一种变胞四杆机构制造技术

本发明专利技术公开了一种变胞四杆机构，包括机架、一个球面五杆机构、一个虎克铰、一个连杆和两个连架杆，所述球面五杆机构和所述虎克铰并列排布连接在所述机架上，所述球面五杆机构上连接有第一连架杆，所述虎克铰上连接有第二连架杆，所述第一连架杆的顶端通过第六转动副与第一连杆的一端连接，所述第二连架杆的顶端通过第七转动副与第一连杆的另一端连接。本发明专利技术通过锁死和驱动与机架相连的转动副，达到不同运动的切换，实现A、B和C三种不同的子构态，从而能够实现多种不同工作模式的转换。

【技术实现步骤摘要】
一种变胞四杆机构
本专利技术涉及机构学与机器人学
，尤其涉及一种变胞四杆机构。
技术介绍
在机构学与机器人学发展的早期阶段，人们普遍关注的是具有固定自由度和单一工作模式的传统机器人机构。然而，随着科学技术的发展，具有多个工作阶段、多功能和灵巧操作能力的集成化装备的需求与日俱增。特别是在工业生产和生活应用中的机器人领域，对具有能够实现多种不同工作模式转换，进而适应不同工作任务需求的一体化机器人系统有着更多的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变胞四杆机构，其可根据实际工程的不同工作任务需求变换其拓扑结构和自由度。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种变胞四杆机构，包括机架、一个球面五杆机构、一个虎克铰、一个连杆和两个连架杆，所述球面五杆机构和所述虎克铰并列排布连接在所述机架1上，所述球面五杆机构上连接有第一连架杆，所述虎克铰上连接有第二连架杆，所述第一连架杆的顶端通过第六转动副与第一连杆的一端连接，所述第二连架杆的顶端通过第七转动副与第一连杆的另一端连接。进一步的，所述球面五杆机构包括垂直固定在所述固定平台上的第一直杆和第二直杆；所述第一直杆的端头通过第一转动副连接有第一弯杆的一端，所述第二直杆的端头通过第二转动副连接有第二弯杆的一端；所述第一弯杆的另一端通过第三转动副连接有第三弯杆的一端，所述第二弯杆的另一端通过第四转动副连接有第四弯杆的一端，所述第四弯杆的另一端与所述第三弯杆的另一端通过第五转动副连接；所述第一弯杆、第二弯杆、第三弯杆和第四弯杆的弯角角度均为90°；所述第一连架杆的下端固定在第四弯杆的弯角处，且第一连架杆向上垂直于第四弯杆所在的平面,所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副和第五转动副的轴线都通过同一转动中心O点，球面五杆机构所有的构件上所有点的轨迹都是以O点为中心的球面曲线；所述虎克铰包括第三直杆、下U形转动副和上U形转动副，所述第三直杆的底端连接在所述机架上，所述下U形转动副的U型杆的中心连接在所述第三直杆的顶端，所述下U形转动副和上U形转动副的轴线正交连接；所述上U形转动副的U型杆的中心与所述第二连架杆的底端连接；所述下U形转动副与所述第二转动副同轴布置。再进一步的，所述机架上设置有一个避空孔，所述避空孔位于所述球面五杆机构的正下方。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术一种变胞四杆机构，包括并列排布安装在机架上的球面五杆机构和虎克铰，当所述虎克铰两个转动副轴线与球面五杆机构与机架相连的两个转动副轴线间关系需按规定的不同方案布置，所述变胞四杆机构才具有变胞特性，选取虎克铰3与机架1相连的下U形转动副302和球面五杆机构2上的与机架1相连的第一转动副203为变胞四杆机构的两个输入副，驱动或锁死不同的输入副，使得本机构具有A、B和C三种不同的子构态。所述虎克铰的两个转动副轴线与球面五杆机构与机架相连的两个转动副轴线间关系如不按上述方案布置，所述变胞四杆机构将不具有变胞特性，而具有运动分岔特性，只有A和B两种不同子构态。因此，基于以上所述方案的变胞四杆机构的全部输入副都可布置于机架上，有利于改善机构的动态性能。基于所述方案的变胞四杆机构具有三种不同的连续运动，即所述三种不同的子构态；与现有的可重构空间四杆机构一般为运动分岔机构，其只具有两种不同的连续运动相比，本专利技术的机动性更加明显；且基于所述方案的变胞四杆机构在不同子构态间切换时，无约束奇异或支链奇异存在。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术变胞四杆机构初始子构态示意图；图2为本专利技术变胞四杆机构子构态A示意图；图3为本专利技术变胞四杆机构子构态B示意图；图4为本专利技术变胞四杆机构子构态C示意图；附图标记说明：1、机架；2、球面五杆机构；201、第一直杆；202、第二直杆；203、第一转动副；204、第一弯杆；205、第二转动副；206、第二弯杆；207、第三转动副；208、第三弯杆；209、第四转动副；210、第四弯杆；211、第五转动副；3、虎克铰；301、第三直杆；302、下U形转动副；303、上U形转动副；4、第一连架杆；5、第一连杆；6、第二连架杆；7、第六转动副；8、第七转动副。具体实施方式如图1-4所示，一种变胞四杆机构，包括机架1、一个球面五杆机构2、一个虎克铰3、一个连杆5和两个连架杆，所述球面五杆机构2和所述虎克铰3并列排布连接在所述机架1上，所述球面五杆机构2上连接有第一连架杆4，所述虎克铰3上连接有第二连架杆6，所述第一连架杆4的顶端通过第六转动副7与第一连杆5的一端连接，所述第二连架杆6的顶端通过第七转动副8与第一连杆5的另一端连接。所述机架1上设置有一个避空孔，所述避空孔位于所述球面五杆机构2的正下方，避空孔的设计为球面五杆机构2的自由旋转提供了足够的空间。具体来说，所述球面五杆机构2包括垂直固定在所述固定平台1上的第一直杆201和第二直杆202；所述第一直杆201的端头通过第一转动副203连接有第一弯杆204的一端，所述第二直杆202的端头通过第二转动副205连接有第二弯杆206的一端；所述第一弯杆204的另一端通过第三转动副207连接有第三弯杆208的一端，所述第二弯杆206的另一端通过第四转动副209连接有第四弯杆210的一端，所述第四弯杆210的另一端与所述第三弯杆208的另一端通过第五转动副211连接；所述第一弯杆204、第二弯杆206、第三弯杆208和第四弯杆210的弯角角度均为90°；所述第一连架杆4的下端固定在第四弯杆210的弯角处，且第一连架杆4向上垂直于第四弯杆210所在的平面,所述第一转动副203、第二转动副205、第三转动副207、第四转动副209和第五转动副211的轴线都通过同一转动中心O点，球面五杆机构2所有的构件上所有点的轨迹都是以O点为中心的球面曲线。所述虎克铰3包括第三直杆301、下U形转动副302和上U形转动副303，所述第三直杆301的底端连接在所述机架1上，所述下U形转动副302的U型杆的中心连接在所述第三直杆301的顶端，所述下U形转动副302和上U形转动副303的轴线正交连接；所述上U形转动副303的U型杆的中心与所述第二连架杆6的底端连接；所述下U形转动副302与所述第二转动副205同轴布置。本专利技术的使用动作方法如下：首先，建立参考坐标系O-xyz于球面五杆机构的转动中心O点，参考坐标系的x轴与第一转动副203同轴，参考坐标系y轴与第二转动副205同轴，参考坐标系z轴由x轴和y轴叉乘确定。其次，选取虎克铰3与机架1相连的下U形转动副302和球面五杆机构2上的与机架1相连的第一转动副203为变胞四杆机构的两个输入副。图1所示，当变胞四杆机构的第一连架杆4和第二连架杆6都与机架1正交时，此位形为变胞四杆机构的初始位形。初始位形时，第六转动副7和第七转动副8的轴线与第一转动副203和上U形转动副303的轴线平行。初始位形时，第二转动副205、第五转动副211和下U形转动副302的轴线共线。初始位形时，第一转动副203与第四转动副209的轴线共线。图2所示，当驱动球面五杆机构与机架1相连的第一转动副203，锁死虎克铰与机架1相连的下U形转动副302，变胞四杆机构由初始位形切换为子构态A。子构态A时变胞四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变胞四杆机构，其特征在于：包括机架(1)、一个球面五杆机构(2)、一个虎克铰(3)、一个连杆(5)和两个连架杆，所述球面五杆机构(2)和所述虎克铰(3)并列排布连接在所述机架(1)上，所述球面五杆机构(2)上连接有第一连架杆(4)，所述虎克铰(3)上连接有第二连架杆(6)，所述第一连架杆(4)的顶端通过第六转动副(7)与第一连杆(5)的一端连接，所述第二连架杆(6)的顶端通过第七转动副(8)与第一连杆(5)的另一端连接。

