一种翻涌运动机构的制作方法

本发明涉及一种翻涌运动机构，特别地涉及一种仿液体翻涌状态的运动机构。通过对机构进行转动副和移动副的优化配置使得该机构能够模拟一种类似液体沸腾翻涌的状态，从而达到一种无限循环的运动效果。该发明可用于管道攀爬机器人、隧道洞体的盾构施工等领域。

背景技术：

管道机器人相对于其他类型机器人相比，由于其活动空间狭小，运动过程中可依附物体少等原因对机器人运动能力要求较高。为此，在观察液体在各种情形下的运动状态后，受其在沸腾时翻涌运动启发制作了一种无限翻转的运动机构。

中国专利公开号CN103448825A公开了一种缩放穿插的运动机构，可以通过控制上杆组中的驱动电机和各个推杆的伸缩，可以实现上杆组和下杆组的缩放运动，也可以实现上杆组和下杆组之间的穿插运动，并且机构整体具有缩放穿插移动步态和爬壁转弯移动步态。

中国专利公开号CN103317511A公开了一种多连杆穿插运动机构，该机构的每个三角形平面，可以控制一个三角形平面放大和一个三角形平面缩小，可以通过三个连杆组中舵机和三角形平面上两个电机的驱动，使缩小的三角形平面从放大的三角形平面中间穿插过去。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：翻涌运动为一种无限循环的连续运动，要以机械方式实现此种运动，要对各运动副进行合理配置，使得机构具有较好的对称性，从而有益于实现无限循环运动。

本发明的技术方案：

一种翻涌运动机构，其特征在于：一种翻涌运动机构包括上平台、中间平台、下平台及连接它们的第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆、第五电动推杆、第六电动推杆、第七电动推杆、第八电动推杆、第九电动推杆。

上平台含有第一铰链组件、第二铰链组件、第三铰链组件以及连接它们的第十电动推杆、第十一电动推杆、第十二电动推杆。

第一铰链组件含有第一三角型连接件、第二三角型连接件、第一支链连接件、第二支链连接件、套筒以及销杆，销杆依次穿过第二三角型连接件的a孔、第二支链连接件的a孔、套筒、第一支链连接件的a孔、第一三角型链接件的a孔，轴向用螺母紧固，使第一支链连接件、第二支链连接件绕着套筒形成转动连接。

所述的三个铰链组件组成结构尺寸相同。

第十电动推杆的b端与第一铰链组件中第二三角型连接件的b孔连接，a端与第三铰链组件中第一三角型连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

第十一电动推杆的b端与第二铰链组件中第二三角型连接件的b孔连接，a端与第一铰链组件中第一三角型连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

第十二电动推杆的b端与第三铰链组件中第二三角型连接件的b孔连接，a端与第二铰链组件中第一三角型连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

中间平台含有第四铰链组件、第五铰链组件、第六铰链组件以及连接它们的第十三电动推杆、第十四电动推杆、第十五电动推杆，所述中间平台的结构与连接关系与上平台相同。

下平台含有第七铰链组件、第八铰链组件、第九铰链组件以及连接它们的第十六电动推杆、第十七电动推杆、第十八电动推杆，所述下平台的结构与连接关系与上平台相同。

上平台、中间平台和下平台通过第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆、第五电动推杆、第六电动推杆、第七电动推杆、第八电动推杆、第九电动推杆连接为一个整体，具体连接关系如下：

第一电动推杆的b端与第一铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第一电动推杆的a端与第四铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第二电动推杆的b端与第四铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第二电动推杆的a端与第七铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第三电动推杆的b端与第七铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第三电动推杆的a端与第一铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

第四电动推杆的b端与第二铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第四电动推杆的a端与第五铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第五电动推杆的b端与第五铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第五电动推杆的a端与第八铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第六电动推杆的b端与第八铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第六电动推杆的a端与第二铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

第七电动推杆的b端与第三铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第七电动推杆的a端与第六铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第八电动推杆的b端与第六铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第八电动推杆的a端与第九铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定；第九电动推杆的b端与第九铰链组件中的第二支链连接件的b孔连接，第九电动推杆的a端与第三铰链组件中的第一支链连接件的b孔连接，通过顶丝固定。

对于上平台，第一铰链组件中，第一三角型连接件b孔的轴线与第二三角型连接件b孔的轴线共面且夹角为60°；第二铰链组件中，第一三角型连接件b孔的轴线与第二三角型连接件b孔的轴线共面且夹角为60°；第三铰链组件中，第一三角型连接件b孔的轴线与第二三角型连接件b孔的轴线共面且夹角为60°。

本发明的有益效果：

本发明所述的翻涌运动机构，通过控制上、中、下三个平台的依次缩放，实现了一种整体的无限循环的翻涌运动。以此翻涌运动机构为基础，可开发出更适用于管道的管道机器人，或者作为洞体盾构机的基础结构等。

附图说明

图1翻涌运动机构整体三维图；

图2第一铰链组件爆炸三维图；

图3第一三角形连接件三维图；

图4第一支链连接件三维图；

图5第一电动推杆三维图；

图6上中下三平台连接方式示意图；

图7运动过程顺序示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种翻涌运动机构，如图1所示，包括：上平台(A)、中间平台(B)、下平台(C)及连接它们的第一电动推杆(1)、第二电动推杆(2)、第三电动推杆(3)、第四电动推杆(4)、第五电动推杆(5)、第六电动推杆(6)、第七电动推杆(7)、第八电动推杆(8)、第九电动推杆(9)。

