CN107020623A - 一种刚度解耦平面转动冗余并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿，上、下平台，上部刚性支腿、下部刚性支腿，五个转动副，上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上、下平台与一个刚性支腿固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动，上下平台的两端与两个弹性支腿连接，另外两个弹性支腿交叉后分别与上下平台两端铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，本发明通过解耦主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，即可以降低被动刚度而不影响内力调节总刚度，从而增加变刚度倍数。

Description

一种刚度解耦平面转动冗余并联机构
技术领域
本发明涉及机械机构领域，具体涉及一种刚度解耦平面转动冗余并联机构。
背景技术
平面转动冗余驱动并联机构作为很多复杂机构的基本单元有广泛应用。机构需要根据不同的工况调节不同的刚度，所以要求机构变刚度范围越大越好。其刚度由内力产生的主动刚度和弹性支腿柔性引起的被动刚度组成。而内力与弹性支腿柔性有关，所以主动刚度和被动刚度都与弹性支腿柔性有关，即主动刚度和被动刚度耦合。以内力为0的刚度为初始刚度，此时刚度只有被动刚度。作为机构变刚度范围指标，变刚度倍数是某一内力下的刚度与初始刚度之比，即某一内力下的刚度与被动刚度之比。通过降低弹性支腿柔性可以降低被动刚度但同时会降低内力从而降低总刚度。而通过解耦主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，即可以降低被动刚度而不影响内力调节总刚度，从而增加变刚度倍数。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，目的是通过解耦机构主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，从而增加机构变刚度范围。
本发明所采用的技术如下：一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿，上平台、下平台，上部刚性支腿、下部刚性支腿，五个转动副，上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上部刚性支腿的一端与上平台中心A3固定连接，下部刚性支腿的一端与下平台中心B3固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动；上平台的左端分别与弹性支腿A1B1的一端、弹性支腿A1B2的一端通过转动副A1铰接，下平台的左端分别与性支腿A1B1的另外一端、弹性支腿A2B1的另外一端通过转动副B1铰接，上平台的右端分别与弹性支腿A2B2的一端、弹性支腿A2B1的一端通过转动副A2铰接，下平台的右端分别与第二弹性支腿A2B2的另外一端、第三弹性支腿A1B2的另外一端通过转动副B2铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，上平台两端的转动副分别到上平台中心A3的距离和下平台两端的转动副分别到下平台中心B3的距离都相等，弹性支腿A1B2、A2B1的内力fc0作为冗余驱动力在封闭的机构中相互平衡产生对抗驱动刚度即主动刚度，在无内力时，由支腿柔性产生的是被动刚度，主动刚度与被动刚度解耦，通过独立调节交叉弹性支腿A1B2、A2B1内力fc0调节刚度，避免受被动刚度影响，使机构刚度变化范围在给定机构内力下最大化，L0是上部刚性支腿OA3长度和下部刚性支腿OB3长度之和，ra是上平台其一端的转动副到上平台中心A3的距离，拉伸内力取负，压缩内力取正，ku'是非交叉的弹性支腿刚度，刚度解耦平面转动冗余并联机构刚度表达式为：
本发明的优点及有益效果是：通过解耦主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，即可以降低被动刚度而不影响内力调节总刚度，从而增加变刚度倍数。
附图说明
图1是工作点时的刚度解耦平面转动冗余并联机构结构示意图；
图2是上平台转动后的刚度解耦平面转动冗余并联机构结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步说明：
实施例1
如图1-2所示，一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿A1B1.A2B2.A1B2.A2B1，上平台1、下平台2，上部刚性支腿3、下部刚性支腿4，五个转动副A1.A2.B1.B2.O，上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上部刚性支腿的一端与上平台中心A3固定连接，下部刚性支腿的一端与下平台中心B3固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动；上平台的左端分别与弹性支腿A1B1的一端、弹性支腿A1B2的一端通过转动副A1铰接，下平台的左端分别与性支腿A1B1的另外一端、弹性支腿A2B1的另外一端通过转动副B1铰接，上平台的右端分别与弹性支腿A2B2的一端、弹性支腿A2B1的一端通过转动副A2铰接，下平台的右端分别与第二弹性支腿A2B2的另外一端、第三弹性支腿A1B2的另外一端通过转动副B2铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，上平台两端的转动副分别到上平台中心A3的距离和下平台两端的转动副分别到下平台中心B3的距离都相等，即距离B1B3＝B2B3＝A1A3＝A2A3，弹性支腿A1B2、A2B1的内力fc0作为冗余驱动力在封闭的机构中相互平衡产生对抗驱动刚度即主动刚度，在无内力时，由支腿柔性产生的是被动刚度，主动刚度与被动刚度解耦，通过独立调节交叉弹性支腿A1B2、A2B1内力fc0调节刚度，避免受被动刚度影响，使机构刚度变化范围在给定机构内力下最大化，L0是上部刚性支腿OA3长度和下部刚性支腿OB3长度之和，ra是上平台其一端的转动副到上平台中心A3的距离，拉伸内力取负，压缩内力取正，ku'是非交叉的弹性支腿刚度，刚度解耦平面转动冗余并联机构刚度表达式为：
本实施例通过解耦机构主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，从而增加机构变刚度范围。

Claims (1)

1.一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿，上平台、下平台，上部刚性支腿、下部刚性支腿，五个转动副，其特征在于：所述的上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上部刚性支腿的一端与上平台中心A3固定连接，下部刚性支腿的一端与下平台中心B3固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动；上平台的左端分别与弹性支腿A1B1的一端、弹性支腿A1B2的一端通过转动副A1铰接，下平台的左端分别与性支腿A1B1的另外一端、弹性支腿A2B1的另外一端通过转动副B1铰接，上平台的右端分别与弹性支腿A2B2的一端、弹性支腿A2B1的一端通过转动副A2铰接，下平台的右端分别与第二弹性支腿A2B2的另外一端、第三弹性支腿A1B2的另外一端通过转动副B2铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，上平台两端的转动副分别到上平台中心A3的距离和下平台两端的转动副分别到下平台中心B3的距离都相等，弹性支腿A1B2、A2B1的内力fc0作为冗余驱动力在封闭的机构中相互平衡产生对抗驱动刚度即主动刚度，在无内力时，由支腿柔性产生的是被动刚度，主动刚度与被动刚度解耦，通过独立调节交叉弹性支腿A1B2、A2B1内力fc0调节刚度，L0是上部刚性支腿OA3长度和下部刚性支腿OB3长度之和，ra是上平台其一端的转动副到上平台中心A3的距离，拉伸内力取负，压缩内力取正，ku'是非交叉的弹性支腿刚度，刚度解耦平面转动冗余并联机构刚度表达式为：
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