CN107116557A

CN107116557A - 可重构空间五杆机构

Info

Publication number: CN107116557A
Application number: CN201710532436.9A
Authority: CN
Inventors: 王冰
Original assignee: North China Institute of Aerospace Engineering
Current assignee: North China Institute of Aerospace Engineering
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2017-09-01

Abstract

一种可重构空间五杆机构，其含5根杆，大臂1与固定平台通过球面五杆机构相连接，大臂2与固定平台通过虎克铰相连接，其余各杆间通过转动副相连接且所述转动副轴线平行；其具有两种不同的工作模式，工作模式A为平面2自由度连续运动，工作模式B为单轴连续转动，所述两种工作模式互斥；所述可重构空间五杆机构在两种工作模式切换的初始位形，瞬时自由度为3；所述可重构空间五杆机构可作为可重构单元，应用于空间可重构并联机构的构型设计，也可作为操作机应用于工程实际。

Description

可重构空间五杆机构

技术领域：

本发明属于机构学及机器人领域，特别涉及一种可重构空间五杆机构。

背景技术：

传统的固定自由度并联机构因具有高刚度、高承载能力、高精度、高速度等优点，使其在重载操作、工业机器人、运动模拟器、微纳操作、增材制造等领域等到了重要及广泛应用。

但随着现代科技的发展，在极端作业、先进制造、医疗康复、太空探索等领域越来越希望机构具有更高的柔性，能根据作业任务变化而可重构其拓扑结构、变化其自由度数和自由度性质、重构其工作模式。在这种背景下，可重构并联机构引起了学者们的广泛关注，成为机构学和机器人学领域新的研究热点。学者们利用变胞运动副、可锁死关节、约束奇异单环闭链、变胞单环闭链、可重构运动平台等发明了一些特色鲜明的可重构并联机构，但现有的可重构并联机构构型仍然比较少。

发明内容：

本发明针对现有可重构并联机构构型较少的不足，提出一种新型可重构空间五杆机构，其具有两种的不同工作模式，其可作为可重构单元应用于空间可重构并联机构的设计，其也可作为操作机应用于工程实际。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种可重构空间五杆机构，其由固定平台、大臂1、大臂2、小臂1、小臂2共5根杆组成。其中大臂1与固定平台通过球面五杆机构相连接，大臂2与固定平台通过虎克铰相连接，小臂1与大臂1通过转动副相连接，小臂2与大臂2通过转动副相连接，小臂1与小臂2通过转动相连接。连接大臂1和小臂1的转动副轴线、连接大臂2和小臂2的转动副轴线、连接小臂1和小臂2的转动副轴线相平行。

所述球面五杆机构自由度为2，其由杆1、杆2、杆3、杆4和杆5共5根杆组成，球面五杆机构各杆间通过转动副相连接，球面五杆机构相邻转动副轴线为正交，球面五杆机构所有转动副的轴线汇交于球面五杆机构的转动中心。

在初始位形，大臂1和大臂2垂直于固定平台，可重构空间五杆机构初始位形的瞬时自由度为3。选取绕球面五杆机构杆1轴线转角、绕杆2轴线转角及绕虎克铰与机架相连的转动副轴线转角为空间五杆机构的3个输入。

当锁死球面五杆机构杆2，绕球面五杆机构杆1轴线转角和绕虎克铰与机架相连的转动副轴线转角为可重构空间五杆机构的输入时，所述可重构空间五杆机构工作在工作模式A，此时所述可重构空间五杆机构重构为平面2自由度五杆机构，机构作平面2自由度运动。

当锁死球面五杆机构杆1和虎克铰与机架相连的转动轴，球面五杆机构杆1为可重构空间五杆机构的输入构件时，所述可重构空间五杆机构工作在工作模式B，此时所述可重构空间五杆机构重构为单自由度转动机构，机构整体作单轴转动。

