變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)制造技術(shù)

一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其通過3條對稱布置的相同變胞支鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；變胞支鏈由具有解耦特性的2自由度球面五桿機(jī)構(gòu)和4自由度串聯(lián)RRPR支鏈組合而成；變胞支鏈具有3種不同工作模式，3條變胞支鏈在3種不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)可具有10種不同的工作模式；所述變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)性能好，工作模式多，重構(gòu)過程無奇異等優(yōu)點(diǎn)。

Variable cell parallel mechanism

A kind of metamorphic parallel mechanism, the 3 symmetrical layout of the same metamorphic branched chain connected and fixed platform and moving platform; the metamorphic branch consists of 2 degree of freedom spherical with decoupling characteristics of five bar and 4 degrees of freedom RRPR branched chain combinations; metamorphic branched with 3 different working modes, 3 metamorphic branched switch in 3 different working modes when metamorphic parallel mechanism has 10 different working modes; the metamorphic mechanism has good dynamic performance, multiple operating modes, the reconstruction process of singularity free etc..

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)
：本專利技術(shù)屬于機(jī)構(gòu)學(xué)及機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
：傳統(tǒng)的固定自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因具有高剛度、高承載能力、高精度、高速度等優(yōu)點(diǎn)，使其在重載操作、工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)模擬器、微納操作、增材制造等領(lǐng)域等到了重要及廣泛應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在極端作業(yè)、先進(jìn)制造、醫(yī)療康復(fù)、太空探索等領(lǐng)域越來越希望機(jī)構(gòu)具有更高的柔性，能根據(jù)作業(yè)任務(wù)變化而可重構(gòu)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變化其自由度數(shù)和自由度性質(zhì)、重構(gòu)其工作模式。在這種背景下，可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，成為機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。學(xué)者們利用變胞運(yùn)動(dòng)副、可鎖死關(guān)節(jié)、約束奇異單環(huán)閉鏈、變胞單環(huán)閉鏈、可重構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等專利技術(shù)了一些特色鮮明的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但現(xiàn)有的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型仍然比較少，且存在工作模式較少、伺服電機(jī)安裝在遠(yuǎn)離機(jī)架位置、重構(gòu)過程中存在支鏈奇異或約束奇異等不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種新型變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其具有10種不同工作模式，全部伺服電機(jī)可安裝在機(jī)架，變胞過程中無支鏈奇異和約束奇異。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的方案是：一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對稱結(jié)構(gòu)，通過3條相同的變胞支鏈連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。變胞支鏈由具有解耦特性的球面五桿機(jī)構(gòu)和4自由度串聯(lián)RRPR支鏈混聯(lián)而成，在描述運(yùn)動(dòng)副時(shí)，R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副，P代表移動(dòng)副。具有解耦特性的球面五桿機(jī)構(gòu)由5根桿組成，各桿間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交，所有轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線都通過球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心點(diǎn)，球面五桿機(jī)構(gòu)自由度為2，選取球面五桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為輸入副。兩個(gè)輸入副輸入為零時(shí)，為變胞支鏈的初始位形。與球面五桿機(jī)構(gòu)相連的RRPR串聯(lián)支鏈自由度為4，其由3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、1個(gè)移動(dòng)副和3根桿組成，桿1與桿2通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，桿2與桿3通過移動(dòng)副相連。在初始位形，與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與球面五桿機(jī)構(gòu)一個(gè)輸入副軸線正交，與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與球面五桿機(jī)構(gòu)另一個(gè)輸入副軸線平行。串聯(lián)支鏈其余2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，但其軸線方向與和球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線方向不同。當(dāng)鎖死和球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行的輸入副，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)輸入副，變胞支鏈將存在一個(gè)約束力矢，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式A。當(dāng)鎖死和球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交的輸入副，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)輸入副，變胞支鏈將存在一個(gè)約束力耦，變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈工作在模式B。當(dāng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輸入副，變胞支鏈無約束，變胞支鏈自由度為6，變胞支鏈工作在模式C。兩個(gè)輸入副輸入為零的位形，是變胞支鏈3種不同工作模式進(jìn)行切換的初始位形。當(dāng)變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的3條變胞支鏈分別在3種不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)可變胞為3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T共10種不同的工作模式，在描述運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，字母T代表移動(dòng)，字母R代表轉(zhuǎn)動(dòng)。附圖說明：圖1為球面五桿機(jī)構(gòu)。圖2為變胞支鏈初始位形。圖3為變胞支鏈工作模式A。圖4為變胞支鏈工作模式B。圖5為變胞支鏈工作模式C。圖6為變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)。具體實(shí)施方式：以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳述：圖1所示為具有解耦性質(zhì)的球面五桿機(jī)構(gòu)，其由5根桿和5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。