可重构并/混联机构实验装置组件系统的制作方法

本发明属于并联机器人实验装置的技术领域，具体涉及一种可重构并/混联机构实验装置组件系统。

背景技术：

由于并/混联机构结构简单、刚度高、承载能力大、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动等优点成为近年来的研究热点，有时需要对机构进行实验研究。在进行并/混联机构实验时，往往需要多种构型之间相互比较以及研究不同尺度下机构的特性，然而同时制作多种构型的机构，不仅会浪费大量的资金，而且使得实验周期变长。

专利200710121232.2发明了一种构型及尺寸可重构的并联机器人，该机器人包括静平台框架，扩展件，可实现伸缩轴驱动功能或滑块驱动功能的的驱动支链，动平台等。专利201010266108.7发明了一种可重构并联机器人用于机床加工。这些发明的运动副组件种类较少，可重构的机构种类有限，静平台为一体式机构没有灵活性，尺寸较大适合于机床加工，不能满足实验需要的各种运动副以各种不同的形态组合在一起完成各种不同构型机构的重构，并且尺寸较大，结构复杂不能满足实验所需的快速高效的要求。

技术实现要素：

本发明为了解决目前可重构机器人重构种类有限及尺寸不可变等问题，提供了涉及一种一种可重构并/混联机构实验装置组件系统，将常用的各种运动副、连接杆、驱动件等标准化，并通过连接头将不同的运动副连接起来，可实现多种并/混联机构构型，而且通过不同数量的连接杆的连接实现尺寸的变化。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种可重构并/混联机构实验装置组件系统，包括若干连杆组件、运动副组件、动/静平台组件和过渡连接件组件，其中运动副组件包括转动副组件、移动副组件、虎克铰组件、球面副组件以及圆柱副组件；

所述的连杆组件包括若干短杆、定位螺母以及螺纹杆，各短杆两端有内螺纹孔、能够通过螺纹杆连接在一起，并通过定位螺母调节连杆的长度；

所述的移动副组件包括滑块式移动副和推杆式移动副，滑块式移动副包括滑块，滑块上有滑块定位孔与其他组件连接；推杆式移动副包括推杆，推杆末端与其他组件连接；

所述的转动副组件包括转轴节，转轴节末端有转轴节螺纹柱与其他组件连接；

所述的球面副组件包括侧向球面副、直连球面副以及关节球面副，各球面副组件包括装配在一起的凹球件与凸球件，凹球件与凸球件设置有螺纹连接孔或螺纹连接柱与其他组件连接；

所述的虎克铰组件包括两Y形连接件，两Y形连接件末端有圆孔与其他组件连接；

所述的圆柱副组件包括对接圆柱副和侧连圆柱副，对接圆柱副两端有螺纹连接孔与其他组件连接，侧连圆柱副的两端有螺纹连接孔与其他组件连接；

所述的动/静平台组件包括台钳静平台、底座静平台、分体式底平台、三角形动平台以及圆形动平台，

台钳静平台包括台钳和台钳夹块，通过台钳夹块上有连接件与其他组件连接；

底座静平台内部能够与电机固接，底座静平台底部能够与安装部位固定，底座静平台顶部有中心孔，电机轴通过中心孔与其他转动组件连接，

分体式底平台包括平板，平板以其一侧边为转动中心转动且能够固定，平板上有连接件固定其他组件，

三角形动平台包括三角形平台，三角形平台的三个角等分线上设置能够相对于三角形平台移动的带螺孔滑块，带螺孔滑块上有连接件与其他组件连接，

圆形动平台上有连接件与其他组件连接，

所述的过渡连接件组件包括带座轴承、固定型材、双耳铰接块、双头法兰、圆台法兰、带螺孔平板、以及凸台连接块，固定型材用于固定驱动件，双耳铰接块用于各组件间的铰接，双头法兰用于动平台组件与其他组件间的连接，圆台法兰用于移动副组件与静平台组件的连接，带孔平板的中心位置有螺纹连接孔，用于与其他组件连接，凸台连接块两侧有螺纹连接孔，用于与其他组件连接，

