含120个环的可展耦合机构的制作方法

本发明是一种对称耦合机构，尤其涉及含120个环的可展耦合机构，属于机构学应用技术领域。

背景技术

随着机构由简单向复杂、平面向空间、单环向多环的不断发展，机构创新始终是机器装备创新的关键和研究热点。现有的并联机构具有承载能力强，刚度大，惯性低等优点，但是工作空间有限；串联机构工作空间大，结构简单灵巧，但强度低，不适用于重载场合。

在这样的发展趋势下，混联机构应运而生。这类机构很好地将串联机构和并联机构的优点有效复合，同时突破各自结构的缺点，近年来成为机构领域的研究热点。

结构组成复杂但外观新颖的混联机构，其机架和动平台之间的连接支链相互耦合，彼此之间并不独立，通常以多个相同的环结构连接成网状耦合机构的形式呈现，使得该类机构具备了结构功能及外观的双重优点，符合机构的发展趋势。但是，由于现有成熟的构型综合理论适用于具有独立分支的并联机构；与并联机构结构上的迥异，决定了己有的构型综合理论对多环耦合机构并不适用，大大限制了耦合机构，特别是多环耦合新机构的提出，对促进这类机构的大量开发和应用是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种含有120个环的单移动可展耦合机构，为企业及研究机构提供信息和技术支持，该机构能够根据工作条件及环境需求伸展收拢，便于运输。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为含120个环的可展耦合机构，该机构是一种单移动可展对称耦合结构，该机构包括122个节点，240个连杆，120个面，122个节点包括12个正五边形，60个i型四边形，30个ii型四边形，20个正三角形。

正五边形构件均通过连杆与5个i型四边形构件铰接，i型四边形构件均通过连杆与1个五边形构件、1个正三角形构件和2个ii型四边形构件铰接，ii型四边形构件均通过连杆与4个i型四边形构件铰接，正三角形构件均通过连杆与3个i型四边形构件铰接。

正五边形构件由5个v5型构件组合成，v5型构件末端转副轴线夹角为108度,正五边形构件上的5个转动副均布且相邻转动副轴线间的夹角为108度。

i型四边形的构件由2个y1型构件组合成，y1型构件由v1型构件即末端转动副轴线夹角为112.868度和v4型构件即末端转动副轴线夹角为67.132度组合成；y1型构件上的3个转动副的相邻轴线间的夹角依次为112.868度、67.132度和180度，i型四边形构件上的4个转动副相邻轴线间的夹角依次为112.868度、67.132度、112.868度、67.132度。

ii型四边形构件由2个v2型构件即末端转动副轴线夹角为68.331度和2个v6型构件即末端转动副轴线夹角为111.669度组合成；ii型四边形构件上的4个转动副相邻轴线间的夹角依次为68.331度、111.669度、68.331度、111.669度。

正三角形构件由3个v3型构件即末端转动副轴线夹角为60度组合成，正三角形构件上的3个转动副均布且相邻轴线夹角为60度。

该机构可看作是由30个相同的h单元体组合成，h单元体又由2个f单元体和2个g单元体组合成，相应地各节点处的n个v型构件组合成相应的y1型构件和n边形构件。

f单元体由2个v1型构件、1个v2型构件、1个v3型构件和4个连杆组成，第一个v1型构件的两转动副的对称平面和第二个v1型构件的两转动副的对称平面a重合，v2型构件的两转动副的对称平面和v3型构件的两转动副的对称平面b重合；4个v型构件按v1-v2-v1-v3通过连杆依次铰接。

g单元体由2个v4型构件、1个v5型构件、1个v6型构件和4个连杆组成，第一个v4型构件的两转动副的对称平面和第二个v4型构件的两转动副的对称平面c重合，v5型构件的两转动副的对称平面和v6型构件的两转动副的对称平面d重合；4个v型构件按v4-v5-v4-v6通过连杆依次铰接。

h单元体由2个f单元体和2个g单元体组成，2个f单元体的对称平面b重合，2个g单元体的对称平面d重合，v1和v4型构件组合成1个y1型构件，2个v2构件和2个v6型构件组合成1个ii型四边形构件，h单元体外环构件次序为v5-y1-v3-y1-v5-y1-v3-y1，h环的中间是1个ii型四边形构件通过连杆铰接外环的4个y1形成的4个网孔。

与现有技术相比，该发明具有以下优点：

该机构内部结构可看作是由30个相同的含4个网孔的环状结构组合得到的多环网状结构，兼备串并联机构的优点，属于一种多环可展耦合机构。

该机构具有单自由度移动运动性质，在相同的驱动条件下，该机构能够单向移动且向几何中心收缩和展开运动，并且根据工作条件及环境需求伸展收拢，便于运输，能更好地适应特殊场合，有良好的应用前景。

