CN111267072A - 单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法，其驱动输入单元通过联轴器与传动装置中第一轴系连接，第一轴系安装于第一支架的第一端，第二轴系安装于第二支架的中间位置，且第二支架的第一端和第二端分别与第一轴系和第三轴系连接，第一直线运动输出装置通过第一电磁离合器装置与第二轴系连接，第三轴系安装于第一支架的第二端，第一电磁制动器装置与第三轴系的第二端连接，第二电磁制动器装置与第三轴系串联，第二直线运动输出装置通过第二电磁离合器装置与第四轴系连接，且第二轴系和第四轴系通过万向联轴器连接。本发明通过单一驱动输入可以改变并联机构支链的驱动关节类型，实现并联机构的构型重构，进而改变并联机构的性能。

Description

单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法

技术领域

本发明属于机械设计和并联机构技术领域，特别涉及一种单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法。

背景技术

并联机构具有结构紧凑、承载能力大、精度高、回程误差小等优点，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域。并联机构主要由静平台、动平台和若干条串联支链构成，并联机构的驱动方式一般采用转动副和移动副作为驱动。目前并联机构的支链驱动方式多采用单一移动副驱动或者单一转动副驱动，因此并联机构只能在固定的驱动方式下按照特定的构型进行运动。但由于并联机构自身结构的限制，并联机构的性能具有一定的局限性，使其应用场合受到一定的限制。

可重构并联机构既继承了传统并联机构的优点，同时自身又具有可重构特性，使其成为机构学与机器人学领域新的研究热点。支链可重构的并联机构也是可重构并联机构研究的内容之一，目前对于并联机构支链的可重构方式多数采用驱动锁死或者限位装置的方法实现。采用驱动锁死的方式，即采用多个驱动单元控制不同的运动副，只保留一个驱动单元作为驱动，其余驱动单元全部锁死。采用限位装置的方式，即并联机构支链运动到某一特殊位置时在限位装置的作用下改变支链的运动形式。驱动锁死的方式采用多个驱动单元驱动，增加了额外的成本，而且控制方式复杂，采用限位装置的方式并不能灵活的改变并联机构支链的运动形式。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法，克服了现有技术的不足，通过单驱动可重构并联机构支链装置，改变并联机构支链的驱动关节类型，实现并联机构的构型重构，进而改变并联机构的性能。

本发明采用的技术方案是，一种单驱动可重构并联机构支链装置，其包括驱动输入单元、电磁离合器装置、电磁制动器装置、直线运动输出装置、传动装置、第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，所述驱动输入单元通过电机支架与所述第一支架固定连接，且所述驱动输入单元的输出轴通过联轴器与所述传动装置中第一轴系的第一转轴连接；所述电磁离合器装置包括第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，且所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置结构相同，所述电磁制动器装置包括第一电磁制动器装置和第二电磁制动器装置，所述直线运动输出装置包括第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置，且所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置的结构相同；以及所述传动装置包括第一轴系、第二轴系、第三轴系、第四轴系和万向联轴器，所述第一轴系安装于所述第一支架的第一端，且通过第一端盖对所述第一轴系的第一端定位连接，所述第二轴系安装于所述第二支架的中间位置，且所述第二支架的第一端和第二端分别与所述第一轴系的第二端和第三轴系的第一端连接，所述第二支架与所述第三支架固定连接，所述第一直线运动输出装置安装于所述第三支架上，且所述第一直线运动输出装置通过所述第一电磁离合器装置与所述第二轴系连接，所述第三轴系安装于所述第一支架的第二端，且通过第二端盖对所述第三轴系的第二端定位连接，所述第一电磁制动器装置与所述第三轴系的第二端连接，所述第二电磁制动器装置与所述第三轴系串联，且所述第二电磁制动器装置中的制动器磁轭通过螺钉与所述第一支架第二端的第一端面固定连接，所述第二电磁制动器装置中的电磁制动旋转法兰通过螺钉与所述第二支架第二端的第一端面固定连接，所述第四轴系安装于所述第一支架的中间位置，所述第一支架与所述第四支架固定连接，所述第二直线运动输出装置安装于所述第四支架上，且所述第二直线运动输出装置通过所述第二电磁离合器装置与所述第四轴系连接，且所述第二轴系和第四轴系通过所述万向联轴器连接，所述第一轴系中的第一锥齿轮、第二轴系中的第二锥齿轮以及第三轴系中的第三锥齿轮相互啮合。