各组件用于与其他组件连接或定位的连接件尺寸规格统一。各组件用于与其他组件连接或定位的连接件都有标准接口，各组件之间能够任意组合。

所述的台钳静平台还包括台钳夹块、台钳座、台钳体、台钳螺杆以及台钳杠杆，台钳夹块底部有正方体凸台，正方形凸台两侧通过两个竖直设置的台钳体夹持，两个台钳体连接于于台钳座上，台钳螺杆与台钳座螺纹连接、且前端与一个台钳体固接，台钳杠杆插在台钳螺杆末端的孔内，台钳夹块上有台钳夹块定位孔，定位孔有5组，每组为骰子中的5点形状分布，5组定位孔分别分布在台钳块的四周与中心。

所述的底座静平台是由四个立柱支撑的内部空心件，包括底座顶板和底座底板，底座顶板的中心有中心孔，底座底板上的四个角有四个底座底板定位孔用于固定底座静平台。

所述的分体式底平台还包括横杆、连杆一、连杆二以及底座支架，平板的一侧边固接于横杆上，横杆的两端分别铰接于两个底座支架的一端，平板的另一侧边两端分别与与两连杆一的一端铰接，连杆一的另一端与连杆二的一端铰接，连杆二的另一端与底座支架的另一端铰接且铰接处有固定螺栓，在平板上有用于连接其他组件的定位孔，定位孔有5组，每组为骰子中的5点形状分布，5组定位孔分别分布在平板的四周与中心，底座支架的四个角上有孔可用于与安装部位固定。

所述的三角形平台的三个角等分线上有滑槽，滑槽两侧有与滑槽平行的键槽，键槽两侧还有与滑槽平行的刻度，带螺孔滑块上对应键槽的位置有能够与键槽卡死来固定其位置的紧定螺钉二，带螺孔滑块下表面中心位置有螺纹连接孔用于与其他组件连接，三角形平台的每个角上都有一组按骰子中5点形状分布的定位孔用于固定其他组件。

所述的圆形动平台上每隔相同的角度加工有两圈按骰子中5点和1点形状分布的圆形动平台定位孔、且两种分布形式的圆形动平台定位孔相间分布，圆形动平台中心位置有按骰子中1点形状分布的圆形动平台中心定位孔，用于与其他组件连接。

所述的固定型材为“T”字形包括型材底座和型材本体，型材底座的四个角上有用于与动/静平台组件连接的型材底座定位孔，型材本体上有两排能够与移动副组件固接的固定型材定位孔。

所述的双头法兰两端分别为双头法兰螺纹连接孔和双头法兰螺纹连接柱，双头法兰的法兰板两侧各有一个用于动/静平台组件及其他各组件间的连接的双头法兰定位孔。

所述的圆台法兰上沿圆周方向均布有四个用于各组件间连接的圆台法兰定位孔，圆台法兰中心位置处有一个螺纹连接柱，用于与其他组件连接。

所述的凸台连接块凸台中心位置处有一个贯穿的凸台连接件螺纹连接孔用于与其他组件连接，凸台连接块底座的四个角上各有一个与动/静平台组件连接的凸台连接件定位孔。

所述的滑块式移动副还包括电机一以及电缸一，电机一固接于电缸一上，滑块装在电缸一正面的滑动槽内，电机一驱动电缸一带动滑块沿滑动槽作直线运动，滑块正面有滑块定位孔用来连接运动副连接件，电缸一背面加工有定位槽用于和固定型材固接，通过固定型材将其固定在静平台组件上。

所述的推杆式移动副还包括电机二以及电缸二，电机二固接于电缸二上，推杆插在电缸二内，电缸二侧面有电缸二定位孔用于与固定型材固接，电缸二底端有电缸二铰接孔，电机二驱动电缸二带动推杆做伸缩直线运动，推杆顶端有螺纹用于连接其他部件，电缸二侧面有电缸二定位孔用于与固定型材固接，通过固定型材与静平台组件相连接，通过电缸二底端的电缸二铰接孔用于与转动副组件相连接。

