CN111406168A - 轨道立方体 - Google Patents

轨道立方体 Download PDF

Info

Publication number
CN111406168A
CN111406168A CN201780094868.4A CN201780094868A CN111406168A CN 111406168 A CN111406168 A CN 111406168A CN 201780094868 A CN201780094868 A CN 201780094868A CN 111406168 A CN111406168 A CN 111406168A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical
cube
cubes
mechanical assembly
motion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780094868.4A
Other languages
English (en)
Inventor
拉杜·阿佩特罗阿亚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suo LinAkexinte
Original Assignee
Suo LinAkexinte
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suo LinAkexinte filed Critical Suo LinAkexinte
Publication of CN111406168A publication Critical patent/CN111406168A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一种机械系统，包括两个相同的立方体刚性框架，该立方体刚性框架通过旋转连杆组件连接，该旋转连杆组件通过两个相同的行星齿轮机构同时操作，该行星齿轮机构分别容纳在每个立方体框架的体积内。整个机械组件具有作为运动学结构的手性双反射对称。这种运动学设计产生立方体相对于彼此的平移轨道运动，同时保持姿态并且还遵守直线轨迹。所述轨迹是立方体中的一个围绕另一个的360度性能所需的五个必要平移的总和。该系统实现了在两个面(每个立方体一个面)与平移平面之间或者两个边缘(每个立方体一个边缘)与相同直线之间的重合状态。包含于每个立方体框架内的每个机械组件只使用一个旋转输入作为驱动源。每个单独的机械组件由行星齿轮装置、由行星齿轮驱动的旋转连杆机构和周期性闭合形状的凸轮构成，该凸轮刚性地附接到行星架。所述凸轮通过齿条接合确定恒星齿轮的行为，该接合遵循特定函数的振荡。