进一步地，所述第一轴系包括第一转轴、第一轴承、第二轴承、第三轴承和第一锥齿轮，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承通过弹性挡圈依次安装于所述第一转轴上，且分别位于所述第一转轴的第一端、中间部和第二端，所述第一锥齿轮通过弹性挡圈固定于所述第一转轴的第二端，且所述第一轴系通过所述第一轴承和第二轴承安装于所述第一支架的第一端，所述第三轴承安装于所述第二支架的第一端；所述第二轴系包括第二转轴、第二锥齿轮和第一轴承套杯组合装置，所述第二锥齿轮通过弹性挡圈固定于所述第二转轴的第一端，所述第一轴承套杯组合装置设于所述第二转轴的第二端；所述第三轴系包括第三转轴、第三锥齿轮、第四轴承、第五轴承、第六轴承和第一电磁制动器装置，所述第六轴承、第五轴承和第四轴承依次安装于所述第三转轴上，且分别位于所述第三转轴的第一端、中间部和第二端，所述第三锥齿轮和第一电磁制动器装置分别设于所述第三转轴的第一端和第二端，且所述第三轴系通过所述第四轴承和第五轴承安装于所述第一支架的第二端，所述第六轴承安装于所述第二支架的第二端；以及所述第四轴系包括第四转轴和第二轴承套杯组合装置，所述第二轴承套杯组合装置设于所述第四转轴的第一端，且所述第四轴系通过所述第二轴承套杯组合装置中的第一套杯与所述第一支架的中间位置连接。

优选地，所述第一转轴的轴线与所述第三转轴的轴线共线，所述第二转轴的轴线和第四转轴的轴线分别垂直于所述第一转轴的轴线和所述第三转轴的轴线，所述万向联轴器的十字轴中心点与所述第一转轴、第二转轴、第三转轴以及第四转轴的轴线汇交点重合，且所述第一锥齿轮、第二锥齿轮以及第三锥齿轮的锥角交点与所述第一转轴、第二转轴、第三转轴以及第四转轴的轴线汇交点重合。

优选地，所述第一轴承套杯组合装置和第二轴承套杯组合装置结构相同，且所述第一轴承套杯组合装置和第二轴承套杯组合装置均包括第一套杯、第一套杯端盖、第一套杯轴承、第一套筒和第二套杯轴承，所述第一套杯轴承、第一套筒和第二套杯轴承依次安装于所述第一套杯中，且所述第一套杯轴承的外圈通过所述第一套杯端盖定位连接，所述第二套杯轴承的第一外圈端面与所述第一套杯的第一端面重合。

进一步地，所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置均包括离合器磁轭、第一旋转法兰和第二旋转法兰，所述第一旋转法兰和第二旋转法兰分别安装于所述离合器磁轭的中间部和第一端，且所述第一电磁离合器装置中的离合器磁轭与所述第一轴承套杯组合装置中的第一套杯连接，所述第一旋转法兰与所述第二转轴连接，所述第二旋转法兰与所述第一直线运动输出装置中滚珠丝杠的第一端连接，所述第二电磁离合器装置中的离合器磁轭与所述第二轴承套杯组合装置中的第一套杯连接，所述第一旋转法兰与所述第四转轴连接，所述第二旋转法兰与所述第二直线运动输出装置中滚珠丝杠的第一端连接。

进一步地，所述第一电磁制动器装置包括电磁制动单元和连接单元，所述连接单元设于所述电磁制动单元的中间位置，且所述连接单元与所述第三转轴连接，所述电磁制动单元通过螺钉与所述第一支架的第二端连接，所述第二电磁制动器装置包括制动器磁轭和电磁制动旋转法兰，所述电磁制动旋转法兰安装于所述制动器磁轭的第一端面，且所述制动器磁轭通过螺钉与所述第一支架第二端的第一端面固定连接，所述电磁制动旋转法兰通过螺钉与所述第二支架第二端的第一端面固定连接。

