CN203941658U - 积木式串/并联机构教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械设计领域，具体涉及一种积木式串/并联机构教具。其由形状各异的模块组成，模块包括至少一个球副、至少一个转动副、至少一个万向副、静平台、动平台、至少一个粗杆件和至少一个细杆件，球副包含球副支座和带杆件的转动球；转动副包含转动副支座和带杆件的转动销；万向副包含万向副支座、一个绕竖直轴旋转的转动件和一个绕水平轴旋转的转动销；动平台的边缘设有通槽或T型槽，动平台的中心设有定位孔；静平台的边缘设有T型槽,静平台的中心设有定位孔；粗杆件和细杆件都是中空件。选取不同的模块，可完成串联机构、并联机构及串并混联机构的模型搭建。

Description

积木式串/并联机构教具

技术领域

本实用新型属于机械设计领域，涉及一种教具，具体涉及一种积木式串/并联机构教具。

背景技术

从广义上来讲，机构分为串联机构和并联机构两种。基于串联机构比较著名的样机有SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm），即选择顺应性装配机器手臂、PUMA机械臂等等；基于不同的并联机构，目前已有多种并联样机，如Stewart平台、3-UPS并联机床、5-UPS/PRPU5自由度并联机床等。此外，国内外学者还发明制作出了多种可重构和串并混联机构的样机，如Tricept和TriVariant样机、模块化可重构多功能教育机器人、用于可重构并联机床的模块化驱动支链结构、可调式3, 4, 5-SPS型并联机构实验平台以及3-SPR并联解耦结构六维测力平台等。

机构是机器的机械本体。对于机械类和近机械类专业的学生而言，为数众多的专业课程当中均涉及到了机构的内容。可以说，对机构及其相关知识的理解和掌握对于系统全面地学习专业知识是至关重要的。然而，相当一部分学生在学习机构知识的最初，都因为不能透彻地理解机构原理而困惑，进而影响到后续课程的学习。

目前已有的机构演示教具大多侧重于演示单一机构，如铰链四杆机构、曲柄摇杆机构、齿轮传动机构和蜗轮蜗杆机构等等。综合已有的研究，尚未发现有便于携带、拆装容易的串/并联机构演示教具，更没有发现集串联机构、并联机构、串并混联机构于一体的可重组模块化机构模型演示教具。 

实用新型内容

发明目的：为了解决上述技术问题，弥补目前国内市场串并联机构教具缺失的不足，本实用新型提供了一套积木式串/并联机构教具，旨在帮助学生更好地理解机构原理，为学习专业知识打下良好的基础。

技术方案： 一种积木式串/并联机构教具，其由形状各异的模块组成，所述模块包括至少一个球副、至少一个转动副、至少一个万向副、静平台、动平台、至少一个粗杆件和至少一个细杆件，

所述球副包括球副支座和带杆件的转动球，所述球副支座设有包含所述转动球的凹坑，所述球副支座的底部设有螺纹孔；

所述转动副包含转动副支座和带杆件的转动销，所述转动副支座的两个相对侧面设有通孔,所述转动副支座的顶部设有凹槽,所述转动副支座的底部设有螺纹孔；

所述万向副包含万向副支座、一个绕竖直轴旋转的转动件和一个绕水平轴旋转的转动销，所述万向副支座的顶部设有台阶轴，所述万向副支座的底部设有螺纹孔，所述转动件为中空件，所述转动销带有杆件；

所述动平台的边缘设有通槽或T形槽，所述动平台的中部设有定位孔；

所述静平台的中部设有定位孔；

所述粗杆件和所述细杆件都是中空件，所述粗杆件的内径与所述细杆件的外径相适应。粗杆件和细杆件可有阻力地相对运动。

进一步地，所述球副的球体的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述球体的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；所述细杆件的内径与所述球体的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

进一步地，所述转动副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；所述细杆件的内径与所述转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

进一步地，所述万向副的转动件的内径和所述万向副支座的台阶轴的外径尺寸相对应；所述万向副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；所述细杆件的内径与所述转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

进一步地，所述静平台边缘设有T形槽。

进一步地，所述球副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

进一步地，所述转动副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

进一步地，所述万向副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

进一步地，所述动平台和静平台中部设有大直径孔和小直径孔，大直径孔的数目为1个，小直径孔的数目为2个或4个或6个。

通过这些模块由简单到复杂的组合，可以搭建出串联机构、并联机构和串并混联机构，并可实现上述机构运动过程的动态化。

有益效果：本实用新型提供了一种积木式串/并联机构教具。选取不同的模块，可完成基于串联机构的串联机械臂、基于并联机构的3～6自由度并联机床及基于串并混联机构的多轴联动并联机床的模型搭建，并可实现多种类型机床加工过程中机构运动的动态化演示。本套教具还可作为验证新型机构运动可行性的模型工具。

附图说明

图1为本实用新型的不同模块的结构示意图

图2为串联机构模型的结构示意图

图3为采用基本模块搭建出的Stewart平台机构模型的结构示意图

图4为采用基本模块搭建出的4-UPU并联机构模型的结构示意图

图5为串并混联机构模型的结构示意图

其中：

1-球副	2-转动副
		3-万向副	4-静平台
5-动平台	6-A-粗杆件
		6-B-细杆件	7-通槽
8-T型槽

具体实施方式：

为使本领域技术人员进一步地了解本实用新型的技术方案，下面结合附图进一步阐述。

具体实施例1

如图1所示，一种积木式串/并联机构教具，其由形状各异的模块组成，模块包括至少一个球副1、至少一个转动副2、至少一个万向副3、静平台4、动平台5、至少一个粗杆件6-A和至少一个细杆件6-B，

球副1包括球副支座和带杆件的转动球，球副支座设有包含转动球的凹坑，球副支座的底部设有2个螺纹孔（图1中未标出）；

转动副2包含转动副支座和带杆件的转动销，转动副支座的两个相对侧面设有通孔, 转动副支座的顶部设有凹槽, 转动副支座的底部设有2个螺纹孔（图1中未标出）；

万向副3包含万向副支座、一个绕竖直轴旋转的转动件和一个绕水平轴旋转的转动销，万向副支座的顶部设有台阶轴，万向副支座的底部设有2个螺纹孔（图1中未标出）；

动平台5的边缘设有通槽7，动平台5的中部设有1个大直径定位孔和2个小直径定位孔；

静平台4的边缘设有T型槽8，静平台4的中部设有1个大直径定位孔和2个小直径定位孔；

粗杆件6-A是中空件，细杆件6-B是中空件，粗杆件6-A的内径与细杆件6-B的外径相适应，粗杆件6-A和细杆件6-B可有阻力地相对运动。

球副的杆件分为大径杆件和小径杆件（图1中未标出，其区别仅仅在于杆件的外径不同），粗杆件6-A的内径与球副的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；细杆件6-B的内径与球副的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

转动副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件（图1中未标出，其区别仅仅在于杆件的外径不同），粗杆件6-A的内径与转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；细杆件6-B的内径与转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

万向副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件（图1中未标出，其区别仅仅在于杆件的外径不同），粗杆件6-A的内径与转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；细杆件6-B的内径与转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

为了使细杆件6-B和动平台5连接点的位置可调，并尽量减轻动平台5的重量，在动平台5的边缘设计了通槽7；动平台中部的大直径孔除用于并联机构中间分支的定位外，还可用于串并联机构中串联部分的连接；动平台中部的小直径孔主要用于并联机构中间分支的定位。

为了防止固定运动副时，螺栓与放置平台的平面接触，在静平台4的边缘设计了T形槽8；静平台中部的大直径孔和小直径孔用于并联机构中间分支的定位。

图2为串联机构模型的结构示意图，由静平台4、杆件6-A和固定销（图中未标出）连接而成。其中，粗杆件6-A与静平台4插接，粗杆件6-A之间通过固定销连接。第1个转动副的轴线和静平台4垂直，最后1个转动副的轴线沿着与其相连接的杆件。

