一种移动并联机构的制作方法

本发明涉及移动并联机构技术领域，尤其涉及一种移动并联机构。

背景技术：

移动并联机构由于其结构简单灵活、承载能力强和稳定性好等特点，不仅能在复杂的非结构路面上行走、轻易跨过较大的障碍(如壕沟、岩石等)，而且能以动态步态实现快速移动等优点，在军事、矿山开采、核能工业、星球探测、消防营救以及建筑业等领域有着广阔的应用前景。

目前常用的移动并联机构，如图1所示，包括一个闭链和四条开链，其中，闭链包括依次连接的第一杆01、第二杆02、第三杆03和第四杆04构成的一个平面四杆变胞机构，相邻的两杆之间均通过第一转动铰链05连接；每条开链均包括设置在同一平面内依次连接的第五杆06、第六杆07和第七杆08，第六杆07的两端分别通过第二转动铰链09和第三转动铰链010与第五杆06和第七杆08相连，第二转动铰链012和第三转动铰链013的轴线平行、且均与第五杆06、第六杆07和第七杆08所在的平面垂直。目前的移动并联机构的闭链(腰部)可变形，可进行运动和适应性调节，具有一定柔性，使移动并联机构在行走过程中起到缓冲和减震的作用，可以大大提高移动并联机构的行走速度。

但是上述移动并联机构，只注重提高移动并联结构的行走速度方面，其运动方式还是只限于行走，运动方式单一，无法满足目前各行业移动并联机构运动方式多样的要求。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种移动并联机构，包括：框架、动平台和两个主动支链，其中，

所述主动支链包括主连杆、次连杆和直连杆，所述主连杆的一端与所述框架的内壁通过第一转动副连接、另一端与所述次连杆的一端通过第二转动副连接，所述次连杆的另一端通过第三转动副与所述直连杆的一端连接，两个所述第一转动副沿所述框架的中心轴线方向对称设置、且所述第一转动副的中心轴与所述第二转动副的中心轴垂直设置、所述第二转动副的中心轴与所述第三转动副的中心轴平行设置；

所述动平台包括顺次连接的5个伸缩杆，相邻两个所述伸缩杆通过球连接器连接；其中一个所述球连接器通过第一固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第一固定伸缩杆与所述框架的内壁通过万向节连接；

与所述第一固定伸缩杆连接的所述球连接器相邻的两个球连接器各与一所述直连杆的另一端连接；

除分别与所述直连杆、第一固定伸缩杆连接的球连接器以外的两个球连接器分别通过第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁均通过万向节连接。

优选地，所述球连接器包括三个球体转动接头。

优选地，所述框架包括环形框架或方形框架。

优选地，所述主连杆和次连杆均包括弧形连杆或线形连杆。

优选地，与所述第一固定伸缩杆连接的所述球连接器的底部设置滚动轮。

优选地，所有所述球连接器上均设置棘爪。

优选地，所有所述球连接器的底部均设置吸盘。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供的一种移动并联机构，包括：框架、动平台和两个主动支链，其中，所述主动支链包括主连杆、次连杆和直连杆，所述主连杆的一端与所述框架的内壁通过第一转动副连接、另一端与所述次连杆的一端通过第二转动副连接，所述次连杆的另一端通过第三转动副与所述直连杆的一端连接，两个所述第一转动副沿所述框架的中心轴线方向对称设置、且所述第一转动副的中心轴与所述第二转动副的中心轴垂直设置、所述第二转动副的中心轴与所述第三转动副的中心轴平行设置；所述动平台包括顺次连接的5个伸缩杆，相邻两个所述伸缩杆通过球连接器连接；其中一个所述球连接器通过第一固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第一固定伸缩杆与所述框架的内壁通过万向节连接；与所述第一固定伸缩杆连接的所述球连接器相邻的两个球连接器各与一所述直连杆的另一端连接；除分别与所述直连杆、第一固定伸缩杆连接的球连接器以外的两个球连接器分别通过第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁均通过万向节连接。本发明实施例提供的移动并联机构，仿照海星运动方式，通过第一固定伸缩杆、第二固定伸缩杆、第三固定伸缩杆、主动支链和5个伸缩杆之间的相对运动来实现移动并联机构形态重构，进而完成行走和蠕动两种方式向前移动，满足在多种不同的地质条件下运动的需要。本发明提供的移动并联机构，结构新颖，能够实现行走和蠕动，完成复杂的形态重构，为并联机器人的开发提供了基础模型。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种移动并联机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种移动并联机构的临界状态结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种移动并联机构的五点着地结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种移动并联机构的三点着地结构示意图；

