本发明专利技术公开了一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构，由静平台、动平台和连接在动平台和静平台之间的三条机械结构相同的支链构成。每条支链均由静平台转动副、带有两个销孔的转换关节、近静平台转动副、不平行转动副连杆、动平台平行组第一转动副、动平台平行组第一连杆、动平台平行组第二转动副、动平台平行组第二连杆和动平台转动副组成。通过插拔转换关节中的主销分别进入三平动模式销孔和三转动模式销孔，实现并联机构的多模式，实现两种运动模式的切换。此多模式机构模式切换迅速、自动化程度高、操作简单，可满足空间末端操控机构和空间搅拌摩擦焊机器人的定位机构抓捕、消旋、旋拧与插拔和焊接定位等操控任务的需求。的需求。的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构
[0001]本专利技术涉及多模式并联机构，尤其涉及一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构。
技术介绍
[0002]通过转换关节改变自由度实现三转动三平动转换的多模式并联机构在航天领域具有重大研究需求，可用于空间末端操控机构和空间搅拌摩擦焊机器人的定位机构，完成抓捕、消旋、旋拧与插拔和焊接定位等操控任务，上述任务要求并联机构能够通过转换关节实现三平动三转动两种运动模式并具有一定的刚度性能。
[0003]目前，已提出的多模式并联机构如下：
[0004]1)并联机构具有三平动或三转动以上的自由度，通过锁死或驱动特定的不同转动副以实现机构自由度的改变，如专利CN 107498540 B和CN 110253546 A中所述机构的支链由混联机构组成，运动控制复杂装配难度高；如专利CN 109176492 B基于经典六自由度并联机构Stewart演变而来，通过锁死部分关节限制自由度完成运动模式的转换，工作空间小，动平台进行预期运动的局限性较大；
[0005]2)通过改变支链的拓扑结构尤其是支链中的运动副类型，完成并联机构的多模式，如专利CN 108748166 A和CN 10462613 A所描述的机构，分别改变了所有三条支链的拓扑结构和几何中心的一条支链的拓扑结构。并联机构无法自主地完成运动模式的转换，不适用于空间末端操控机构。
[0006]综上所述，现有的多模式并联机构无法满足上述应用领域的要求，亟需设计一类通过转换关节改变并联机构自由度且模式切换迅速、自动化程度高、操作简单的多模式并联机构。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过转换关节实现运动模式转换、运动铰链简单且只使用转动副、支链对称的通过转换关节改变自由度的多模式并联机构。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术的一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构，具有三转动和三平动两种运动模式，由静平台、动平台和连接在动平台和静平台之间的三条支链构成，所述三条支链呈120度空间对称分布形式，并具有一致的机械结构组成；
[0009]所述三条支链包括转换关节，所述转换关节由第一转换子关节和第二转换子关节组成，所述第一转换子关节是L形直角弯杆，第二转换子关节包括Z形弯杆，在所述的Z形弯杆的底部的尾端且沿L形直角弯杆的第一根杆段的首端的方向设置有扇形杆，在所述的扇形杆上分别开有三平动模式销孔和三转动模式销孔，在所述的L形直角弯杆的第一根杆段的首端开有一个第一转换子关节末端销孔，所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三平动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接；
或者所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三转动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接；
[0010]所述的Z形弯杆顶部的首端通过近静平台转动副与不平行转动副连杆一端转动连接，所述不平行转动副连杆另一端通过动平台平行组第一转动副与动平台平行组第一连杆一端转动相连，所述的动平台平行组第一连杆另一端通过动平台平行组第二转动副与动平台平行组第二连杆一端转动相连，所述的动平台平行组第二连杆的另一端通过动平台转动副与动平台转动相连,所述的Z形弯杆下部的尾端转角处通过第一转换子关节末端转动副与L形直角弯杆第二根杆段的首端转动相连，所述的第二根杆段的尾端通过静平台转动副与静平台转动相连；
[0011]当所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三平动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接时，每一条支链的静平台转动副轴线与该支链的近静平台转动副轴线平行且与所述动平台平行组第一转动副轴线、动平台平行组第二转动副轴线以及动平台转动副轴线垂直；当所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三转动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接时，每一条支链的近静平台转动副轴线与静平台转动副轴线形成13.45
°
的夹角且与所述动平台平行组第一转动副轴线、动平台平行组第二转动副轴线以及动平台转动副轴线垂直；
[0012]所述三条支链的动平台转动副绕动平台几何中心轴线呈120度空间对称分布形式，三条支链的动平台转动副的转动轴线交于动平台几何中心正上方一点，每一条支链的动平台转动副的转动轴线与动平台的径向横截面呈60度夹角；所述三条支链的静平台转动副绕静平台几何中心轴线呈120度对称分布形式，三条支链的静平台转动副的转动轴线交于静平台几何中心正下方一点，每一条支链的静平台转动副与静平台的径向横截面呈30
°
夹角。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]机构铰链结构简单且只使用转动副，免停机且无需运动至特殊点即可完成运动模式转换等特点，可应用于空间末端操控机构等场合。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构结构示意图；
[0016]图2是三条结构相同的支链的结构示意图；
[0017]图3
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1是三平动模式转换子关节一种姿态的结构示意图；
[0018]图3