进一步地，所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置均包括第三轴承套杯组合装置、缸体、锁紧螺母、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、推杆、滑动轴承和直线运动轴承，所述第三轴承套杯组合装置通过所述锁紧螺母安装于所述滚珠丝杠的第一端，且所述第三轴承套杯组合装置中的第三套杯与所述缸体的第一端固定连接，所述滑动轴承通过弹性挡圈固定于所述滚珠丝杠的第二端，所述直线运动轴承设于所述缸体的第二端，且所述推杆的第一端与所述滚珠丝杠螺母连接，所述推杆的第二端安装于所述直线运动轴承和滑动轴承之间。

优选地，所述第三轴承套杯组合装置包括第三套杯、第三套杯端盖、第三套杯轴承和第四套杯轴承，所述第三套杯轴承和第四套杯轴承依次安装于所述第三套杯中，且所述第三套杯轴承的外圈通过所述第三套杯端盖定位连接，所述第四套杯轴承的第一外圈端面与所述第三套杯的第一端面重合。

本发明的另一方面，提供了一种所述的单驱动可重构并联机构支链的重构方法，包括以下步骤：

S1、启动电源，驱使所述第一锥齿轮转动；

S2、根据工况要求判断并联机构支链的驱动关节形式，如果所述并联机构支链为移动关节驱动支链时，则进行下一步，如果所述并联机构支链为转动关节驱动支链时，则执行步骤S5；

S3、对所述第二电磁制动器装置制动，使得所述第一支架和第二支架相对固定，且所述第二转轴轴线与第四转轴轴线共线；

S4、所述第二转轴通过所述万向联轴器将动力传递至所述第四转轴，控制所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，使得所述第一旋转法兰和第二旋转法兰吸附，且所述第三转轴处于空转状态，所述第二转轴和第四转轴分别通过所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置将动力传递至所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置中，并通过所述滚珠丝杠螺母控制所述推杆的伸出长度；

S5、对所述第一电磁制动器装置进行制动，使得所述第三转轴和第三锥齿轮相对所述第一支架固定；

S6、所述第二转轴通过所述万向联轴器将动力传递至所述第四转轴，控制所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，使得所述第一旋转法兰和第二旋转法兰分离，且所述第二转轴和第四转轴处于空转状态，保持所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置中的推杆伸出长度保持不变；以及

S7、所述第一锥齿轮通过所述第二锥齿轮将动力传递至所述第三锥齿轮，带动所述第二支架相对于第一支架转动，实现所述并联机构支链转动。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的一种单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法，通过单一驱动输入即可实现驱动关节运动副的形式在移动副与转动副之间进行自由转换，且转换过程中可以保证驱动持续输入。

2、本发明提供的一种单驱动可重构并联机构支链装置及其重构方法，具有普遍适用性，可以应用到多种移动副和转动副可以互相转换的并联机构中，使并联机构在不同构型下进行相互转换，进而提高并联机构自身的性能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的第一轴系结构示意图；