图1-4中，符号表示：1-框架，2-主动支链，21-主连杆，22-次连杆，23-直连杆，24-第一转动副，25-第二转动副，26-第三转动副，3-动平台，31-球连接器，311-第一球连接器，312-第二球连接器，313-第三球连接器，314-第四球连接器，315-第五球连接器，32-伸缩杆，321-第一伸缩杆，322-第二伸缩杆，323-第三伸缩杆，324-第四伸缩杆，325-第五伸缩杆，33-第一固定伸缩杆，34-第二固定伸缩杆，35-第三固定伸缩杆，36-万向节。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明实施例提供的一种移动并联机构，参见图2所示，包括：框架1、动平台3和两个主动支链2，其中，

两个所述主动支链2在移动并联机构的重构变形中起着重要的作用。所述主动支链2包括主连杆21、次连杆22和直连杆23，所述主连杆21的一端与所述框架1的内壁通过第一转动副24连接、另一端与所述次连杆22的一端通过第二转动副25连接。在具体实施过程中，所述主连杆21通过伺服电机进行驱动，可以完成围绕与所述第一转动副24连接点360°旋转。

所述主连杆21与所述框架1的内壁通过第一转动副24连接，仅有一个自由度，即围绕着连接点中心轴旋转，可以实现带动主连杆大角度旋转，使主动支链的运动从二维平面扩大到三维空间，所述第一转动副对所述主动支链起到重要的支撑和连接作用。

所述次连杆22通过伺服电机进行驱动，可以完成围绕与所述第二转动副25的连接点360°旋转。所述主连杆与所述次连杆通过第二转动副连接，同样也仅具有一个自由度，围绕着第二转动副中心轴转动，使主动支链运动的三维空间扩大，次连杆配合主连杆一起支撑和连接作用。

所述次连杆22的另一端通过第三转动副26与所述直连杆23的一端连接。所述直连杆23通过第三转动副26与次连杆22连接，具有一个自由度，可以围绕第三转动副的中心轴转动。所述直连杆23的另一端与所述动平台3连接，所述直连杆围绕第三转动副转动的同时，能带动动平台上的部分组件运动，与所述主连杆和次连杆共同配合作用于所述动平台。

在本发明实施例中，所述主连杆21和次连杆22均包括弧形连杆，进一步的，作为主连杆的弧形连杆和作为次连杆的弧形连杆的曲率相同。当然弧形连杆为所述主连杆21和次连杆22的优选结构，在具体实施过程中，用户可根据实际情况选取任意形状的主连杆和次连杆，如线性连杆等，在此均不做具体限定。

在具体实施过程中，两个所述第一转动副24沿所述框架1的中心轴线方向对称设置、且所述第一转动副24的中心轴与所述第二转动副25的中心轴垂直设置、所述第二转动副25的中心轴与所述第三转动副26的中心轴平行设置。

所述动平台3包括顺次连接的5个伸缩杆32，相邻两个所述伸缩杆32通过球连接器31连接。如图2所示，共有5个球连接器，5个所述球连接器在移动并联结构行走时为移动并联结构的脚，用于实现该机构的行走。在具体实施过程中，每个所述球连接器31包括三个球体转动接头，伸缩杆32通过球体转动接头与所述球连接器31连接。

5个球连接器31中的其中一个所述球连接器31通过第一固定伸缩杆33与所述框架1的内壁连接，所述第一固定伸缩杆33与所述框架1的内壁通过万向节36连接，在具体实施过程中，该球连接器31的一个球体转动接头与所述第一固定伸缩杆33的一端连接，所述第一固定伸缩杆33的另一端通过万向节36与所述框架1的内壁连接。

为了更清楚的描述，定义与所述第一固定伸缩杆33连接的球连接器31为第一球连接器311，如图2所示，按照顺时针方向，其余4个球连接器分别定义为第二球连接器312、第三球连接器313、第四球连接器314和第五球连接器315。对5个所述伸缩杆也进一步定义：同时与所述第一球连接器311和第二球连接器312连接的伸缩杆32为第一伸缩杆321，按照顺时针方向，其余伸缩杆32分别为第二伸缩杆322、第三伸缩杆323、第四伸缩杆324和第五伸缩杆325。如图2所示，所述第五伸缩杆325的一端与所述第一伸缩杆321的一端通过所述第一球连接器311连接；所述第一伸缩杆321的另一端与所述第二伸缩杆322的一端通过所述第二球连接器312连接；所述第二伸缩杆322的另一端与所述第三伸缩杆323的一端通过所述第三球连接器313连接；所述第三伸缩杆323的另一端与所述第四伸缩杆324的一端通过所述第四球连接器314连接；所述第四伸缩杆324的另一端与所述第五伸缩杆325的另一端通过所述第五球连接器315连接。