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2是三转动模式转换子关节另一种姿态的结构示意图；
[0019]图3
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3是三转动模式转换子关节的结构示意图。
[0020]附图标记：静平台1
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第一支链2
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第二支链3
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第三支链4
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动平台8
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静平台转动副9
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转换子关节10
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不平行转动副连杆11
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近静平台转动副12
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动平台平行组第一转动副13
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动平台平行组第一连杆14
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动平台平行组第二转动副15
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动平台平行组第二连杆16
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动平台转动副17
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第一转换子关节18
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第二转换子关节19
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第一转换子关节末端转动副20
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第一转换子关节末端销孔21
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三平动模式销孔22
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三转动模式销孔23
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动平台中心点P
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静平台中心点O
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第三支链静平台转动副轴线a
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第二支链静平台转动副轴线
b
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第一支链静平台转动副轴线c
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第三支链动平台转动副轴线d 第二支链动平台转动副轴线e
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第一支链动平台转动副轴线f
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第三支链近静平台转动副轴线a
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第二支链近静平台转动副轴线b
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第一支链本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种通过转换关节改变自由度的多模式并联机构，具有三转动和三平动两种运动模式，由静平台(1)、动平台(8)和连接在动平台和静平台之间的三条支链构成，所述三条支链呈120度空间对称分布形式，并具有一致的机械结构组成；其特征在于：所述三条支链包括转换关节(10)，所述转换关节由第一转换子关节(18)和第二转换子关节(19)组成，所述第一转换子关节是L形直角弯杆，第二转换子关节包括Z形弯杆，在所述的Z形弯杆的底部的尾端且沿L形直角弯杆的第一根杆段的首端的方向设置有扇形杆，在所述的扇形杆上分别开有三平动模式销孔(22)和三转动模式销孔(23)，在所述的L形直角弯杆的第一根杆段的首端开有一个第一转换子关节末端销孔(21)，所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三平动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接；或者所述的扇形杆和第一根杆段通过穿入三转动模式销孔和第一转换子关节末端销孔的销轴使第一转换子关节和第二转换子关节固定连接；所述的Z形弯杆顶部的首端通过近静平台转动副(12)与不平行转动副连杆(11)一端转动连接，所述不平行转动副连杆另一端通过动平台平行组第一转动副(13)与动平台平行组第一连杆(14)一端转动相连，所述的动平台平行组第一连杆另一端通过动平台平行组第二转动副(15)与动平台平行组第二连杆(16)一端转动相连，所述的动平台平行组第二连杆的另一端通过动平台转动...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐杨，李昊，宋轶民，咸威，孙涛，霍欣明，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：
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