Description

轨道立方体
技术领域
机械工程
背景技术
下面描述的机械系统属于完美的直线机构和将旋转运动转换成直线运动的机构的领域。
发明的公开内容
“轨道立方体”是由两个相同的立方体刚性框架组成的机械系统，这两个立方体刚性框架通过旋转连杆组件连接，该旋转连杆组件由两个相同的行星齿轮机构同时操作，该行星齿轮机构分别包含在每个立方体框架的体积内。整个机械组件具有作为运动学结构的手性双反射对称。这种运动学设计产生立方体相对于彼此的平移轨道运动，同时保持姿态并且还遵守完美的直线轨迹，该轨迹由立方体中的一个围绕另一个的360度性能所需的五个必要平移的总和组成。该系统还实现了两个立方体的任意两个面与相同平移平面之间或者两个立方体的两个边缘与相同直线之间的连续重合的条件。包含于每个立方体框架内的每个机械组件只使用一个旋转输入作为驱动源。每个单独的机械组件由行星齿轮装置、由行星齿轮驱动的旋转连杆机构和刚性地附接到行星架的周期性闭合形状的凸轮组成，该凸轮通过齿条接合调节恒星齿轮的行为，该行为跟随特定功能的振荡。
立方体框架由两个相对的面和刚性地连接它们的中心轴构成。图(1)示出了这种结构的一般构造，其中，立方体的面具有呈对角对称的导轨和滚轮装置。
这提供了相对于彼此以轨道运动接合的两个立方体之间的无摩擦运动。
图(2)和图(3)示出了一个机械组件的构造的横截面，并且包括驱动连杆结构的行星齿轮机构和通过凸轮从动件与恒星齿轮之间的齿条接合来调节恒星齿轮行为的凸轮机构。
中心轴由与立方体框架的两个相对面刚性地连接的固定型材(A)和自由旋转部分(M)构成。旋转部分(M)保持恒星齿轮(S1)和行星架(P)。恒星齿轮刚性地附接到旋转部分，并且行星架相对于轴的旋转部分自由旋转。
行星齿轮机构由两组成对的行星齿轮构成，其与恒星齿轮(SI)以链的方式接合。中间行星齿轮(I1)和(I2)分别在两个端部行星齿轮和行星架的旋转方向之间提供相反的方向。端部行星齿轮(El)和(E2)分别与连杆元件(B1)和(B2)形成刚性体。然后，连杆元件(B1)和(B2)通过旋转接头(J1)和(J2)连接到公共杆(C)。组装过程将必须在连杆元件(B1)和(B2)之间提供平行度，以同步地驱动公共杆。恒星齿轮和行星齿轮之间的传动比是1:4。
第二固定恒星齿轮(S2)刚性地附接到中心轴的固定部分，目的是与刚性地附接到行星架的电动机接合。因此，行星架变成旋转的输入源。(电动机在附图中未示出)。
行星架(P)与槽凸轮(G)形成刚性体，该槽凸轮与中心轴同轴地定位并且与整个组件以一定的关系定向，以遵循运动输出点的正方形轨迹所需要的特定的数学函数。
在中心轴的旋转部分上还具有刚性地安装的扇形齿轮(K)，该扇形齿轮与位于凸轮从动件主体(L)上的齿条(Q)接合。
凸轮从动件主体(L)安装在线性导轨(W)上，该线性导轨在刚性地附接在立方体框架的面上的轨道(T)上滑动。凸轮从动件通过一对滚轮(R)与槽凸轮接合。
因此，当行星架旋转时，凸轮从动件执行往复运动，该往复运动通过齿条接合传递到扇形齿轮。由于扇形齿轮、中心齿轮的活动部分和恒星齿轮形成刚性体，所以该往复运动作为振荡行为施加到恒星齿轮。
图(4)示出了两个相同机械组件的双镜连接，其中，该机械组件共用作为连接实例的公共杆元件(C)。所述组件的运动输出点与公共杆的中点(O)重合，该中点也是整个运动学构造的双反射对称点。一个反射平面包含连接前旋转接头(J1)和(J1')的线，另一个反射平面在公共的运动输出点(O)处与第一个反射平面正交。
来自两个组件的行星架和隐含地电动机必须以相同的旋转方向和相等的速度运行。因此，如果行星架P和P'在逆时针方向上旋转，则旋转接头P1、P1'、P2和P2'顺时针旋转，因为它们由来自每个行星齿轮对的端部行星齿轮驱动。整个系统将表现出立方体框架的相对平移方向(向上/向下)，这取决于哪个被认为是固定的。
运动学和尺寸描述
图(5)示出了对上述组件的机械元件的旋转矢量赋值。矢量V1对应于行星架(P)的旋转，矢量V2对应于连杆元件B2，矢量V3对应于公共杆(C)并且起始于旋转接头(J2)。此外，向量V3指向表示运动输出点的公共杆的中间。对与第一机械组件镜像连接的第二机械组件进行同样的赋值。
存在若干种条件，对于这些条件，点“O”保持在正方形轨迹上，而矢量V1和V2以特定的谐波周期关系执行其旋转。
条件1：如下确定量值：
Figure BDA0002410334520000041
其中，“R”是在正方形中圈出的圆的半径，“d”等于正方形的角与正方形的对角线和圆“R”的交点之间的距离。
因此，当V1、V2和V3共线并且造成相同的取向时，它们的总和等于正方形的对角线的一半。当V3到达正方形的角时是这种情况。
当V1、V2和V3共线但是V2与V1相对时，它们的总和等于“R”，当V3指向边的中间时是这种情况。