所述的侧向球面副的侧向球面副凹球件与侧向球面副凸球件成90°装配，侧向球面副凹球件与侧向球面副凸球件末端分别有侧向球面副凹球件螺纹连接孔以及侧向球面副凸球件螺纹连接柱与其他组件连接，直连球面副的直连球面副凹球件和直连球面副凸球件成180°装配，直连球面副凹球件和直连球面副凸球件末端分别有直连球面副凹球件螺纹连接孔以及直连球面副凸球件螺纹连接柱与其他组件连接；关节球面副的关节球面副凸球件装在关节球面副凹球件内，关节球面副凹球件和关节球面副凸球件末端分别有关节球面副凹球件螺纹连接孔和关节球面副凸球件螺纹连接柱与其他组件连接。

所述的虎克铰组件还包括开环卡套、方块销以及销，两Y形连接件与方块销铰接，销插在Y形连接件上的贯穿孔内，开环卡套卡在Y形连接上的槽内，并通过销固定两Y形连接件末端的圆孔与其他组件的连接。

所述的对接圆柱副包括短杆、紧定螺钉一、紧定螺母以及长套筒，导杆一插在长套筒内，导杆一上有导杆一键槽，紧定螺母固接与长套筒上，紧定螺钉一通过导杆一键槽可将圆柱副变为移动或固定导杆一的位置，短杆和长套筒两端有伸缩杆螺纹连接孔与其他组件连接。

所述的侧连圆柱副包括导杆二、短套筒、紧定螺钉以及紧定螺母，短套筒套在导杆二上，短套筒利用其上面的紧定螺钉和紧定螺母和导杆二上的键槽将圆柱副变为移动副或固定其位置，导杆二的两端有导杆二螺纹连接孔与其他组件连接，短套筒的顶端有短套筒螺纹连接孔与其他组件连接。

本发明具有如下有益效果：

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统可以重构的支链数在3-6之间。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统的每条支链独立配备静平台，通过调节静平台的相对位置来调节各支链间的角度。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统可以搭接12条支链以内的所有并/混联机构。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统可以组件带中间支链的并/混联机构。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统具有已有的所有运动副，且各运动副具有相同形式和尺寸的连接端，因此可以两两任意组合。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统的连杆长度可调、动/静平台上连接运动副的位置可调。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统可以根据实验要求快速搭接满足尺寸要求的构型，降低了实验成本，缩短了实验周期。