附图说明：

图1为可重构空间五杆机构的初始位形。

图2为球面五杆机构。

图3为可重构空间五杆机构工作模式A。

图4为可重构空间五杆机构工作模式B。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

如图1所示为可重构空间五杆机构的初始位形，图1中杆AB为大臂1、杆BC为小臂1、杆CD为小臂2、杆DE为大臂2、构件5为固定平台。大臂1与固定平台5通过球面五杆机构相连接，大臂1与小臂1在B点通过转动副相连，小臂1与小臂2在C点通过转动副相连，小臂2与大臂2在D点通过转动副相连，大臂2与固定平台通过虎克铰相连。B点、C点、D点转动副轴线相平行。

如图2所示为球面五杆机构，其由杆1、杆2、杆3、杆4和杆5组成，所述杆5即为图1中的固定平台，所述杆4即为图1中杆AB。杆1与杆5在A₁点通过转动副相连接、杆2与杆5在A₂点通过转动副相连接、杆2与杆3在A₄点通过转动副相连、杆3与杆4在A₆点通过转动副相连、杆1和杆4在A₃点和A₅点通过转动副相连。A₁点和A₂点转动副轴线正交、A₂点和A₄点转动副轴线正交、A₄点和A₆点转动副轴线正交、A₆点转动副轴线和轴线A₃A₅正交、A₁点转动副轴线和轴线A₃A₅正交。A₁点转动副轴线、A₂点转动副轴线、A₃点转动副轴线、A₄点转动副轴线、A₆点转动副轴线、轴线A₃A₅汇交于球面五杆机构的转动中心A点。

如图1所示，在初始位形时大臂1和大臂2垂直于固定平台5，B点转动副轴线、C点转动副轴线、D点转动副轴线、A₁点转动副轴线、虎克铰轴线E₁E₂相平行。A₂点转动副轴线和虎克铰轴线E₃E₄方向相同。初始位形时，可重构空间五杆机构的瞬时自由度为3，为保证机构瞬时运动的可控，需有3个输入同时作用。选取A₁点处转动副、A₂点处转动副和E₁点处转动副为可重构空间五杆机构的驱动关节。

如图3所示，当锁死A₂点处转动副，A₁点处转动副和E₁点处转动副为可重构空间五杆机构的驱动关节，则可重构空间五杆机构切换为工作模式A。此时可重构空间五杆机构重构为平面五杆机构，其运动方式为平面内的连续2自由度运动。

如图4所示，当锁死A₁点处转动副和E₁点处转动副，A₂点处转动副为驱动关节，则可重构空间五杆机构切换为工作模式B。此时可重构空间五杆机构重构为单轴转动机构，其运动方式为单轴连续转动。

初始位形为可重构空间五杆机构两种不同工作模式的切换位形。在初始位形机构的瞬时自由度为3，在工作模式A机构的连续自由度为2，在工作模式B机构的连续自由度为1。工作模式A和工作模式B是两种互斥的工作模式。

Claims

1.一种可重构空间五杆机构，其由固定平台、大臂1、大臂2、小臂1、小臂2共5根杆组成；大臂1与固定平台通过球面五杆机构相连接，大臂2与固定平台通过虎克铰相连接，大臂1与小臂1在B点通过转动副相连接，小臂1与小臂2在C点通过转动副相连接，小臂2与大臂2在D点通过转动副相连接，B点、C点和D点转动副轴线相平行；

所述可重构空间五杆机构具有两种不同的工作模式，初始位形为两种不同工作模式的切换位形；在初始位形时，大臂1和大臂2垂直于固定平台，B点转动副轴线、C点转动副轴线、D点转动副轴线、A₁点转动副轴线、及轴线E₁E₂相平行；A₂点转动副轴线和轴线E₃E₄方向一致；在初始位形，可重构空间五杆机构的瞬时自由度为3，A₁点转动副、A₂点转动副、E₁点转动副为驱动关节；

当锁死A₂点转动副，A₁点转动副和E₁点转动副为驱动关节，可重构空间五杆机构切换为工作模式A，此时可重构空间五杆机构重构为平面2自由度五杆机构，机构作平面2自由度连续运动；

当锁死A₁点转动副和E₁点转动副，A₂点转动副为驱动副，可重构空间五杆机构切换为工作模式B，此时可重构空间五杆机构重构为单轴转动机构，机构整体作单自由度连续转动。