图3为本发明的第二轴系结构示意图；

图4为本发明的第三轴系结构示意图；

图5为本发明的第四轴系结构示意图；

图6为本发明的第一轴承套杯组合装置结构示意图；

图7为本发明的第一电磁离合器装置结构示意图；

图8为本发明的第一电磁制动器装置结构示意图；

图9为本发明的第二电磁制动器装置结构示意图；

图10为本发明的第一直线运动输出装置剖视图；

图11为本发明的第一直线运动输出装置结构示意图；以及

图12为本发明的第三轴承套杯组合装置结构示意图。

主要附图标记：

驱动输入单元1；联轴器2；第一支架3；第一轴系4；第一转轴4-1；第一轴承4-2；第二轴承4-3；第三轴承4-4；第一锥齿轮4-5；第二轴系5；第二转轴5-1；第二锥齿轮5-2；第一电磁离合器装置6；离合器磁轭6-1；第一旋转法兰6-2；第二旋转法兰6-3；第一直线运动输出装置7；缸体7-1；锁紧螺母7-2；滚珠丝杠7-3；滚珠丝杠螺母7-4；推杆7-5；滑动轴承7-6；直线运动轴承7-7；第三支架8；第二支架9；第一电磁制动器装置10；电磁制动单元10-1；连接单元10-2；第二端盖11；第二电磁制动器装置12；制动器磁轭12-1；电磁制动旋转法兰12-2；第三轴系13；第三转轴13-1；第三锥齿轮13-2；第四轴承13-3；第五轴承13-4；第六轴承13-5；第四轴系14；第四转轴14-1；第二直线运动输出装置15；第二电磁离合器装置16；万向联轴器17；第四支架18；第一端盖19；电机支架20；第一轴承套杯组合装置21；第一套杯21-1；第一套杯端盖21-2；第一套杯轴承21-3；第一套筒21-4；第二套杯轴承21-5；第二轴承套杯组合装置22；第三轴承套杯组合装置23；第三套杯23-1；第三套杯端盖23-2；第三套杯轴承23-3；第四套杯轴承23-4。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种单驱动可重构并联机构支链装置，如图1所示，其包括驱动输入单元1、电磁离合器装置、电磁制动器装置、直线运动输出装置、传动装置、第一支架3、第二支架9、第三支架8和第四支架18，驱动输入单元1通过电机支架20与第一支架3固定连接，且驱动输入单元1的输出轴通过联轴器2与传动装置中第一轴系4的第一转轴4-1连接；电磁离合器装置包括第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装置16，且第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装置16结构相同，电磁制动器装置包括第一电磁制动器装置10和第二电磁制动器装置12，直线运动输出装置包括第一直线运动输出装置7和第二直线运动输出装置15，且第一直线运动输出装置7和第二直线运动输出装置15的结构相同；传动装置包括第一轴系4、第二轴系5、第三轴系13、第四轴系14和万向联轴器17，第一轴系4安装于第一支架3的第一端，且通过第一端盖19对第一轴系4的第一端定位连接，第二轴系5安装于第二支架9的中间位置，且第二支架9的第一端和第二端分别与第一轴系4的第二端和第三轴系13的第一端连接，第二支架9与第三支架8固定连接，第一直线运动输出装置7安装于第三支架8上，且第一直线运动输出装置7通过第一电磁离合器装置6与第二轴系5连接，第三轴系13安装于第一支架3的第二端，且通过第二端盖11对第三轴系13的第二端定位连接，第一电磁制动器装置10与第三轴系13的第二端连接，第二电磁制动器装置12与第三轴系13串联，且第二电磁制动器装置12中的制动器磁轭12-1通过螺钉与第一支架3第二端的第一端面固定连接，第二电磁制动器装置12中的电磁制动旋转法兰12-2通过螺钉与第二支架9第二端的第一端面固定连接，第四轴系14安装于第一支架3的中间位置，第一支架3与第四支架18固定连接，第二直线运动输出装置15安装于第四支架18上，且第二直线运动输出装置15通过第二电磁离合器装置16与第四轴系14连接，且第二轴系5和第四轴系14通过万向联轴器17连接，第一轴系4中的第一锥齿轮4-5、第二轴系5中的第二锥齿轮5-2以及第三轴系13中的第三锥齿轮13-2相互啮合。

如图2所示，第一轴系4包括第一转轴4-1、第一轴承4-2、第二轴承4-3、第三轴承4-4和第一锥齿轮4-5，第一轴承4-2、第二轴承4-3和第三轴承4-4通过弹性挡圈依次安装于第一转轴4-1上，且分别位于第一转轴4-1的第一端、中间部和第二端，第一锥齿轮4-5通过弹性挡圈固定于第一转轴4-1的第二端，且第一轴系4通过第一轴承4-2和第二轴承4-3安装于第一支架3的第一端，第三轴承4-4安装于第二支架9的第一端。

如图3所示，第二轴系5包括第二转轴5-1、第二锥齿轮5-2和第一轴承套杯组合装置21，第二锥齿轮5-2通过弹性挡圈固定于第二转轴5-1的第一端，第一轴承套杯组合装置21设于第二转轴5-1的第二端；