所述动平台3由5个伸缩杆32顺次连接，形成海星形，所述动平台3的运动方式也与海星的运动方式类似。所述动平台3通过上述5个伸缩杆32的伸缩作用，进而控制所述动平台3的形状，使动平台在移动并联机构行走时变成机构的腿，决定机构的运动步态。同样可以在蠕动运动中成为移动并联机构的肢体，通过动平台中伸缩杆的蠕动实现移动，动平台在空间中的变形是该移动并联结构变形的主要组成部分。

与所述第一固定伸缩杆33连接的所述球连接器31相邻的两个球连接器31各与一所述直连杆23的另一端连接，如图2所示，即所述第二球连接器312和第五球连接器315分别与一所述直连杆23的另一端连接。两个所述直连杆23围绕第三转动副转动的同时，带动第二球连接器312和第五球连接器315运动，进而带动所述动平台3的运动。在具体实施过程中，所述第二球连接器312的一球体转动接头与一所述直连杆23的另一端连接，第五球连接器315的一球体转动接头与另一直连杆23的另一端连接。

除分别与所述直连杆23、第一固定伸缩杆33连接的球连接器31以外的两个球连接器31分别通过第二固定伸缩杆34和第三固定伸缩杆35与所述框架1的内壁连接，第二固定伸缩杆34和第三固定伸缩杆35与所述框架1的内壁均通过万向节36连接，如图2所示，即所述第三球连接器313通过第二固定伸缩杆34与所述框架1的内壁连接，所述第四球连接器314通过第三固定伸缩杆35与所述框架1的内壁连接。在具体实施过程中，所述第三球连接器313的一球体转动接头与所述第二固定伸缩杆34的一端连接，所述第四球连接器314的一球体转动接头与第三固定伸缩杆35的一端连接，所述第二固定伸缩杆34的另一端和第三固定伸缩杆35的另一端各通过一万向节36与所述框架1的内壁连接。

在本发明实施例中，所述第一固定伸缩杆33、第二固定伸缩杆34和第三固定伸缩杆35均通过万向节36与所述框架1的内壁连接，5个伸缩杆32之间通过球连接器31连接。所述第一固定伸缩杆33、第二固定伸缩杆34和第三固定伸缩杆35使动平台3可以实现多维度的的运动，伸缩作用在动平台3上的第一球连接器311、第三球连接器313和第四球连接器314，对动平台的形状和位置调节起着重要的作用。

在第一种可能的实施例中，在与所述第一固定伸缩杆33连接的所述球连接器31的底部设置滚动轮；即在图2中的第一球连接器311底部设置滚动轮，使该移动并联结构的移动方式成为步行-滚动式。所述第二球连接器312、第三球连接器313、第四球连接器314和第五球连接器315均步行前进，第一球连接器311滚动跟上其余球连接器的步伐。作为以后机器人开发的原始模型，根据该移动并联机构开发的机器人的移动方式也为步行-滚动式。

在第二种可能的实施例中，所有所述球连接器31上均设置棘爪。由于移动并连接机构在行走过程中对于稳定性具有要求，因此在所有所述球连接器上均设置棘爪，在一部分球连接器向前运动时，与地面接触的球连接器通过棘爪勾住地面，以维持暂时的重心稳定。这种优化方式适用于在松软的地面，如沙地上行走。

在第三种可能的实施例中，所有所述球连接器31的底部均设置吸盘，与第二种可能的实施例类似，在一部分球连接器向前运动时，与地面接触的球连接器通过吸盘吸住地面，以维持暂时的重心稳定。这种优化方式适用于平滑的地面或者岩壁上行走。

所述动平台3的运动能够带动所述框架1运动。在本发明实施例中，所述框架1可以在所述动平台3的带动下，实现水平方向和竖直方向上的平移。所述框架为第一固定伸缩杆33、第二固定伸缩杆34、第三固定伸缩杆35、以及两个主动支链2的支点起作用。当第一固定伸缩杆33、第二固定伸缩杆34、第三固定伸缩杆35的长度和角度，或者主动支链2需要调节时，将会以所述框架为参照，进行伺服驱动和控制，同时所述框架固定的形态对于本发明实施例的移动并联结构复杂变形的控制具有重要的作用。当本发明实施例的移动并联机构收缩时，框架作为一种基底使所有机构收缩至于所述框架的同一平面上来，在穿越狭窄的缝隙通道时有着重要的开发应用前景。