条件2：矢量V1和V2具有相反的旋转方向。
条件3：矢量V3总是与矢量V1平行。这具有不太明显的动机，并且源自由连杆结构施加的约束。
条件4：矢量V1和V2的旋转周期是1:4的比率，并且它们仅与V1的{0,π/4,π/2}的离散值匹配，与V2的{0,π,2π}相对应。在这些值之间，矢量V1和V2的旋转必须遵守除了整数1:4比率之外的可变速度传递函数，以将运动输出点保持在直线轨迹上。因此，如果V1以恒定角速度执行旋转，则V2必须表现出可变角速度。
矢量V2的可变角速度函数可转换成V1和V2与其初始位置形成的角度之间的三角关系，对于两个周期，该初始位置被赋值为零。
图(6)示出了决定性的几何结构，其提供了：
假设α-V1和水平参考方向之间的角度，并且
β-V1和V2之间的角度，以及如果
当β＝0时α＝0，则：
Figure BDA0002410334520000051
插入三角学恒等式产生角位移方程：
Figure BDA0002410334520000052
这可参数化为槽凸轮形状的周期函数，其通过凸轮从动件的齿条接合来调节恒星齿轮行为。这样获得的往复运动变成恒星齿轮的振荡。因此，恒星齿轮改变行星齿轮的角速度，并且隐含地改变旋转接头(J1)和(J2)的切向速度。图(7)示出了槽凸轮的形状。
本发明的目的
上述机械系统旨在作为用于将三维实体想象为自结构化系统的机械工程解决方案。这意味着如果多于两个的相似立方体框架以链方式连接，则通过运算构成立方体框架的排列和重新定位的算法，可改变所得到的实体的整体形状。一种可能的应用涉及建筑和建造工程，意指自(再)结构化墙和柱。另一种可能的应用是机器人系统，其可从最小包装体积部署到其他功能构造和布置。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种将旋转运动转换为直线运动的机械系统，包括由旋转连杆组件连接的两个相同的机械组件，所述旋转连杆组件由两个相同的行星齿轮机构同时操作，每个机械组件单独地且完全地包含在刚性立方体框架的体积内，每个所述机械组件包括：
-中心轴，由固定型材(A)和自由旋转部分(M)组成，所述固定型材与所述立方体框架的两个相对的面刚性地连接并且具有刚性地附接的第二固定恒星齿轮(S2)以用于与电动机接合，所述自由旋转部分保持刚性地附接的恒星齿轮(S1)、相对于所述自由旋转部分(M)自由旋转的行星架(P)、以及刚性地安装的扇形齿轮(K)，所述扇形齿轮与位于凸轮从动件主体(L)上的齿条(Q)接合，所述凸轮从动件主体安装在线性导轨(W)上，所述线性导轨在刚性地附接在所述立方体框架的面上的轨道(T)上滑动，并且其中，凸轮从动件通过一对滚轮(R)与槽凸轮接合；
-行星齿轮机构，由两组成对的行星齿轮组成，所述成对的行星齿轮分别通过中间行星齿轮(I1、I2)以及通过端部行星齿轮(E1、E2)与恒星齿轮(S1)以链的方式接合，所述中间行星齿轮(I1、I2)在两个端部行星齿轮(E1、E2)的旋转方向与所述行星架(P)的旋转方向之间提供相反的方向，并且所述端部行星齿轮(E1、E2)与连杆元件(B1、B2)形成刚性体；
-旋转连杆组件，由所述连杆元件(B1、B2)组成，所述连杆元件通过旋转接头(J1、J2)连接到公共杆(C)，以在所述连杆元件(B1、B2)之间提供平行度，从而同步地驱动所述公共杆(C)，恒星齿轮(S1)和行星齿轮之间的传动比为1:4；
-周期性闭合形状的凸轮(G)，刚性地附接到所述行星架(P)，通过齿条接合来调节所述恒星齿轮的行为，所述齿条接合遵循实现所述立方体框架的运动的正方形轨迹所需的特定数学函数，所述立方体框架的运动分别为运动输出点，所述运动输出点与中点(O)重合。
2.根据权利要求1所述的将旋转运动转换为直线运动的机械系统，其特征在于，整体运动学构造在每个立方体框架内包含的两个独特且相同的机械组件之间具有手性和双反射对称的特征。
3.根据权利要求1所述的将旋转运动转换为直线运动的机械系统，其特征在于，所述机械系统在两个立方体框架之间执行360度相对和连续轨道运动，同时保持所述立方体框架的姿态并且保持所述两个立方体框架的任意两个面与相同平面之间的连续重合、或者所述两个立方体框架的两个边缘与相同直线之间的连续重合。
4.根据权利要求1所述的将旋转运动转换为直线运动的机械系统，其特征在于，所述立方体框架内包含的所述相同的机械组件中的每个产生它们各自的运动输出点的所需的正方形轨迹，而不使用滑动导轨、轨道或其他机械约束。
5.根据权利要求1所述的将旋转运动转换为直线运动的机械系统，其特征在于，所述立方体框架内包含的所述相同的机械组件中的每个仅使用一个旋转输入源来产生它们各自的运动输出点的所需的正方形轨迹。
6.根据权利要求5所述的将旋转运动转换为直线运动的机械系统，其特征在于，使用所述周期性闭合形状的凸轮来代替使用多个旋转输入源。