【技术特征摘要】
1.一种变胞四杆机构，其特征在于：包括机架(1)、一个球面五杆机构(2)、一个虎克铰(3)、一个连杆(5)和两个连架杆，所述球面五杆机构(2)和所述虎克铰(3)并列排布连接在所述机架(1)上，所述球面五杆机构(2)上连接有第一连架杆(4)，所述虎克铰(3)上连接有第二连架杆(6)，所述第一连架杆(4)的顶端通过第六转动副(7)与第一连杆(5)的一端连接，所述第二连架杆(6)的顶端通过第七转动副(8)与第一连杆(5)的另一端连接。2.根据权利要求1所述的变胞四杆机构，其特征在于：所述球面五杆机构(2)包括垂直固定在所述固定平台(1)上的第一直杆(201)和第二直杆(202)；所述第一直杆(201)的端头通过第一转动副(203)连接有第一弯杆(204)的一端，所述第二直杆(202)的端头通过第二转动副(205)连接有第二弯杆(206)的一端；所述第一弯杆(204)的另一端通过第三转动副(207)连接有第三弯杆(208)的一端，所述第二弯杆(206)的另一端通过第四转动副(209)连接有第四弯杆(210)的一端，所述第四弯杆(210)的另一端与所述第三弯杆(208)的另一端通过第五转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东阳，王冰，何斌太，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北,13