CN112454376A - 一种含二十四环的可展耦合机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含二十四环的可展耦合机构，该机构包括二十六个节点元件，四十八个连杆(1)，节点元件间通过连杆铰接形成二十四个环。二十六个节点元件包括两个正六边形元件(2)，十二个正四边形元件(3)，十二个五边形元件(4)。正六边形元件(2)上的六个转动副的相邻轴线间的夹角为60度，正四边形元件(3)上的四个转动副的相邻轴线间的夹角为90度，五边形元件(4)的三个转动副的相邻轴线间的夹角为90度。该机构各分支结构组成相同且对称分布，能够单向移动，有一定的展收能力，能够根据不同的工作条件和环境需求展开收拢，可以适应一些特殊的工作场合，有良好的应用前景。

Description

一种含二十四环的可展耦合机构
技术领域
本发明是一种含二十四环的可展耦合机构，属于机构学应用技术领域，特别是涉及到一种具有可折叠机构的航天机器人领域。
背景技术
机构学广泛应用于工业、农业、航空航天、国防等诸多领域，且始终是机器装备创新的关键和研究热点。近些年来，航空技术发展迅速，具有折叠、伸展功能的空间结构，尤其是展收比大、重量轻、结构强度高的空间可展耦合机构成为机构领域的研究热点。空间可展耦合机构通常为混联机构，这类机构结合了并联机构承载能力强、刚度大以及串联机构工作空间大等优点，同时突破了各自结构的缺点，因此该类机构具有结构功能以及外观的双重优点，符合机构的发展趋势。但是，相较于串联机构与并联机构的成熟的型综合理论，目前阶段的混联机构的型综合理论与分析还在发展阶段，并不成熟，因此新型多环耦合机构的提出，对促进混联机构的型综合理论研究以及该类机构的开发应用是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种含有二十四环的可展耦合机构，为国内企业及研究机构提供了发明信息和技术支持。
为实现上述目的，机构包括二十六个节点元件，四十八个连杆(1)，节点元件间通过连杆铰接形成二十四个环。二十六个节点元件包括两个正六边形元件(2)，十二个正四边形元件(3)，十二个五边形元件(4)。正六边形元件(2)上的六个转动副的相邻轴线间的夹角为60度，正四边形元件(3)上的四个转动副的相邻轴线间的夹角为90度，五边形元件(4)的三个转动副的相邻轴线间的夹角为90度。连杆(1)两端的转动副的轴线相互平行，且两端与不同种类的节点元件连接，连杆(1)与节点元件的连接类型有三种：第Ⅰ种连接类型为连杆(1)两端分别与正六边形元件(2)和正四边形元件(3)铰接；第Ⅱ种连接类型为连杆(1)两端分别与正四边形元件(3)和五边形元件(4)单侧角处铰接；第Ⅲ种连接类型为连杆(1)两端分别与正四边形元件(3)和五边形元件(4)顶角处铰接。
二十六个节点元件的中心从下到上分布在四个平行的平面P1、P2、P3、P4内，四个平行平面位置可根据机构运动位姿变动，但始终保持平行，平面P1和平面P4内各布置一个正六边形元件(2)，两个正六边形元件(2)的中心点之间的连线VS和这四个平面都垂直；平面P2内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P2内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P3内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P3内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P1内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P4内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P2内的正四边形元件(3)与平面P3内的五边形元件(4)通过连接类型Ⅲ连接，平面P2内的五边形元件(4)与平面P3内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅲ连接；二十六个节点元件的中心点也分布在过连线VS的十二个竖直平面内，各竖直平面之间的夹角均为30度，依次记为R1、T1、R2、T2、R3、T3、R4、T4、R5、T5、R6、T6，其中平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Ai，平面P3内的各节点元件的中心点Di，分布在同一平面Ri内，i＝1，2，3，4，5，6；平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Bi，平面P3内的各节点元件的中心点Ci，分布在同一平面Ti内，i＝1，2，3，4，5，6；各节点通过连杆(1)铰接形成不同的节点元件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：该机构具有单自由度运动性质，在一定的驱动条件下，该机构能够相对于几何中心进行单向移动以及展开和收拢，能够适应一些特殊的工作条件和环境，有良好的应用前景；伴随着该机构的提出，丰富了可展耦合机构的多样性，丰富了该类机构的理论研究资料。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1：本发明一种含二十四环的可展耦合机构节点元件及连杆示意图
图2：本发明一种含二十四环的可展耦合机构连接类型Ⅰ示意图
图3：本发明一种含二十四环的可展耦合机构连接类型Ⅱ示意图
图4：本发明一种含二十四环的可展耦合机构连接类型Ⅲ示意图
图5：本发明一种含二十四环的可展耦合机构整体示意图