Claims (5)

1.一种机械系统，包括一对镜像连接在运动输出点上的两个相同的机械组件，所述机械组件在两个立方体之间执行360度相对轨道运动，同时保持姿态并且保持所述两个立方体的任意两个面与相同平面或所述两个立方体的两个边缘与相同直线之间的连续重合。
2.根据权利要求1所述的机械系统，其中，所述相同的机械组件中的每个能在它们各自的运动输出点上产生正方形轨迹。
3.根据权利要求2所述的机械组件，所述机械组件仅使用一个旋转输入来产生所述运动输出点的所述正方形轨迹。
4.根据权利要求2所述的机械组件，所述机械组件产生所述输出点的所述正方形轨迹，所述机械组件包含所有完全在所述正方形轨迹的周界内的机械构成元件。
5.根据权利要求2所述的机械组件，其中，所述运动输出点没有任何滑动辅助、引导辅助或约束。
CN201780094868.4A 2017-09-14 2017-09-14 轨道立方体 Pending CN111406168A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2017/055576 WO2019053490A1 (en) 2017-09-14 2017-09-14 ORBITAL CUBES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111406168A true CN111406168A (zh) 2020-07-10

Family

ID=65722463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780094868.4A Pending CN111406168A (zh) 2017-09-14 2017-09-14 轨道立方体

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111406168A (zh)
WO (1) WO2019053490A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8315491D0 (en) * 1983-06-06 1983-07-13 Coates E L Drive mechanism for converting rotary to reciprocating motion
US20100304915A1 (en) * 2006-04-10 2010-12-02 Derek Lahr Cam-based infinitely variable transmission
CN102774611A (zh) * 2012-07-11 2012-11-14 华南理工大学 一种两自由度差动式往复推送装置
CN103119332A (zh) * 2010-07-14 2013-05-22 E-Aam传动系统公司 具有扭矩分配驱动机构的轴组件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8315491D0 (en) * 1983-06-06 1983-07-13 Coates E L Drive mechanism for converting rotary to reciprocating motion
US20100304915A1 (en) * 2006-04-10 2010-12-02 Derek Lahr Cam-based infinitely variable transmission
CN103119332A (zh) * 2010-07-14 2013-05-22 E-Aam传动系统公司 具有扭矩分配驱动机构的轴组件
CN102774611A (zh) * 2012-07-11 2012-11-14 华南理工大学 一种两自由度差动式往复推送装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019053490A1 (en) 2019-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Synthesis of indexing mechanisms with non-circular gears
Modler et al. General method for the synthesis of geared linkages with non-circular gears
CN208908130U (zh) 一种可折叠支撑装置及可折叠柔性显示装置
Lai Geometric design of roller drives with cylindrical meshing elements
CN105082111A (zh) 一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构
CN104552247A (zh) 一种三自由度混联机器人机构
US4796477A (en) Rotary reversible indexing mechanism
CN104015186A (zh) 三维平动一维转动的四自由度并联机构
CN109702726B (zh) 一种模块化空间多稳态变构型机器人
Jalali et al. Versatile low-Reynolds-number swimmer with three-dimensional maneuverability
CN104875193A (zh) 一种1t&(1t2r)&1r完全各向同性混联机器人机构
CN111406168A (zh) 轨道立方体
Freudenstein et al. Kinematic analysis of robotic bevel-gear trains
CN213929135U (zh) 四轴滑槽的u型内折转动机构
WO2014147734A1 (ja) 複合駆動装置およびロボット
CN104260864A (zh) 一种仿尾鳍推进装置
Lum et al. Design and motion control of a cable-driven dexterous robotic arm
CN112503085A (zh) 摆轮滑槽的u型内折转动机构
US5273497A (en) Mechanical transmission with infinite-ratio gearing
CN208740290U (zh) 一种基于bim的装配式组合架
CN213929137U (zh) 双连杆旋转的u型内折转动机构
CN105729460A (zh) 柔性传动装置和可调弹簧和储能部件和机器人和锁合装置
CN209755263U (zh) 一种棘轮式蛇形机器人关节
TW201520516A (zh) 多連桿旋轉機構
RU2720270C1 (ru) Складной механизм с шестью степенями свободы

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200710

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication