一种可实现多自由度的空间变杆长-变扭角机构制造技术

一种可实现多自由度的空间变杆长-变扭角机构，由传统空间RRRSR五杆机构组成，其特征是将机架之外的任一连杆的杆长和该杆及机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将球面副和球销副之外任一运动副副长和机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将上述连杆的杆长、连杆的扭角、运动副副长三者之一设为变量，通过对变量的控制，实现作业所需运动轨迹。本实用新型专利技术可根据实际作业需求优化参数而对运动轨迹进行规划，使其为可控空间连杆机构，从而实现精准，连续和可靠的运动路线，该机构可应用于农业工程中的秧苗移栽，果蔬采摘或机械制造领域零件表面加工等需要规划轨迹的作业领域，简化工程设计和制造。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本项技术属于闭式空间串联机构领域。
技术介绍
与平面连杆机构相比较，空间连杆机构能够实现复杂多样的空间轨迹，还具有结构简单，控制容易、运动稳定连续等特点。空间连杆机构常应用于农业机械、轻工机械、纺织机械、交通运输机械、机床、工业机器人和飞机起落架等。然而对于空间闭链机构，其运动取决于机构各结构参数，当构件的参数(数目、杆长、副长和扭角)固定后，该机构运动特性确定，机构上任意点只能实现其相应唯一的空间运动轨迹，使得某些工程因构件固定轨迹单一而受到限制。只有重新设计机构，改变构件参数才能实现另一种所需运动轨迹，于是，这样使得设计和制造等都相当复杂。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种新型可实现多自由度的空间变杆长-变扭角机构。本技术所述变杆长-变扭角机构是在传统空间似况S 五杆机构的基础上演变而来。在该机构运动中，给定某杆长(或副长)和扭角大小的变化规律，使其成为运动可控构件，根据需求得到多种相应空间运动轨迹，及多自由度运动方式，从而实现单一机构得到多种空间运动轨迹的目的，简化工程设计和制造。本技术所述的空间变杆长-变扭角机构，由传统空间似况S 五杆机构组成，其特征是将机架之外的任一连杆的杆长和该杆及机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将球面副和球销副之外任一运动副副长和机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将上述连杆的杆长、连杆的扭角、运动副副长三者之一设为变量，通过对变量的控制，实现作业所需运动轨迹。本技术空间变杆长一边扭角机构可根据实际作业需求优化参数而对运动轨迹进行规划，使其为可控空间连杆机构，从而实现精准，连续和可靠的运动路线。该机构可应用于农业工程中的秧苗移栽，果蔬采摘或机械制造领域零件表面加工等需要规划轨迹的作业领域，简化工程设计和制造。附图说明图1为本专利技术实施例的空间RRRSR-I2- α :机构简图。图2为本专利技术实施例的传统空间RRRSR机构简图。图3为本专利技术实施例的齿轮齿廓面示意图。图4为本专利技术实施例空间变杆长五杆似况S 机构简图。图5为本专利技术实施例的机构上杆QQ'及动点m的运动轨迹示意图。图6为本专利技术实施例的动点m在θ工=190° 210°内空间运动轨迹。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。如图1所示为空间变杆长-扭角机构，由传统空间似况S 五杆机构(如图2)演变而来，杆2的杆长和杆1的扭角均为变量，命名为工机构。该机构以杆5为机架，杆1为主动件，杆2、3、4为连杆d、召、二々、万为运动副。取i=￡^=T,j=e5=Ta=i'Xj=\建立静坐标系万-2'及。Lp 12、 Λ、Λ、Α是各杆杆长，α χ、α 2、α 5是相应构件的扭角，θ γ、θ 2、θ ρ、是相应运动副的相对转角，·是运动副的副长。Zg为可控转动副，杆1的扭角α γ为变量-,Hq为可控移动副，连杆2的杆长为变量。其中，Λ、〃ρ ^、θ2、θ ^ 〃5是运动变量，其余均为结构常量。机构的结构参数有々、々、彳”彳”丄、 、"、/7，α λ、α 2、α 5’ ψ、ξ ,参数有θ ρ θ 2、θ ρ θ 5。