本发明所述的可重构并/混联机构实验装置组件系统，重量轻，尺寸适中，拆简单方便，单人可完成拆装组件任务。

附图说明

图1为本发明的连杆组件示意图。

图2为本发明的移动副组件的滑块式移动副示意图。

图3为本发明的移动副组件的推杆式移动副示意图。

图4为本发明的转动副组件示意图。

图5为本发明的球面副组件的侧向球面副示意图。

图6为本发明的球面副组件的直连球面副示意图。

图7为本发明的球面副组件的关节球面副示意图。

图8为本发明的虎克铰组件示意图。

图9为本发明的圆柱副组件的对接圆柱副示意图。

图10为本发明的圆柱副组件的侧连圆柱副示意图。

图11为本发明的动/静平台组件的台钳静平台示意图。

图12为本发明的动/静平台组件的底座静平台示意图。

图13为本发明的动/静平台组件的分体式底平台示意图。

图14为本发明的动/静平台组件的三角形动平台示意图。

图15为本发明的动/静平台组件的圆形动平台示意图。

图16为本发明的过渡连接件组件的带座轴承示意图。

图17为本发明的过渡连接件组件的固定型材示意图。

图18为本发明的过渡连接件组件的双耳铰接块示意图。

图19为本发明的过渡连接件组件的双头法兰示意图。

图20为本发明的过渡连接件组件的圆台法兰示意图。

图21为本发明的过渡连接件组件的带螺孔平板示意图。

图22为本发明的过渡连接件组件的凸台连接块示意图。

图23为本发明搭接的3-RPS空间并联机构。

图24为本发明搭接的3-PRS空间并联机构。

图25为本发明搭接的带中间支链SCS的3-CRS并联机构。

图26为本发明搭接的2RPU/RPR并联机构。

图27为本发明搭接的3-RRR平面并联机构。

图28为本发明搭接的3-PSS空间并联机构。

图中标号：1-短杆，1.1-短杆螺纹连接口，2-定位螺母，3-螺纹杆，4-滑块，4.1-滑块定位孔，5-电机一，6-电缸一，7-电机二，8-推杆，9-电缸二，9.1-电缸二定位孔，9.2-电缸二铰接孔，10-转轴节，10.1-转轴节螺纹连接柱，11-轴承一，12-卡簧，13-侧向球面副凹球件，13.1-侧向球面副凹球件螺纹连接孔，14-侧向球面副凸球件，14.1-侧向球面副凸球件螺纹连接柱，15-直连球面副凹球件，15.1-直连球面副凹球件螺纹连接孔，16-直连球面副凸球件，16.1-直连球面副凸球件螺纹连接柱，17-关节球面副凹球件，17.1-关节球面副凹球件螺纹连接孔，18-关节球面副凸球件，18.1-关节球面副凸球件螺纹连接柱，19-开环卡套，20-Y形连接件，20.1-贯穿孔，20.2-圆孔，21-方块销，22-销，23-导杆一，23.1-伸缩杆螺纹连接孔，23.2-导杆一键槽，24-紧定螺钉一，25-紧定螺母，26-长套筒，27-导杆二，27.1-导杆二螺纹连接孔，27.2-导杆II键槽，28-短套筒，28.1-短套筒螺纹连接孔，29-台钳夹块，29.1-台钳夹块定位孔，30-台钳座，31-台钳体，32-台钳螺杆，33-台钳杠杆，34-底座静平台，34.1-底座顶板，34.2-底座底板，34.3-中心孔，34.4-底座底板定位孔，35-平板，36-横杆，37-连杆一，38-连杆二，39-底座支架，40-三角形平台，40.1-键槽，40.2-滑槽，41-紧定螺钉二，42-带螺孔滑块，43-圆形动平台，43.1-圆形动平台定位孔，44-底座，45-定位环，46-轴承二，47-销轴，48-固定型材，48.1-型材底座，48.2-型材底座定位孔，48.3-固定型材定位孔，49-双耳铰接块，50-双头法兰，50.1-双头法兰螺纹连接孔，50.2-双头法兰定位孔，50.3-双头法兰螺纹连接柱，51-圆台法兰，51.1-圆台法兰定位孔，52-带螺孔平板，52.1带螺孔平板螺纹连接孔，53-凸台连接件，53.1-凸台连接件螺纹连接孔，53.2-凸台连接件定位孔。

I-三角形动平台，II-支链球面副，III-推杆式移动副，IV-带轴承座，V-台钳静平台，VI-滑块式移动副，VII-转动副，VIII-连杆组件，IX-对接圆柱副，X-侧连圆柱副，XI-虎克铰，XII-侧向球面副，XIII-分体式底平台。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为连杆组件结构示意图。连杆组件由短杆1、定位螺母2和螺纹杆3组成。其中螺纹杆3与短杆1末端的短杆螺纹连接孔1.1螺纹连接，定位螺母2与螺纹杆3螺纹连接，定位螺母2用来调节螺纹杆3伸出短杆3的长度以达到调节连杆长度的目的。连杆组件通过不同长度的连杆和螺杆组成不同尺寸的连杆。

图2为移动副组件的滑块式移动副示意图。移动副组件有滑块式移动副和推杆式移动副两种。滑块式移动副由电机一5、电缸二6及滑块4组成。电机一5固接于电缸一6上，滑块4装在电缸一6的滑动槽内，滑块4正面有滑块定位孔4.1用于固定其他组件，电缸一6背面加工有定位槽用于和固定型材48固接，电机一5带动电缸一6内的齿轮组，齿轮组带动滑块4做直线运动。

图3为移动副组件的推杆式移动副示意图。推杆式移动副由电机二7、电缸二9及推杆8组成，电机二7固接于电缸二9上，推杆8插在电缸二9内，电缸二9侧面有电缸二定位孔9.1用于与固定型材48固接，电缸二9底端有电缸二铰接孔9.2，电机二7驱动电缸二9内的齿轮组带动推杆8做伸缩直线运动。

图4为转动副组件结构示意图。转动副组件由转轴节10、轴承一11、卡簧12组成。轴承一11装在转轴节10的两侧，轴承与转轴节之间通过卡簧固定，卡簧12卡在转轴节10与轴承一11之间，防止轴承一11掉出，在转轴节10的末端有转轴节螺纹连接柱10.1，用于与其他组件连接。

图5为球面副组件的侧向球面副示意图。侧向球面副由侧向球面副凹球件13和侧向球面副凸球件14组成，侧向球面副为凸球件的轴线和凹球件的轴线可垂直，在凹球件和凸球件的末端有螺纹用来和其他组件连接。侧向球面副凸球件14的圆球部分插在侧向球面副凹球件13的凹球面内，侧向球面副凹球件13的末端有侧向球面副凹球件螺纹连接孔13.1，侧向球面副凸球件14末端有侧向球面副凸球件螺纹连接柱14.1，二者皆用于与其他组件连接。

图6为球面副组件的直连球面副示意图。直连球面副由直连球面副凹球件15和直连球面副凸球件16组成，凸球件的轴线和凹球件的轴线可共线，两者的末端都有螺纹用来和其他组件连接。直连球面副凸球件16的圆球部分插在直连球面副凹球件15的凹球面内，直连球面副凹球件15的末端有直连球面副凹球件螺纹连接孔15.1，直连球面副凸球件16末端有直连球面副凸球件螺纹连接柱16.1，二者皆用于与其他组件连接。

图7为球面副组件的关节球面副示意图。关节球面副由关节球面副凹球件17和关节球面副凸球件18组成，凹球件的内部装有凸球件，横杆通过凸球件的球心与凸球件固接。关节球面副凸球件18的圆球部分插在关节球面副凹球件17的凹球面内，关节球面副凹球件15的末端有关节球面副凹球件螺纹连接孔17.1，关节球面副凸球件16末端有关节球面副凸球件螺纹连接柱18.1，二者皆用于与其他组件连接。

图8为虎克铰组件。虎克铰组件由开环卡套19、Y形连接件20、方块销21、销22组成，两个Y形连接件20分别铰接在方块销21的侧面，销22插在Y形连接件20侧面的贯穿孔20.1内，Y形连接件20的侧面还加工有槽，开环卡套19卡在槽内用于阻止销22掉出，Y形连接件的末端的圆孔20.2可与其他组件连接。

图9为圆柱副组件的对接圆柱副。对接圆柱副由导杆一23、紧定螺钉24、紧定螺母25、长套筒26组成，导杆一23插在长套筒26内，紧定螺母25固接于长套筒26上，紧定螺钉一24拧在紧定螺母25内，紧定螺钉一24可以卡在导杆一键槽23.2的键槽内，将圆柱副变为移动副或固定导杆一23的位置，在导杆一23和长套筒26的末端有伸缩杆螺纹连接孔23.1用于与其他组件连接。

图10为圆柱副组件的侧连圆柱副。侧连圆柱副由导杆二27、短套筒28、紧定螺钉、紧定螺母组成。短套筒28套在导杆二27上，紧定螺母固接于短套筒28上，紧定螺钉拧在紧定螺母内，紧定螺钉可以卡在导杆一键槽27.2内，将圆柱副变为移动副或固定短套筒28的位置，在导杆二27和短套筒28的末端分别有导杆二螺纹连接孔27.1和短套筒螺纹连接孔28.1，用于与其他组件连接。

图11为动/静平台组件的台钳静平台。台钳静平台由台钳夹块29、台钳座30、台钳体31、台钳螺杆32、台钳杠杆33组成。台钳座30可固定于实验桌上，台钳体31连接在台钳座30上，台钳螺杆32与台钳座30螺纹连接，与台钳体31固接，台钳杠杆33插在台钳螺杆32末端的孔内，台钳夹块29通过台钳座30与台钳体31夹持，台钳夹块29上有台钳夹块定位孔29.1。

图12为动/静平台组件的底座静平台。底座静平台34的底座顶板34.1上有中心孔34.3，电机的轴可穿过中心孔34.3与其他组件连接，底座底板34.2上有底座底板定位孔34.4用于固定底座静平台34。

图13为动/静平台组件的分体式底平台，平板35的末端固接于横杆36上，横杆36的两端分别铰接于底座支架39的一端，平板35的首端与连杆一37的一端铰接，连杆一37的另一端与连杆二38的一端铰接，连杆二38的另一端与底座支架39的另一端铰接，铰接处有固定螺栓，通过转动连杆二38来调节平板35与水平面的角度，当调整到合适位置时通过螺栓将连杆二38与底座支架39固定死，在平板35上有定位孔，用于连接其他组件。

图14为动/静平台组件的三角形平台。三角形平台40由键槽40.1，滑槽40.2，紧定螺钉二41，带螺孔滑块42组成。带螺孔滑块42装在三角形平台40上的滑槽40.2内，可以在滑槽40.2内滑动，紧定螺钉二41装在带螺孔滑块42上，三角形平台40上有刻度，三个带螺孔滑块42可以通过刻度调节到对称位置，再通过带螺孔滑块42上的紧定螺钉二41与键槽40.1卡死来固定其位置，带螺孔滑块42下面有螺纹连接孔用于与其他组件连接。

图15为圆形动平台43，上面有圆形动平台定位孔43.1用于与其他组件连接。

图16为过渡连接件组件的带座轴承。带座轴承由底座44、定位环45、轴承二46、销轴47组成。轴承二46装在底座44内，销轴47插在轴承二46内，用定位环45固定位置。

图17为过渡连接件组件的固定型材，固定型材48的型材底座48.1上有型材底座定位孔48.2可用于与动/静平台组件连接，固定型材48上的型材底座定位孔48.3可与移动副组件固接。

图18为过渡连接件组件的双耳铰接块49，可用于组件间的铰接。

图19为过渡连接件组件的双头法兰50，双头法兰50两端分别为双头法兰螺纹连接孔50.1和双头法兰螺纹连接柱50.3，可用于各组件间的过渡连接，双头法兰上的双头法兰定位孔50.2可用于动/静平台组件及其他各组件间的连接。

图20为过渡连接件组件的圆台法兰51，圆台法兰51上有圆台法兰定位孔51.1用于各组件间的连接。

图21为过渡连接件组件的带螺孔平板52，带螺孔平板52上的带螺孔平板螺孔52.1用于各组件间的连接。

图22为过渡连接件组件的凸台连接块53，凸台连接53的两侧有凸台连接块螺纹连接孔53.1可与其他组件连接，凸台连接块53底座上有凸台连接块定位孔53.2可与动/静平台组件连接。

图23为利用本发明的三角形动平台I、直连球面副II、推杆式移动副III、带座轴承IV和台钳静平台V搭接的3-RPS空间并联机构。

图24为利用本发明的三角形动平台I、直连球面副II、滑块式移动副VI、双耳法兰49、固定型材48和台钳静平台V搭接的3-PRS空间并联机构。

图25为利用本发明的三角形动平台I、直连球面副II、转动副组件VII、连杆组件VIII、对接圆柱副IX、侧连圆柱副X、台钳静平V、双耳法兰49、带螺孔平板52和凸台连接件53搭接的带中间支链SCS的3-CRS并联机构

图26为利用本发明的推杆式移动副III、带座轴承IV、台钳静平台V、转动副VII、虎克铰组件XI、圆形动平台43、双耳铰接块48、圆台法兰51和带螺纹孔平板52搭接的2RPU/RPR空间并联机构。

图27为利用本发明的三角形动平台I、转动副组件VII、连杆组件VIII、和底座静平台34搭接的3-RRR平面并联机构。

图28为利用本发明的圆形动平台43、固定型材48、凸台连接块53、滑块式移动副VI、连杆组件VIII、侧向球面副XII和分体式底平台搭接的3-PSS空间并联机构。