如图4所示，第三轴系13包括第三转轴13-1、第三锥齿轮13-2、第四轴承13-3、第五轴承13-4、第六轴承13-5和第一电磁制动器装置10，第六轴承13-5、第五轴承13-4和第四轴承13-3依次安装于第三转轴13-1上，且分别位于第三转轴13-1的第一端、中间部和第二端，第三锥齿轮13-2和第一电磁制动器装置10分别设于第三转轴13-1的第一端和第二端，且第三轴系13通过第四轴承13-3和第五轴承13-4安装于第一支架3的第二端，第六轴承13-5安装于第二支架9的第二端；

如图5所示，第四轴系14包括第四转轴14-1和第二轴承套杯组合装置22，第二轴承套杯组合装置22设于第四转轴14-1的第一端，且第四轴系14通过第二轴承套杯组合装置22中的第一套杯21-1与第一支架3的中间位置连接。

具体的，第一转轴4-1的轴线与第三转轴13-1的轴线共线，第二转轴5-1的轴线和第四转轴14-1的轴线分别垂直于第一转轴4-1的轴线和第三转轴13-1的轴线，万向联轴器17的十字轴中心点与第一转轴4-1、第二转轴5-1、第三转轴13-1以及第四转轴14-1的轴线汇交点重合，且第一锥齿轮4-5、第二锥齿轮5-2以及第三锥齿轮13-2的锥角交点与第一转轴4-1、第二转轴5-1、第三转轴13-1以及第四转轴14-1的轴线汇交点重合。

如图6所示，第一轴承套杯组合装置21和第二轴承套杯组合装置22结构相同，且第一轴承套杯组合装置21和第二轴承套杯组合装置22均包括第一套杯21-1、第一套杯端盖21-2、第一套杯轴承21-3、第一套筒21-4和第二套杯轴承21-5，第一套杯轴承21-3、第一套筒21-4和第二套杯轴承21-5依次安装于第一套杯21-1中，且第一套杯轴承21-3的外圈通过第一套杯端盖21-2定位连接，第二套杯轴承21-5的第一外圈端面与第一套杯21-1的第一端面重合。

具体的，第一套杯轴承21-3的第一外圈端面与第一套杯端盖21-2的第一端面重合，第一套杯轴承21-3的第二外圈端面与第一套筒21-4的第一端面重合，第一套筒21-4的第二端面与第二套杯轴承21-5的第二外圈端面重合。

如图7所示，第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装16置均包括离合器磁轭6-1、第一旋转法兰6-2和第二旋转法兰6-3，第一旋转法兰6-2和第二旋转法兰6-3分别安装于离合器磁轭6-1的中间部和第一端，且第一电磁离合器装置6中的离合器磁轭6-1与第一轴承套杯组合装置21中的第一套杯21-1连接，第一旋转法兰6-2与第二转轴5-1连接，第二旋转法兰6-2与第一直线运动输出装置7中滚珠丝杠7-3的第一端连接，第二电磁离合器装置16中的离合器磁轭6-1与第二轴承套杯组合装置22中的第一套杯21-1连接，第一旋转法兰6-2与第四转轴14-1连接，第二旋转法兰6-3与第二直线运动输出装置15中滚珠丝杠7-3的第一端连接。

如图8所示，第一电磁制动器装置10包括电磁制动单元10-1和连接单元10-2，连接单元10-2设于电磁制动单元10-1的中间位置，且连接单元10-2与第三转轴13-1连接，电磁制动单元10-1通过螺钉与第一支架3的第二端连接。

如图9所示，第二电磁制动器装置12包括制动器磁轭12-1和电磁制动旋转法兰12-2，电磁制动旋转法兰12-2安装于制动器磁轭12-1的第一端面，且制动器磁轭12-1通过螺钉与第一支架3第二端的第一端面固定连接，电磁制动旋转法兰12-2通过螺钉与第二支架9第二端的第一端面固定连接。