图中：二十六个节点元件的中心从下到上分布在四个平行的平面P1、P2、P3、P4内，四个平行平面位置可根据机构运动位姿变动，但始终保持平行，平面P1和平面P4内各布置一个正六边形元件(2)，两个正六边形元件(2)的中心点之间的连线VS和这四个平面都垂直；平面P2内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P2内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P3内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P3内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P1内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P4内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P2内的正四边形元件(3)与平面P3内的五边形元件(4)通过连接类型Ⅲ连接，平面P2内的五边形元件(4)与平面P3内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅲ连接；二十六个节点元件的中心点也分布在过连线VS的十二个竖直平面内，各竖直平面之间的夹角均为30度，依次记为R1、T1、R2、T2、R3、T3、R4、T4、R5、T5、R6、T6，其中平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Ai，平面P3内的各节点元件的中心点Di，分布在同一平面Ri内，i＝1，2，3，4，5，6；平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Bi，平面P3内的各节点元件的中心点Ci，分布在同一平面Ti内，i＝1，2，3，4，5，6；各节点通过连杆(1)铰接形成不同的节点元件。
图6：本发明一种含二十四环的可展耦合机构运动位姿1三视图
图7：本发明一种含二十四环的可展耦合机构运动位姿2三视图
图8：本发明一种含二十四环的可展耦合机构运动位姿3三视图
具体实施方式
如图1所示：二十六个节点元件的中心从下到上分布在四个平行的平面P1、P2、P3、P4内，四个平行平面位置可根据机构运动位姿变动，但始终保持平行，平面P1和平面P4内各布置一个正六边形元件(2)，两个正六边形元件(2)的中心点之间的连线VS和这四个平面都垂直；平面P2内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P2内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P3内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P3内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P1内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P4内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P2内的正四边形元件(3)与平面P3内的五边形元件(4)通过连接类型Ⅲ连接，平面P2内的五边形元件(4)与平面P3内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅲ连接；二十六个节点元件的中心点也分布在过连线VS的十二个竖直平面内，各竖直平面之间的夹角均为30度，依次记为R1、T1、R2、T2、R3、T3、R4、T4、R5、T5、R6、T6，其中平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Ai，平面P3内的各节点元件的中心点Di，分布在同一平面Ri内，i＝1，2，3，4，5，6；平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Bi，平面P3内的各节点元件的中心点Ci，分布在同一平面Ti内，i＝1，2，3，4，5，6；各节点通过连杆(1)铰接形成不同的节点元件。
本发明一种含二十四环的可展耦合机构具有一定的展收能力，可适应不同的工作条件和环境，在航空航天和模块化机器人等领域具有广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种含二十四环可展耦合机构，其特征在于：机构包括二十六个节点元件，四十八个连杆(1)，节点元件间通过连杆铰接形成二十四个环；
二十六个节点元件包括两个正六边形元件(2)，十二个正四边形元件(3)，十二个五边形元件(4)；正六边形元件(2)上的六个转动副的相邻轴线间的夹角为60度，正四边形元件(3)上的四个转动副的相邻轴线间的夹角为90度，五边形元件(4)的三个转动副的相邻轴线间的夹角为90度；
连杆(1)两端的转动副的轴线相互平行，且两端与不同种类的节点元件连接，连杆(1)与节点元件的连接类型有三种：第Ⅰ种连接类型为连杆(1)两端分别与正六边形元件(2)和正四边形元件(3)铰接；第Ⅱ种连接类型为连杆(1)两端分别与正四边形元件(3)和五边形元件(4)单侧角处铰接；第Ⅲ种连接类型为连杆(1)两端分别与正四边形元件(3)和五边形元件(4)顶角处铰接。
2.根据权利要求1所述的一种含二十四环的可展耦合机构，其特征在于：二十六个节点元件的中心从下到上分布在四个平行的平面P1、P2、P3、P4内，四个平行平面位置可根据机构运动位姿变动，但始终保持平行，平面P1和平面P4内各布置一个正六边形元件(2)，两个正六边形元件(2)的中心点之间的连线VS和这四个平面都垂直；平面P2内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P2内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P3内间隔布置六个正四边形元件(3)和六个五边形元件(4)，平面P3内正四边形元件(3)和五边形元件(4)通过连接类型Ⅱ连接；平面P1内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P4内的正六边形元件(2)与平面P2内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅰ连接，平面P2内的正四边形元件(3)与平面P3内的五边形元件(4)通过连接类型Ⅲ连接，平面P2内的五边形元件(4)与平面P3内的正四边形元件(3)通过连接类型Ⅲ连接；二十六个节点元件的中心点也分布在过连线VS的十二个竖直平面内，各竖直平面之间的夹角均为30度，依次记为R1、T1、R2、T2、R3、T3、R4、T4、R5、T5、R6、T6，其中平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Ai，平面P3内的各节点元件的中心点Di，分布在同一平面Ri内，i＝1，2，3，4，5，6；平面P1内的节点元件的中心点S，平面P4内的节点元件的中心点V，平面P2内的各节点元件的中心点Bi，平面P3内的各节点元件的中心点Ci，分布在同一平面Ti内，i＝1，2，3，4，5，6；各节点通过连杆(1)铰接形成不同的节点元件。
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