由度构态能够更精确地实现输出端的定位。机构能够在单和两自由度两种构态间灵活转变，有效地增大了其工作空间，且所有输入臂的驱动转动副设在机架上，提高了机构动态稳定性。该机构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

一种大空间十连杆两构态变胞机构
技术领域
本发明涉及机构学领域，特别是一种大空间十连杆两构态变胞机构。
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。
目前，尚未见到一种兼具稳定输出和柔性化、大工作空间、实现两种构态变换的一种大空间十连杆两构态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大空间十连杆两构态变胞机构，它兼具稳定输出和柔性化、大工作空间、实现两种构态变换功能。
本发明的技术方案是：一种大空间十连杆两构态变胞机构，包括机架、输入臂、传动臂、工作臂和铰链，具体结构和连接关系为：
所述输入臂包括第五连杆、第三连杆和第一连杆，所述第五连杆一端通过第十二铰链与机架连接，另一端通过第十一铰链与第六连杆连接，所述第三连杆一端通过第六铰链与机架连接，另一端通过第四铰链与第四连杆连接，所述第一连杆一端通过第五铰链与机架连接，另一端通过第三铰链与第七连杆连接；所述传动臂包括第六连杆、第四连杆、第二连杆、第八连杆和第七连杆，所述第六连杆一端通过第十一铰链与第五连杆连接，另一端通过第九铰链与第八连杆连接，所述第四连杆一端通过第四铰链与第三连杆连接，另一端通过第一铰链与工作臂连接，所述第二连杆一端通过第三铰链与第一连杆连接，另一端通过第二铰链与第七连杆连接，所述第八连杆一端通过第七铰链与机架连接，中部通过第九铰链与第六连杆连接，另一端通过第八铰链与第七连杆连接，所述第七连杆一端通过第二铰链与第二连杆连接，中部通过第八铰链与第八连杆连接，另一端通过第十铰链与工作臂连接；所述工作臂一端通过第一铰链与第四连杆连接，中部通过第十铰链与第七连杆连接；所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链、第五铰链、第六铰链、第七铰链、第八铰链、第九铰链、第十铰链、第十一铰链和第十二铰链。
所述第一铰链和第十铰链间的轴心距离与第一铰链和第四铰链间的轴心距离之和大于等于第二铰链和第十铰链间的轴心距离。
本发明的优点在于：
1.工作过程中，能够实现两种构态变换，具有较大柔性。
2.能够灵活变胞，灵活改变工作空间，在两自由度构态工作时，能够以实现七连杆两自由度和十连杆两自由度工作，有效地增大了其工作空间，能够广泛应用于生产制造业、航空航天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大空间十连杆两构态变胞机构的结构示意图。
图2为本发明所述的一种大空间十连杆两构态变胞机构的八连杆单自由度时结构状态图。
图3为本发明所述的一种大空间十连杆两构态变胞机构的十连杆两自由度时结构状态图。
图4为本发明所述的一种大空间十连杆两构态变胞机构的七连杆两自由度时结构状态图。
图中标记为：1、第一铰链；2、第四连杆；3、第二铰链；4、第七连杆；5、第二连杆；6、第三铰链；7、第一连杆；8、第四铰链；9、第三连杆；10、第五铰链；11、第六铰链；12、第八连杆；13、第七铰链；14、第八铰链；15、工作臂；16、第九铰链；17、第六连杆；18、第十铰链；19、第十一铰链；20、第五连杆；21、第十二铰链；22、机架。
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，本发明所述的一种大空间十连杆两构态变胞机构，包括机架22、输入臂、传动臂、工作臂15和铰链，具体结构和连接关系为：
所述输入臂包括第五连杆20、第三连杆9和第一连杆7，所述第五连杆20一端通过第十二铰链21与机架22连接，另一端通过第十一铰链19与第六连杆17连接，所述第三连杆9一端通过第六铰链11与机架22连接，另一端通过第四铰链8与第四连杆2连接，所述第一连杆7一端通过第五铰链10与机架22连接，另一端通过第三铰链6与第七连杆4连接；所述传动臂包括第六连杆17、第四连杆2、第二连杆5、第八连杆12和第七连杆4，所述第六连杆17一端通过第十一铰链19与第五连杆20连接，另一端通过第九铰链16与第八连杆12连接，所述第四连杆2一端通过第四铰链8与第三连杆9连接，另一端通过第一铰链1与工作臂15连接，所述第二连杆5一端通过第三铰链6与第一连杆7连接，另一端通过第二铰链3与第七连杆4连接，所述第八连杆12一端通过第七铰链13与机架22连接，中部通过第九铰链16与第六连杆17连接，另一端通过第八铰链14与第七连杆4连接，所述第七连杆4一端通过第二铰链3与第二连杆5连接，中部通过第八铰链14与第八连杆12连接，另一端通过第十铰链18与工作臂15连接；所述工作臂15一端通过第一铰链1与第四连杆2连接，中部通过第十铰链18与第七连杆4连接；所述铰链包括第一铰链1、第二铰链3、第三铰链6、第四铰链8、第五铰链10、第六铰链11、第七铰链13、第八铰链14、第九铰链16、第十铰链18、第十一铰链19和第十二铰链21。
工作原理及过程：
如图2所示，机构为八连杆单自由度时，第二铰链3和第四铰链8处于重叠位置时，第一连杆7、第二连杆5、第三连杆9和机架22能够看成平面四连杆机构，第三连杆9、第七连杆4、第八连杆12和机架22能够看成开链式四连杆机构，由于第七连杆4和第四连杆2通过第二铰链3连接，第四连杆2和工作臂15通过第一铰链1连接，工作臂15和第七连杆4通过第十铰链18连接，因此第七连杆4、第四连杆2和工作臂15能够看成一根杆，第五连杆20绕着第十二铰链21转动，由于第五连杆20和第六连杆17通过第十一铰链19连接，进而带动第六连杆17转动，第八连杆12和第六连杆17通过第九铰链16连接，进而带动第八连杆12绕着第七铰链13转动，第八连杆12和第七连杆4通过第八铰链14连接，进而使工作臂15作单自由度运动。
如图3所示，机构为十连杆两自由度时，第五连杆20绕着第十二铰链21转动，由于第五连杆20和第六连杆17通过第十一铰链19连接，进而带动第六连杆17转动，第八连杆12和第六连杆17通过第九铰链16连接，进而带动第八连杆12绕着第七铰链13转动，第三连杆9绕着第六铰链11转动，由于第三连杆9和第四连杆2通过第四铰链8连接，进而带动第四连杆2转动，第一连杆7绕着第五铰链10转动，由于第一连杆7和第二连杆5通过第三铰链6连接，进而带动第二连杆5转动，由于第二连杆5和第七连杆4通过第二铰链3连接，第八连杆12和第七连杆4通过第八铰链14连接，进而带动第七连杆4作两自由度运动，由于第四连杆2和工作臂15通过第一铰链1连接，第七连杆4和工作臂15通过第十铰链18连接，进而使工作臂15作两自由度运动。
如图4所示，机构为七连杆两自由度时，此状态为机构两自由度构态时的特殊状态，即远距离作业时状态。第五连杆20两端均与机架22连接，此时第五连杆20、第六连杆17和第八连杆12处于固定状态，第三连杆9绕着第六铰链11转动，由于第三连杆9和第四连杆2通过第四铰链8连接，进而带动第四连杆2转动，第一连杆7绕着第五铰链10转动，由于第一连杆7和第二连杆5通过第三铰链6连接，进而带动第二连杆5转动，由于第二连杆5和第七连杆4通过第二铰链3连接，第八连杆12和第七连杆4通过第八铰链14连接，进而带动第七连杆4作单自由度运动，由于第四连杆2和工作臂15通过第一铰链1连接，第七连杆4和工作臂15通过第十铰链18连接，进而使工作臂15作两自由度运动。

Claims (2)

1.一种大空间十连杆两构态变胞机构，包括机架、输入臂、传动臂、工作臂和铰链，其特征在于，具体结构和连接关系为：
所述输入臂包括第五连杆、第三连杆和第一连杆，所述第五连杆一端通过第十二铰链与机架连接，另一端通过第十一铰链与第六连杆连接，所述第三连杆一端通过第六铰链与机架连接，另一端通过第四铰链与第四连杆连接，所述第一连杆一端通过第五铰链与机架连接，另一端通过第三铰链与第七连杆连接；所述传动臂包括第六连杆、第四连杆、第二连杆、第八连杆和第七连杆，所述第六连杆一端通过第十一铰链与第五连杆连接，另一端通过第九铰链与第八连杆连接，所述第四连杆一端通过第四铰链与第三连杆连接，另一端通过第一铰链与工作臂连接，所述第二连杆一端通过第三铰链与第一连杆连接，另一端通过第二铰链与第七连杆连接，所述第八连杆一端通过第七铰链与机架连接，中部通过第九铰链与第六连杆连接，另一端通过第八铰链与第七连杆连接，所述第七连杆一端通过第二铰链与第二连杆连接，中部通过第八铰链与第八连杆连接，另一端通过第十铰链与工作臂连接；所述工作臂一端通过第一铰链与第四连杆连接，中部通过第十铰链与第七连杆连接；所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链、第五铰链、第六铰链、第七铰链、第八铰链、第九铰链、第十铰链、第十一铰链和第十二铰链。
2.根据权利要求1所述的一种大空间十连杆两构态变胞机构，其特征在于，所述第一铰链和第十铰链间的轴心距离与第一铰链和第四铰链间的轴心距离之和大于等于第二铰链和第十铰链间的轴心距离。
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