一种基于磁性复合球铰的五胞体机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种五胞体机构，具体的讲是基于磁性连接的一种复合球铰，和基于此构建的一种五胞体机构。
【背景技术】
[0002]球铰结构形式多样，常用于两构件具有三个相对转动的情况，由于相对运动情况较为复杂，所以在实现多杆件汇交连接于同一点，并同时实现各个杆件相互为球铰连接的机械结构设计并不多见。空间连杆机构，结构紧凑，利用自身结构变形，运动形式多样。
[0003]中国专利CN203035739U公开了一种“球铰总成”，它提出了一种用于汽车转向的两杆球铰连接结构。该结构方案简单，加入了带有刚性卡槽和刚性紧固支撑件的防尘罩，增加防尘罩使用寿命。但该结构仅限于两杆以球铰形式连接，且其两杆间相对运动范围较小。
[0004]中国专利CN101973319A公开了一种“滚动六面体步行机构”，它提出了一种滚动步行的六面体移动机构。该机构由4个支链和2个十字杆组成，每个十字杆分别与四个支链的一端连接，并由2个电机驱动，但该机构变形较小。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的问题是提供一种用于多杆件以球铰汇交连接于一点，并提供大范围运动的连接方式；并以此为基础，构建了一种五胞体机构。
[0006]本发明的技术方案:
[0007]—种基于磁性复合球铰的五胞体机构，该机构包括:完全相同的第一至第五复合球铰和完全相同的第一至第十伸缩杆。
[0008]第一复合球铰包括空心铁球、两个完全相同的一类接头、两个完全相同的二类接头；一类接头和二类接头通过磁力吸附于空心铁球表面；第二至第五复合球铰与第一复合球铰连接方式完全相同。
[0009]—类接头包括:小端连接件、圆柱磁铁、套筒、滚珠；连接关系为:圆柱磁铁放置于套筒端部，并在套筒中部螺纹孔内安装螺钉，用以将圆柱磁铁固定在套筒端部；小端连接件用螺钉固定于套筒端部螺纹孔，并使小端连接件连接孔一端朝外；滚珠通过磁力吸附于套筒和空心铁球之间。
[0010]二类接头包括:通孔连接件、圆柱磁铁、套筒、滚珠；二类接头连接方式与一类接头连接关系相同，通孔连接件与套筒固定，小孔一端朝外。
[0011]第一伸缩杆与一类接头和二类接头的连接关系为:第一伸缩杆小端插入一类接头的小端连接件，实现固连；大端与二类接头的通孔连接件通过螺钉连接；第二至第十伸缩杆与相应接头连接方式与第一伸缩杆和一类接头和二类接头的连接方式相同。
[0012]本发明和已有技术相比具有的有益效果:
[0013]本发明利用磁性球铰构建了一个具有自身穿越运动的五胞体机构。本发明所述的磁性复合球铰，实现了多杆件以球铰汇交连接于一点，并在此基础上实现杆件相互之间大范围自由运动，结构简单，对多杆件汇交连接提供了一种有效的解决方案。同时，以此为基础构造的五胞体机构受益于复合球铰的特性，实现了一种立体图形机构的自身穿越运动。为中小学生提供对几何形体及移动机构的认识，可用于制作机构教具、玩具，也可用于制作军用探测机器人。
【附图说明】
[0014]图1五胞体机构整体三维图；
[0015]图2复合球铰三维图；
[0016]图3 —类接头和二类接头爆炸视图；
[0017]图4 一类接头内部连接方式示意图；
[0018]图5套筒剖视图；
[0019]图6小端连接件剖视图；
[0020]图7通孔连接件剖视图；
[0021]图8伸缩杆三维图；
[0022]图9穿越运动步态顺序不意图；
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024]—种基于磁性复合球铰的五胞体机构，如图1所示，五胞体机构包括:完全相同的第一至第五复合球铰1、2、3、4、5和完全相同的第一至第十伸缩杆6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。
[0025]如图2所示，每个复合球铰包括空心铁球1-1、两个完全相同的一类接头1-2、两个完全相同的二类接头1-3 类接头1-2和二类接头1-3通过磁力吸附于空心铁球1-1表面；第二至第五复合球铰2、3、4、5与第一复合球铰I连接方式完全相同。
[0026]如图3所示，一类接头1-2包括:小端连接件1-2-1、圆柱磁铁1_2_2、套筒1_2_3、滚珠1-2-4 ;如图4所示，连接关系为:圆柱磁铁1-2-2放置于套筒1-2-3端部，并在套筒1-2-3中部螺纹孔l-2_3_b内安装螺钉，用以将圆柱磁铁1-2-2固定在套筒1-2-3端部；小端连接件1-2-1用螺钉固定于套筒1-2-3端部螺纹孔1-2-3-a，并使小端连接件1_2_1连接孔一端朝外；滚珠1-2-4通过磁力吸附于套筒1-2-3和空心铁球1-1之间。