各桿間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線都通過球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交。選取與機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副R1和R2為輸入副。圖2所示為初始位形時(shí)的變胞支鏈，其由球面五桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)4自由度串聯(lián)RRPR支鏈組合而成，串聯(lián)支鏈由3根桿和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及1個(gè)移動(dòng)副組成，桿1與桿2通過R4相連，桿2和桿3通過P副相連。R3為串聯(lián)支鏈中與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副，初始位形時(shí)R3與R1軸線正交，R3與R2軸線平行。串聯(lián)支鏈中其它2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R4和R5軸線相互平行，但不與R3軸線平行。圖3所示為重構(gòu)為工作模式A的變胞支鏈，此時(shí)R1為輸入副，R2被鎖死。此時(shí)R3與R1軸線正交，R3與R2軸線不再平行。此時(shí)變胞支鏈自由度為5，其存在1個(gè)約束力矢，約束力矢過R3與R1的交點(diǎn)，方向與R4和R5軸線方向相同。圖4所示為重構(gòu)為工作模式B的變胞支鏈，此時(shí)R2為輸入副，R1被鎖死。此時(shí)R3與R1軸線不再正交，R3與R2軸線平行。此時(shí)變胞支鏈自由度為5，其存在1個(gè)約束力耦，R3與R2的軸線組成一組平行直線，R4和R5軸線組成另一組平行直線，約束力耦方向?yàn)閮山M平行線的公法線。圖5所示為重構(gòu)為工作模式C的變胞支鏈，此時(shí)R1和R2同為輸入，變胞支鏈自由度為6，其無約束。如圖6所示由3條變胞支鏈組成的變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，構(gòu)件5為固定平臺(tái)，構(gòu)件4為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，連接固定平臺(tái)5和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4的3條變胞支鏈為對稱布置。當(dāng)3條變胞支鏈分別在3種不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有10種不同工作模式，分別為3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T工作模式，在描述運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，字母T代表移動(dòng)，字母R代表轉(zhuǎn)動(dòng)。因變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全部輸入副都與固定平臺(tái)相連，其全部伺服電機(jī)都安裝在固定平臺(tái)，因此所述變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)特性好的優(yōu)點(diǎn)。因每條變胞支鏈具有3種不同工作模式，3條結(jié)構(gòu)相同且對稱布置的變胞支鏈在不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)可具有10種不同工作模式，因此所述變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作模式多的優(yōu)點(diǎn)。因球面五桿機(jī)構(gòu)具有解耦特性，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)在重構(gòu)過程中無支鏈奇異和約束奇異，其具有有效避免上述奇異的優(yōu)點(diǎn)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對稱結(jié)構(gòu)，其由3條相同的變胞支鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；變胞支鏈由具有解耦特性的2自由度球面五桿機(jī)構(gòu)和4自由度串聯(lián)RRPR支鏈混聯(lián)而成，在描述運(yùn)動(dòng)副時(shí)R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副，P代表移動(dòng)副；球面五桿機(jī)構(gòu)由5根桿和5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，各桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線都通過球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交，選取與球面五桿機(jī)構(gòu)機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副R1和R2作為球面五桿機(jī)構(gòu)的輸入副，R1和R2輸入為零時(shí)，為變胞支鏈不同工作模式進(jìn)行切換的初始位形；串聯(lián)支鏈與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副為R3，在初始位形R3與R1軸線正交且R3與R2軸線平行；串聯(lián)支鏈中桿1與桿2通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4其相連，桿2和桿3通過移動(dòng)副P相連，轉(zhuǎn)動(dòng)副R4和R5軸線相平行，但與R3軸線方向不同；當(dāng)鎖死R2，驅(qū)動(dòng)R1，變胞支鏈工作在工作模式A，此時(shí)R3與R1軸線正交，但R3與R2軸線不再平行，此時(shí)變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈存在一個(gè)約束力矢，該約束力矢過R3與R1軸線的交點(diǎn)，且方向與R4和R5軸線方向相同；當(dāng)鎖死R1，驅(qū)動(dòng)R2，變胞支鏈工作在工作模式B，此時(shí)R3與R1軸線不再正交，但R3與R2軸線平行，此時(shí)變胞支鏈自由度為5，變胞支鏈存在一個(gè)約束力耦，此時(shí)R3與R2為軸線相平行的一組線矢，R4和R5為軸線相平行的另一組線矢，兩組線矢的公法線方向即為約束力耦方向；當(dāng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)R1和R2，變胞支鏈工作在工作模式C，此時(shí)球面五桿機(jī)構(gòu)自由度為2，串聯(lián)支鏈自由度為4，由它們組合而成的變胞支鏈自由度為6，此時(shí)變胞支鏈無約束；當(dāng)3條變胞支鏈在3種不同工作模式間切換時(shí)，變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)將具有3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T共10種不同的工作模式，在描述運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，T代表移動(dòng)，R代表轉(zhuǎn)動(dòng)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對稱結(jié)構(gòu)，其由3條相同的變胞支鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；變胞支鏈由具有解耦特性的2自由度球面五桿機(jī)構(gòu)和4自由度串聯(lián)RRPR支鏈混聯(lián)而成，在描述運(yùn)動(dòng)副時(shí)R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副，P代表移動(dòng)副；球面五桿機(jī)構(gòu)由5根桿和5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，各桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線都通過球面五桿機(jī)構(gòu)的幾何中心，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線正交，選取與球面五桿機(jī)構(gòu)機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副R1和R2作為球面五桿機(jī)構(gòu)的輸入副，R1和R2輸入為零時(shí)，為變胞支鏈不同工作模式進(jìn)行切換的初始位形；串聯(lián)支鏈與球面五桿機(jī)構(gòu)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)副為R3，在初始位形R3與R1軸線正交且R3與R2軸線平行；串聯(lián)支鏈中桿1與桿2通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4其相連，桿2和桿3通過移動(dòng)副P相連，轉(zhuǎn)動(dòng)副R4和R5軸線相平行，但與R3軸線方向不同；當(dāng)鎖死R2，驅(qū)動(dòng)R1，變胞支鏈工作在工作模式A，此時(shí)R3與R1軸線正交，但R3與R2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王冰，
申請(專利權(quán))人：北華航天工業(yè)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：河北,13