如图10和图11所示，第一直线运动输出装置7和第二直线运动输出装置15均包括第三轴承套杯组合装置23、缸体7-1、锁紧螺母7-2、滚珠丝杠7-3、滚珠丝杠螺母7-4、推杆7-5、滑动轴承7-6和直线运动轴承7-7，第三轴承套杯组合装置23通过锁紧螺母7-2安装于滚珠丝杠7-3的第一端，且第三轴承套杯组合装置23中的第三套杯23-1与缸体7-1的第一端固定连接，滑动轴承7-6通过弹性挡圈固定于滚珠丝杠7-3的第二端，直线运动轴承7-7设于缸体7-1的第二端，且推杆7-5的第一端与滚珠丝杠螺母7-4连接，推杆7-5的第二端安装于直线运动轴承7-7和滑动轴承7-6之间。

如图12所示，第三轴承套杯组合装置23包括第三套杯23-1、第三套杯端盖23-2、第三套杯轴承23-3和第四套杯轴承23-4，第三套杯轴承23-3和第四套杯轴承23-4依次安装于第三套杯23-1中，且第三套杯轴承23-3的外圈通过第三套杯端盖23-2定位连接，第四套杯轴承23-4的第一外圈端面与第三套杯23-1的第一端面重合。

本发明的另一方面，提供了一种所述的单驱动可重构并联机构支链的重构方法，包括以下步骤：

S1、启动电源，驱使第一锥齿轮4-5转动；

S2、根据工况要求判断并联机构支链的驱动关节形式，如果所述并联机构支链为移动关节驱动支链时，则进行下一步，如果所述并联机构支链为转动关节驱动支链时，则执行步骤S5；

S3、对第二电磁制动器装置12制动，使得第一支架3和第二支架9相对固定，且第二转轴5-1轴线与第四转轴14-1轴线共线；

S4、第二转轴5-1通过万向联轴器17将动力传递至第四转轴14-1，控制第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装置16，使得第一旋转法兰6-2和第二旋转法兰6-3吸附，且第三转轴13-1处于空转状态，第二转轴5-1和第四转轴14-1分别通过第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装置16将动力传递至第一直线运动输出装置7和第二直线运动输出装置15中，并通过所述滚珠丝杠螺母7-4控制推杆7-5的伸出长度；

S5、对第一电磁制动器装置10进行制动，使得第三转轴13-1和第三锥齿轮13-2相对第一支架3固定；

S6、第二转轴5-1通过万向联轴器17将动力传递至第四转轴14-1，控制第一电磁离合器装置6和第二电磁离合器装置16，使得第一旋转法兰6-2和第二旋转法兰6-3分离，且第二转轴5-1和第四转轴14-1处于空转状态，保持第一直线运动输出装置7和第二直线运动输出装置15中的推杆7-5伸出长度保持不变；以及

S7、第一锥齿轮4-5通过第二锥齿轮5-2将动力传递至第三锥齿轮13-2，带动第二支架9相对于第一支架3转动，实现并联机构支链转动。

实施案例一

本发明可以应用到3-RPS并联机构中，其中R-转动副，P-移动副，S-球副，机构的三条支链在RPS、RRS两种形式下进行随机组合，使机构在3-RPS、3-RRS、2-RPS-RRS、2-RRS-RPS四种构型下进行切换，可以随机改变3-RPS机构的构型，使其在不同构型下进行重构。

实施案例二

本发明可以应用到3-UPU并联机构中，其中U-万向副，机构的三条支链在UPU、URU两种形式下进行随机组合，使机构在3-UPU、3-URU、2-UPU-URU、2-URU-UPU四种构型下进行切换，可以随机改变3-UPU机构的构型，使其在不同构型下进行重构。

实施案例三

本发明可以应用到3-UPS并联机构中，机构的三条支链在UPS、URS两种形式下进行随机组合，使机构在3-UPS、3-URS、2-UPS-URS、2-URS-UPS四种构型下进行切换，可以随机改变3-UPS机构的构型，使其在不同构型下进行重构。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，其包括驱动输入单元、电磁离合器装置、电磁制动器装置、直线运动输出装置、传动装置、第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，

所述驱动输入单元通过电机支架与所述第一支架固定连接，且所述驱动输入单元的输出轴通过联轴器与所述传动装置中第一轴系的第一转轴连接；

所述电磁离合器装置包括第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，且所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置结构相同，所述电磁制动器装置包括第一电磁制动器装置和第二电磁制动器装置，所述直线运动输出装置包括第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置，且所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置的结构相同；以及

所述传动装置包括第一轴系、第二轴系、第三轴系、第四轴系和万向联轴器，所述第一轴系安装于所述第一支架的第一端，且通过第一端盖对所述第一轴系的第一端定位连接，所述第二轴系安装于所述第二支架的中间位置，且所述第二支架的第一端和第二端分别与所述第一轴系的第二端和第三轴系的第一端连接，所述第二支架与所述第三支架固定连接，所述第一直线运动输出装置安装于所述第三支架上，且所述第一直线运动输出装置通过所述第一电磁离合器装置与所述第二轴系连接，所述第三轴系安装于所述第一支架的第二端，且通过第二端盖对所述第三轴系的第二端定位连接，所述第一电磁制动器装置与所述第三轴系的第二端连接，所述第二电磁制动器装置与所述第三轴系串联，且所述第二电磁制动器装置中的制动器磁轭通过螺钉与所述第一支架第二端的第一端面固定连接，所述第二电磁制动器装置中的电磁制动旋转法兰通过螺钉与所述第二支架第二端的第一端面固定连接，所述第四轴系安装于所述第一支架的中间位置，所述第一支架与所述第四支架固定连接，所述第二直线运动输出装置安装于所述第四支架上，且所述第二直线运动输出装置通过所述第二电磁离合器装置与所述第四轴系连接，且所述第二轴系和第四轴系通过所述万向联轴器连接，所述第一轴系中的第一锥齿轮、第二轴系中的第二锥齿轮以及第三轴系中的第三锥齿轮相互啮合。

2.根据权利要求1所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一轴系包括第一转轴、第一轴承、第二轴承、第三轴承和第一锥齿轮，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承通过弹性挡圈依次安装于所述第一转轴上，且分别位于所述第一转轴的第一端、中间部和第二端，所述第一锥齿轮通过弹性挡圈固定于所述第一转轴的第二端，且所述第一轴系通过所述第一轴承和第二轴承安装于所述第一支架的第一端，所述第三轴承安装于所述第二支架的第一端；所述第二轴系包括第二转轴、第二锥齿轮和第一轴承套杯组合装置，所述第二锥齿轮通过弹性挡圈固定于所述第二转轴的第一端，所述第一轴承套杯组合装置设于所述第二转轴的第二端；所述第三轴系包括第三转轴、第三锥齿轮、第四轴承、第五轴承、第六轴承和第一电磁制动器装置，所述第六轴承、第五轴承和第四轴承依次安装于所述第三转轴上，且分别位于所述第三转轴的第一端、中间部和第二端，所述第三锥齿轮和第一电磁制动器装置分别设于所述第三转轴的第一端和第二端，且所述第三轴系通过所述第四轴承和第五轴承安装于所述第一支架的第二端，所述第六轴承安装于所述第二支架的第二端；以及所述第四轴系包括第四转轴和第二轴承套杯组合装置，所述第二轴承套杯组合装置设于所述第四转轴的第一端，且所述第四轴系通过所述第二轴承套杯组合装置中的第一套杯与所述第一支架的中间位置连接。

3.根据权利要求2所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一转轴的轴线与所述第三转轴的轴线共线，所述第二转轴的轴线和第四转轴的轴线分别垂直于所述第一转轴的轴线和所述第三转轴的轴线，所述万向联轴器的十字轴中心点与所述第一转轴、第二转轴、第三转轴以及第四转轴的轴线汇交点重合，且所述第一锥齿轮、第二锥齿轮以及第三锥齿轮的锥角交点与所述第一转轴、第二转轴、第三转轴以及第四转轴的轴线汇交点重合。

4.根据权利要求2所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一轴承套杯组合装置和第二轴承套杯组合装置结构相同，且所述第一轴承套杯组合装置和第二轴承套杯组合装置均包括第一套杯、第一套杯端盖、第一套杯轴承、第一套筒和第二套杯轴承，所述第一套杯轴承、第一套筒和第二套杯轴承依次安装于所述第一套杯中，且所述第一套杯轴承的外圈通过所述第一套杯端盖定位连接，所述第二套杯轴承的第一外圈端面与所述第一套杯的第一端面重合。