图3为采用基本模块搭建出的Stewart平台机构模型，其中：上端为动平台5，下端是静平台4，球副1通过螺栓与静平台4和动平台5连接，粗杆件6-A和细杆件6-B分别与球副1可拆卸式固接，粗杆件6-A 与细杆件6-B插接。

图4为采用基本模块搭建出的4-UPU并联机构模型，其中：大体结构与图3类似，不同的是，万向副3通过螺栓与静平台4和动平台5连接。

图5为串并混联机构模型的结构示意图，由3-SPR并联机构和4R串联机构组合而成，3-SPR并联机构和4R串联机构均由本实用新型所述基本模块搭建，其中：大体结构与图4类似，不同的是，转动副2通过螺栓与动平台5连接，细杆件6-B与转动副2可拆卸式固接，并在动平台5上增加了一个串联机构。

具体实施例2 

与具体实施例1大体相同，区别仅仅在于：

1、动平台5中部小直径孔的数目为4个；

2、静平台4中部小直径孔的数目是4个。

具体实施例3

与具体实施例1大体相同，区别仅仅在于：

1、动平台5中部小直径孔的数目为6个；

2、静平台4中部小直径孔的数目是6个。

具体实施例4

与具体实施例1大体相同，区别仅仅在于：

1、动平台5的边缘设有T形槽；

2、球副1包括球副支座和带杆件的转动球，球副支座设有包含转动球的凹坑，球副支座的底部设有1个螺纹孔；

3、转动副2包含转动副支座和带杆件的转动销，转动副支座的两个相对侧面设有通孔, 转动副支座的顶面设有凹槽, 转动副支座的底部设有1个螺纹孔；

4、万向副3包含万向副支座、一个绕竖直轴旋转的转动件和一个绕水平轴旋转的转动销，万向副支座的顶部设有台阶轴，万向副支座的底部设有1个螺纹孔。

Claims (9)

1.一种积木式串/并联机构教具，其由形状各异的模块组成，其特征在于，所述模块包括至少一个球副、至少一个转动副、至少一个万向副、静平台、动平台、至少一个粗杆件和至少一个细杆件，

所述球副包含球副支座和带杆件的转动球，所述球副支座设有包含所述转动球的凹坑，所述球副支座的底部设有螺纹孔；

所述转动副包含转动副支座和带杆件的转动销，所述转动副支座的两个相对侧面设有通孔, 所述转动副支座的顶部设有凹槽, 所述转动副支座的底部设有螺纹孔；

所述万向副包含万向副支座、一个绕竖直轴旋转的转动件和一个绕水平轴旋转的转动销，所述万向副支座的顶部设有台阶轴，所述万向副支座的底部设有螺纹孔，所述转动件为中空件，所述转动销带有杆件；

所述动平台的边缘设有通槽或T形槽，所述动平台的中部设有定位孔；

所述静平台的边缘设有T型槽，所述静平台的中部设有定位孔；

所述粗杆件和所述细杆件都是中空件，所述粗杆件的内径与所述细杆件的外径相适应。

2.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述球副的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述球副的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合；所述细杆件的内径与所述球副的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

3.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述转动副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合，所述细杆件的内径与所述转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

4.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述万向副的转动销的杆件分为大径杆件和小径杆件，所述粗杆件的内径与所述转动销的大径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合，所述细杆件的内径与所述转动销的小径杆件的外径尺寸相对应并形成过盈配合。

5.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述球副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

6.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述转动副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

7.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述万向副的底部设有的螺纹孔数目是1个或2个。

8.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述动平台中部设有大直径孔和小直径孔，所述大直径孔的数目为1个，所述小直径孔的数目为2个或4个或6个。

9.如权利要求1所述的积木式串/并联机构教具，其特征在于，所述静平台中部设有大直径孔和小直径孔，所述大直径孔的数目为1个，所述小直径孔的数目为2个或4个或6个。