[0027]二类接头1-3包括:通孔连接件1-3-1、圆柱磁铁1_2_2、套筒1_2_3、滚珠1_2_4 ；二类接头1-3连接方式与一类接头1-2连接关系相同，通孔连接件1-3-1与套筒1-2-3固定，小孔一端朝外。
[0028]第一伸缩杆6与一类接头1-2和二类接头1-3的连接关系为:第一伸缩杆6小端插入一类接头1-2的小端连接件1-2-1，实现固连；大端与二类接头1-3的通孔连接件1-3-1通过螺钉连接；第二至第十伸缩杆7、8、9、10、11、12、13、14、15与相应接头连接方式与第一伸缩杆6和一类接头1-2和二类接头1-3的连接方式相同。
[0029]将第一至第十伸缩杆连接到第一支第五复合球铰后，则构成如图1所示五胞体机构。
[0030]在机构初始构型如图1所示的情况下，保持第一复合球铰I和第三复合球铰3之间的相互位置不变，使第一复合球铰1、第三复合球铰3和第一伸缩杆6整体垂直于第二复合球铰2、第四复合球铰4和第五复合球铰5所构成平面的方向，向平面移动，如图9a所示。并逐步经历第三复合球铰3和所述平面共面，图％、第三复合球铰3整体穿过所述平面，图9c、第一复合球铰I和所述平面共面，图9d、第一复合球铰I整体穿过所述平面，图9e。当完成图9所示一个循环后，我们说五胞体机构完成了一次穿越运动。五胞体机构可沿任意两复合球铰方向穿越另三个复合球铰所构成平面完成一次穿越运动，此过程是无限循环的，也是实现机构在伸缩杆为主动的情况下，完成连续运动的基础。
【主权项】
1.一种基于磁性复合球铰的五胞体机构，其特征在于:五胞体机构包括完全相同的第一至第五复合球铰(1、2、3、4、5)和完全相同的第一至第十伸缩杆(6、7、8、9、10、11、12、13、.14、15)； 第一复合球铰(I)包括空心铁球(1-1)、两个完全相同的一类接头(1-2)、两个完全相同的二类接头(1-3)类接头(1-2)和二类接头(1-3)通过磁力吸附于空心铁球(1-1)表面；第二至第五复合球铰(2、3、4、5)与第一复合球铰(I)连接方式完全相同； 一类接头(1-2)包括:小端连接件(1-2-1)、圆柱磁铁(1-2-2)、套筒(1-2-3)、滚珠(1-2-4);连接关系为:圆柱磁铁(1-2-2)放置于套筒(1-2-3)端部，并在套筒(1_2_3)中部螺纹孔(1-2-3-b)内安装螺钉，用以将圆柱磁铁(1-2-2)固定在套筒(1-2-3)端部；小端连接件(1-2-1)用螺钉固定于套筒(1-2-3)端部螺纹孔(1-2-3-a)，并使小端连接件(1_2_1)连接孔一端朝外；滚珠(1-2-4)通过磁力吸附于套筒(1-2-3)和空心铁球(1-1)之间； 二类接头(1-3)包括:通孔连接件(1-3-1)、圆柱磁铁(1-2-2)、套筒(1-2-3)、滚珠(1-2-4) ;二类接头(1-3)连接方式与一类接头(1-2)连接关系相同，通孔连接件(1-3-1)与套筒(1-2-3)固定，小孔一端朝外； 第一伸缩杆(6)与一类接头(1-2)和二类接头(1-3)的连接关系为:第一伸缩杆(6)小端插入一类接头(1-2)的小端连接件(1-2-1)，实现固连；大端与二类接头(1-3)的通孔连接件(1-3-1)通过螺钉连接；第二至第十伸缩杆(7、8、9、10、11、12、13、14、15)与相应接头连接方式与第一伸缩杆(6)和一类接头(1-2)和二类接头(1-3)的连接方式相同。
【专利摘要】一种基于磁性复合球铰的五胞体机构，该机构包括：完全相同的第一至第五复合球铰(1、2、3、4、5)和完全相同的第一至第十伸缩杆(6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)，构成一个空间五胞体机构。该机构可沿任意两复合球铰方向穿越另三个复合球铰所构成平面完成一次穿越运动，此过程是无限循环的，可实现机构在伸缩杆为主动的情况下的连续运动。可为中小学生提供对几何形体及移动机构的认识，可用于制作机构教具、玩具，也可用于制作军用探测机器人。
【IPC分类】B62D57/02
【公开号】CN105083406
【申请号】CN201510357532
【发明人】姚燕安, 王志瑞, 李锐明
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月25日