5.根据权利要求1所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置均包括离合器磁轭、第一旋转法兰和第二旋转法兰，所述第一旋转法兰和第二旋转法兰分别安装于所述离合器磁轭的中间部和第一端，且所述第一电磁离合器装置中的离合器磁轭与所述第一轴承套杯组合装置中的第一套杯连接，所述第一旋转法兰与所述第二转轴连接，所述第二旋转法兰与所述第一直线运动输出装置中滚珠丝杠的第一端连接，所述第二电磁离合器装置中的离合器磁轭与所述第二轴承套杯组合装置中的第一套杯连接，所述第一旋转法兰与所述第四转轴连接，所述第二旋转法兰与所述第二直线运动输出装置中滚珠丝杠的第一端连接。

6.根据权利要求1所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一电磁制动器装置包括电磁制动单元和连接单元，所述连接单元设于所述电磁制动单元的中间位置，且所述连接单元与所述第三转轴连接，所述电磁制动单元通过螺钉与所述第一支架的第二端连接，所述第二电磁制动器装置包括制动器磁轭和电磁制动旋转法兰，所述电磁制动旋转法兰安装于所述制动器磁轭的第一端面，且所述制动器磁轭通过螺钉与所述第一支架第二端的第一端面固定连接，所述电磁制动旋转法兰通过螺钉与所述第二支架第二端的第一端面固定连接。

7.根据权利要求1所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置均包括第三轴承套杯组合装置、缸体、锁紧螺母、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、推杆、滑动轴承和直线运动轴承，所述第三轴承套杯组合装置通过所述锁紧螺母安装于所述滚珠丝杠的第一端，且所述第三轴承套杯组合装置中的第三套杯与所述缸体的第一端固定连接，所述滑动轴承通过弹性挡圈固定于所述滚珠丝杠的第二端，所述直线运动轴承设于所述缸体的第二端，且所述推杆的第一端与所述滚珠丝杠螺母连接，所述推杆的第二端安装于所述直线运动轴承和滑动轴承之间。

8.根据权利要求7所述的单驱动可重构并联机构支链装置，其特征在于，所述第三轴承套杯组合装置包括第三套杯、第三套杯端盖、第三套杯轴承和第四套杯轴承，所述第三套杯轴承和第四套杯轴承依次安装于所述第三套杯中，且所述第三套杯轴承的外圈通过所述第三套杯端盖定位连接，所述第四套杯轴承的第一外圈端面与所述第三套杯的第一端面重合。

9.一种根据权利要求1至8之一所述的单驱动可重构并联机构支链的重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动电源，驱使所述第一锥齿轮转动；

S2、根据工况要求判断并联机构支链的驱动关节形式，如果所述并联机构支链为移动关节驱动支链时，则进行下一步，如果所述并联机构支链为转动关节驱动支链时，则执行步骤S5；

S3、对所述第二电磁制动器装置制动，使得所述第一支架和第二支架相对固定，且所述第二转轴轴线与第四转轴轴线共线；

S4、所述第二转轴通过所述万向联轴器将动力传递至所述第四转轴，控制所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，使得所述第一旋转法兰和第二旋转法兰吸附，且所述第三转轴处于空转状态，所述第二转轴和第四转轴分别通过所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置将动力传递至所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置中，并通过所述滚珠丝杠螺母控制所述推杆的伸出长度；

S5、对所述第一电磁制动器装置进行制动，使得所述第三转轴和第三锥齿轮相对所述第一支架固定；

S6、所述第二转轴通过所述万向联轴器将动力传递至所述第四转轴，控制所述第一电磁离合器装置和第二电磁离合器装置，使得所述第一旋转法兰和第二旋转法兰分离，且所述第二转轴和第四转轴处于空转状态，保持所述第一直线运动输出装置和第二直线运动输出装置中的推杆伸出长度保持不变；以及

S7、所述第一锥齿轮通过所述第二锥齿轮将动力传递至所述第三锥齿轮，带动所述第二支架相对于第一支架转动，实现所述并联机构支链转动。

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