附图说明

图1中从左往右依次为正三角形构件、i型四边形构件、ii型四边形构件和五边形构件的示意图。

图中：v1和v4型构件组合成1个y1型构件，2个y1型构件组成1个i型四边形构件，2个v2型构件和2个v6型构件组成1个ii型四边形构件，3个v3型构件组成1个正三角形构件，5个v5型构件组成1个正五边形构件。

图2为f单元体示意图。

图中：f单元体由2个v1型构件、1个v2型构件、1个v3型构件和4个连杆按v1-v2-v1-v3依次铰接组合成。

图3为g单元体示意图。

图中：g单元体由2个v4型构件、1个v5型构件、1个v6型构件和4个连杆按v4-v5-v4-v6依次铰接组合成。

图4为h单元体示意图。

图中：h单元体由2个f单元体和2个g单元体组成，2个f单元体的对称平面b重合，2个g单元体的对称平面d重合，v1和v4组合成1个y1型构件，2个v2型构件和2个v6型构件组成1个ii型四边形构件，h单元体外环构件次序为v5-y1-v3-y1-v5-y1-v3-y1，h环的中间是1个ii型四边形构件通过连杆铰接外环的4个y1形成的4个网孔。

图5为菱形三十面体示意图。

图6为含120环的可展耦合机构示意图。

图中：该机构由12个正五边形构件，60个i型四边形构件，30个ii型四边形构件，20个正三角形构件和240个连杆组成。

具体实施方式

如图1-6所示，含120个环的可展耦合机构，该机构是一种单移动可展对称耦合结构，该机构包括122个节点，240个连杆，120个面，122个节点包括12个正五边形，60个i型四边形，30个ii型四边形，20个正三角形。

正五边形构件均通过连杆与5个i型四边形构件铰接，i型四边形构件均通过连杆与1个五边形构件、1个正三角形构件和2个ii型四边形构件铰接，ii型四边形构件均通过连杆与4个i型四边形构件铰接，正三角形构件均通过连杆与3个i型四边形构件铰接。

正五边形构件由5个v5型构件组合成，v5型构件末端转副轴线夹角为108度,正五边形构件上的5个转动副均布且相邻转动副轴线间的夹角为108度。

i型四边形的构件由2个y1型构件组合成，y1型构件由v1型构件即末端转动副轴线夹角为112.868度和v4型构件即末端转动副轴线夹角为67.132度组合成；y1型构件上的3个转动副的相邻轴线间的夹角依次为112.868度、67.132度和180度，i型四边形构件上的4个转动副相邻轴线间的夹角依次为112.868度、67.132度、112.868度、67.132度。

ii型四边形构件由2个v2型构件即末端转动副轴线夹角为68.331度和2个v6型构件即末端转动副轴线夹角为111.669度组合成；ii型四边形构件上的4个转动副相邻轴线间的夹角依次为68.331度、111.669度、68.331度、111.669度。

正三角形构件由3个v3型构件即末端转动副轴线夹角为60度组合成，正三角形构件上的3个转动副均布且相邻轴线夹角为60度。

该机构可看作是由30个相同的h单元体组合成，h单元体又由2个f单元体和2个g单元体组合成，相应地各节点处的n个v型构件组合成相应的y1型构件和n边形构件。

f单元体由2个v1型构件、1个v2型构件、1个v3型构件和4个连杆组成，第一个v1型构件的两转动副的对称平面和第二个v1型构件的两转动副的对称平面a重合，v2型构件的两转动副的对称平面和v3型构件的两转动副的对称平面b重合；按v1-v2-v1-v3通过连杆依次铰接各构件组成f单元体。

g单元体由2个v4型构件、1个v5型构件、1个v6型构件和4个连杆组成，第一个v4型构件的两转动副的对称平面和第二个v4型构件的两转动副的对称平面c重合，v5型构件的两转动副的对称平面和v6型构件的两转动副的对称平面d重合；按v4-v5-v4-v6通过连杆依次铰接各构件组成g单元体。

h单元体由2个f单元体和2个g单元体组成，2个f单元体的对称平面b重合，2个g单元体的对称平面d重合，v1和v4型构件组合成1个y1型构件，2个v2构件和2个v6型构件组合成1个ii型四边形构件，h单元体外环构件次序为v5-y1-v3-y1-v5-y1-v3-y1，h环的中间是1个ii型四边形构件通过连杆铰接外环的4个y1形成的4个网孔。

30个h单元体对应菱形三十面体的30个面组合形成含120环的可展耦合机构。