上平台(A)含有第一铰链组件(A1)、第二铰链组件(A2)、第三铰链组件(A3)以及连接它们的第十电动推杆(10)、第十一电动推杆(11)、第十二电动推杆(12)。

第一铰链组件(A1)，如图2所示，含有第一三角型连接件(19)、第二三角型连接件(21)、第一支链连接件(20)、第二支链连接件(22)、套筒(23)以及销杆(24)。

其中第一三角型连接件(19)、第二三角型连接件(21)形状尺寸完全相同，如图3所示；第一支链连接件(20)、第二支链连接件(22)形状尺寸完全相同，如图4所示。

销杆(24)依次穿过第二三角型连接件(21)的a孔、第二支链连接件(22)的a孔、套筒(23)、第一支链连接件(20)的a孔、第一三角型链接件(19)的a孔，轴向用螺母紧固，使第一支链连接件(20)、第二支链连接件(22)绕着套筒(23)形成转动连接。

所述的三个铰链组件(A1)、(A2)、(A3)组成结构尺寸相同。

对机构中所有推杆，分别规定a、b端如图5所示。

第十电动推杆(10)的b端与第一铰链组件(A1)中第二三角型连接件(21)的b孔连接，a端与第三铰链组件(A3)中第一三角型连接件(19)的b孔连接，通过顶丝固定。

第十一电动推杆(11)的b端与第二铰链组件(A2)中第二三角型连接件(21)的b孔连接，a端与第一铰链组件(A1)中第一三角型连接件(19)的b孔连接，通过顶丝固定。

第十二电动推杆(12)的b端与第三铰链组件(A3)中第二三角型连接件(21)的b孔连接，a端与第二铰链组件(A2)中第一三角型连接件(19)的b孔连接，通过顶丝固定。

中间平台(B)含有第四铰链组件(B1)、第五铰链组件(B2)、第六铰链组件(B3)以及连接它们的第十三电动推杆(13)、第十四电动推杆(14)、第十五电动推杆(15)，所述中间平台(B)的结构与连接关系与上平台(A)相同。

下平台(C)含有第七铰链组件(C1)、第八铰链组件(C2)、第九铰链组件(C3)以及连接它们的第十六电动推杆(16)、第十七电动推杆(17)、第十八电动推杆(18)，所述下平台(C)的结构与连接关系与上平台(A)相同。

上平台(A)、中间平台(B)和下平台(C)通过第一电动推杆(1)、第二电动推杆(2)、第三电动推杆(3)、第四电动推杆(4)、第五电动推杆(5)、第六电动推杆(6)、第七电动推杆(7)、第八电动推杆(8)、第九电动推杆(9)连接为一个整体，具体连接关系如下：

如图6所示，第一电动推杆(1)的b端与第一铰链(A1)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第一电动推杆(1)的a端与第四铰链(B1)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第二电动推杆(2)的b端与第四铰链(B1)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第二电动推杆(2)的a端与第七铰链(C1)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第三电动推杆(3)的b端与第七铰链(C1)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第三电动推杆(3)的a端与第一铰链(A1)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；

第四电动推杆(4)的b端与第二铰链(A2)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第四电动推杆(4)的a端与第五铰链(B2)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第五电动推杆(5)的b端与第五铰链(B2)组件中的第二支链连接件的b孔连接，第五电动推杆(5)的a端与第八铰链(C2)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第六电动推杆(6)的b端与第八铰链(C2)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第六电动推杆(6)的a端与第二铰链(A2)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；

第七电动推杆(7)的b端与第三铰链(A3)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第七电动推杆(7)的a端与第六铰链(B3)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第八电动推杆(8)的b端与第六铰链(B3)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第八电动推杆(8)的a端与第九铰链(C3)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定；第九电动推杆(9)的b端与第九铰链(C3)组件中的第二支链连接件(22)的b孔连接，第九电动推杆(9)的a端与第三铰链(A3)组件中的第一支链连接件(20)的b孔连接，通过顶丝固定。

对于上平台(A)，第一铰链组件(A1)中，第一三角型连接件b孔的轴线与第二三角型连接件b孔的轴线共面且夹角为60°；第二铰链组件(A2)中，第一三角型连接件沉孔(b)的轴线与第二三角型连接件沉孔(b)的轴线共面且夹角为60°；第三铰链组件(A3)中，第一三角型连接件b孔的轴线与第二三角型连接件b孔的轴线共面且夹角为60°。

机构在开始运动前处于如图1所示初始状态，开始运动后，上平台(A)不断放大，同时中间平台(B)、下平台(C)不断缩小，如图7(1)-(2)所示；当下平台(C)达到最小状态后，下平台(C)、上平台(A)同时持续放大，中间平台(B)继续缩小，如图7(3)-(4)所示；当上平台(A)达到最大状态后，上平台(A)、中间平台(B)同时持续缩小，下平台(C)继续放大，如图7(5)-(6)所示；当中间平台(B)达到最小状态后，中间平台(B)、下平台(C)同时持续放大，上平台(A)继续缩小，如图7(7)-(8)所示；当下平台(C)达到最大状态后，下平台(C)、上平台(A)同时持续缩小，中间平台(B)继续放大，如图7(9)-(10)所示；当上平台(A)达到最小状态后，上平台(A)、中间平台(B)同时持续放大，下平台(C)继续缩小，如图7(11)-(12)所示，直至达到如图7(1)所示状态。至此机构完成一次翻涌运动。