利用MATLAB函数，且根据矢量回转法可求出各单位矢量，即eA=R{e5, a 5)eE, ex=R、eA, θ ^e5, θΒ=^(θν ae2=R(eB, θ 2)θχ, ec=R(e2, a 2)eB, e^=R(ec, θ 3)β2,e,=R{eE, ~θ 5)e5, e=ψ) ec, e=R{ew )e3.根据机构中各单位矢量，结构参数与运动变量之间的关系，可列出矢量封闭方程式IseS +sA+ Vl + s^B + he2 + sCeC+he3 + + 5A = 0通过求解该方程，可解出终、4、终。如图3所示为齿轮齿廓面的示意图，其一侧齿廓面F'厂可视为直纹面，即母线Γ沿曲线Γ运动形成。齿轮齿形曲线最常见的是渐开线，假设有基圆半径为20mm，将基圆沿周长为32等份，根据渐开线定义由等分点i^fe/可求出该基圆上渐开线及其坐标参数。可见该渐开线在一个边长为IOmm的方形框内。可选取空间似况S 机构为基本机构，如图4所示为该机构简图。W点为杆2端点』点为杆2上任意点，其位置由机构参数/7，/7，A，Γ确定:/ 、/7为连接杆杆长，其位置由 β、Υ决定，β是矢量 绕与之垂直的单位矢量約旋转至&所经过的角度，r是矢量6 绕与之垂直的单位矢量&旋转至％所经过的角度。 是湖'杆上一动点，其运动有可控控件控制，即O 为变量。根据矢量旋转法，可写出RRRSR-I2- α :机构工作部位Q点的运动轨迹方程r0= l5e5+sAeA+ ^s^b+ l2e ^s ce ^ne11jTpep结合该方程，给定点m勻速运动规律，利用MATLAB函数可得到Q点和任一连杆相应的空间运动轨迹。分析齿廓面渐开线的特点和空间连杆机构运动特性可知，将机构上连杆湖'作为齿轮齿廓面母线Z，并利用MATLAB软件编程、计算、调试后可确定该机构各参数数值如表 1，给定主动件曲柄转角八=0 360°，可得到杆湖'上两端点的运动轨迹分别为Q1, Ω2，即杆湖'运动轨迹为曲面Σ，如图5所示。表1空间Tt^KTP机构各参数数据表(长度单位为mm，角度单位为。)权利要求1. 一种可实现多自由度的空间变杆长-变扭角机构，由空间似况57 五杆机构组成，其特征是将机架之外的任一连杆的杆长和该杆及机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将球面副和球销副之外任一运动副副长和机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将上述连杆的杆长、连杆的扭角、运动副副长三者之一设为变量，通过对变量的控制，实现作业所需运动轨迹。专利摘要一种可实现多自由度的空间变杆长-变扭角机构，由传统空间RRRSR五杆机构组成，其特征是将机架之外的任一连杆的杆长和该杆及机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将球面副和球销副之外任一运动副副长和机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将上述连杆的杆长、连杆的扭角、运动副副长三者之一设为变量，通过对变量的控制，实现作业所需运动轨迹。本技术可根据实际作业需求优化参数而对运动轨迹进行规划，使其为可控空间连杆机构，从而实现精准，连续和可靠的运动路线，该机构可应用于农业工程中的秧苗移栽，果蔬采摘或机械制造领域零件表面加工等需要规划轨迹的作业领域，简化工程设计和制造。文档编号F16H21/46GK201944213SQ201020684698公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日专利技术者肖丽萍, 魏文军 申请人:江西农业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可实现多自由度的空间变杆长－变扭角机构，由空间ＲＲＲＳＲ五杆机构组成，其特征是将机架之外的任一连杆的杆长和该杆及机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将球面副和球销副之外任一运动副副长和机架之外的任一连杆的扭角设为变量，或者将上述连杆的杆长、连杆的扭角、运动副副长三者之一设为变量，通过对变量的控制，实现作业所需运动轨迹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丽萍，魏文军，
申请(专利权)人：江西农业大学，
类型：实用新型
国别省市：36