在本发明实施例中，所述框架1为钢体结构，所述框架1包括环形框架。当然，环形框架为所述框架的优选结构，在具体实施过程中，所述框架还包括方形框架，用户可根据实际需要选取任意形状的框架。

为了方便本领域的技术人员更好地理解本技术方案，一下结合移动并联结构的蠕动和行走过程进行进一步说明。

如图2所示，框架1、动平台3和两个主动支链2均处于同一平面上，此时的状态为临界状态，当直连杆23围绕第三转动副26向下作回转运动，同时第一固定伸缩杆33、第二固定伸缩杆34和第三固定伸缩杆35向下伸展，此时，以动平台3为支点，框架1为向上升起，此时移动并联机构的五个球连接器着地，框架1和动平台3分离，此时状态可称为蠕动状态，如图3所示，机构可以通过蠕动向前移动。

蠕动过程主要分为四步：

第一步，第三球连接器313和第四球连接器314在第二固定伸缩杆34、第三固定伸缩杆35、第二伸缩杆322和第四伸缩杆324的带动下向前挪动，同时带动第三伸缩杆323向前运动。

第二步：两个次连杆22均围绕着第二转动副25向上旋转，带动第二球连接器312和第五球连接器315向上运动。

第三步：第一伸缩杆321、第二伸缩杆322、第四伸缩杆324和第五伸缩杆325带动第二球连接器312、第五球连接器315和两个直连杆23向前运动，在两个直连杆23的带动下，框架1向前运动。

第四步：第一球连接器311在第一固定伸缩杆33和第一伸缩杆321和第五伸缩杆325的带动下向前运动，在运动到一定位置后，第一固定伸缩杆33伸展，使第一球连接器311连接着地，完成整个蠕动过程。

当该移动并联机构处于蠕动状态时，要实现行走运动需要通过以下运动变形：

两个直连杆23围绕第三转动副26向上回转，将第二球连接器312和第五球连接器315向上抬起，同时两个主连杆21围绕第一转动副24向上回转，以调节行走的步态和施加的力的角度，这个过程，两个次连杆22相对于主动连杆21静止；此时，该移动并联机构三点着地，参见图4，可以通过行走向前运动。

运动过程如下：

首先，第一伸缩杆321、第五伸缩杆325和第一固定伸缩杆33通过伸缩运动使第一球连接器311向前运动。

然后，第二伸缩杆322、第二固定伸缩杆34、第四伸缩杆324和第三固定伸缩杆35通过伸缩作用使地面接触点第三球连接器313和第四球连接器314依次向前移动，完成行走动作。

本发明实施例提供的一种移动并联机构，包括：框架、动平台和两个主动支链，其中，所述主动支链包括主连杆、次连杆和直连杆，所述主连杆的一端与所述框架的内壁通过第一转动副连接、另一端与所述次连杆的一端通过第二转动副连接，所述次连杆的另一端通过第三转动副与所述直连杆的一端连接，两个所述第一转动副沿所述框架的中心轴线方向对称设置、且所述第一转动副的中心轴与所述第二转动副的中心轴垂直设置、所述第二转动副的中心轴与所述第三转动副的中心轴平行设置；所述动平台包括顺次连接的5个伸缩杆，相邻两个所述伸缩杆通过球连接器连接；其中一个所述球连接器通过第一固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第一固定伸缩杆与所述框架的内壁通过万向节连接；与所述第一固定伸缩杆连接的所述球连接器相邻的两个球连接器各与一所述直连杆的另一端连接；除分别与所述直连杆、第一固定伸缩杆连接的球连接器以外的两个球连接器分别通过第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁连接，所述第二固定伸缩杆和第三固定伸缩杆与所述框架的内壁均通过万向节连接。本发明实施例提供的移动并联机构，仿照海星运动方式，通过第一固定伸缩杆、第二固定伸缩杆、第三固定伸缩杆、主动支链和5个伸缩杆之间的相对运动来实现移动并联机构形态重构，进而完成行走和蠕动两种方式向前移动，满足在多种不同的地质条件下运动的需要。本发明提供的移动并联机构，结构新颖，能够实现行走和蠕动，完成复杂的形态重构，为并联机器人的开发提供了基础模型。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。