非对称两自由度移动多环耦合机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种基于正四面体的耦合机构，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有两自由度移动的机器人执行机构。
【背景技术】
[0002]机构创新一直是机器装备创新的关键和研究热点，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，结构形式多样化、承载能力高的机构能更好的适用于多种特殊场合，具有更高的核心竞争力。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。与传统机构相比，混联机构将串联与并联机构进行有效的复合，充分发挥并联机构的高精度、高承载能力与串联机构工作空间大、控制灵活等优点，同时突破各自结构的缺点，有着特殊的应用场合。但由于混联机构的机架和末端执行器间的连接不是若干独立支链，而是呈网状耦合连接，结构形式通常比较复杂。所以，为了满足人们对机构日益增加的需求，更好的适用于更广的特殊领域，就对综合得到的新机型结构简易性，形式多样性以及刚度等方面提出了更高的要求。
【发明内容】
[0003]基于以上背景，本发明提供了一种可作为移动机器人执行机构的两自由度移动耦合机构，该机构具有刚度高，运动简单，便于安装的特点，为国内企业及研究机构提供专利信息和技术支持。
[0004]为实现上述目的，本发明基于正四面体结构组成框架的特点，采用一种具有两移动自由度耦合机构的技术方案。以正三角形构件作为节点构件，用四个该类构件代替空间正四面体的四个顶点，用六个两杆三转动副杆组代替空间正四面体的六条棱边，下述方案的两杆三转动副杆组简称为杆组；根据正四面体所有棱边和顶点的几何结构特点，用六个杆组连接四个节点构件得到耦合机构。其中每个节点构件上的三个转动副轴线均位于三角形平面内，且相邻轴线之间的夹角均为60°，每个杆组由两个二副杆串联得到，所述二副杆均为结构相同的同一类连接杆件，每个二副杆包含的两个连接运动副为转动副，并且这两个转动副轴线相平行，与二副杆本身垂直。
[0005]该机构包括机架(D1)、动平台(D4)以及连接机架与动平台的三个分支和一个耦合杆组。三个分支包括第一分支、第二分支、第三分支。耦合杆组分别连接第一分支和第二分支，并与这两个分支构成耦合结构。
[0006]第一分支包括节点构件一的第一转动副(R11)、第一杆组(L1)、节点构件二的(D2)、第二杆组(L2);第一杆组(L1)与机架(D1)通过节点构件一的第一转动副(R11)连接，第一杆组(L1)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第一转动副(R21)连接，第二杆组(L2)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第三转动副(R23)连接。
[0007]第二分支包括节点构件一的第二转动副(R12)、第三杆组(L3)、节点构件三(D3)、第四杆组(L4);第三杆组(L3)与机架(D1)通过节点构件一的第二转动副(R12)连接，第三杆组(L3)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第二转动副(R32)连接，第四杆组(L4)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第三转动副(R33)连接。
[0008]第三分支包括节点构件一的第三转动副(R13)、第六杆组(L6)、节点构件四(D4);第六杆组(L6)与机架(D1)通过节点构件一的第三转动副(R13)连接。
[0009]选择节点构件四(D4)为动平台，第一分支通过节点构件四的第一转动副(R41)连接到动平台(D4)，第二分支通过节点构件四的第二转动副(R42)连接到动平台(D4)，第三分支通过节点构件四的第三转动副(R43)连接到动平台(D4)，所述三个分支并联到动平台(D4)上。另外，第一分支节点构件二和第二分支节点构件三之间通过第五杆组(L5)耦合连接，该杆组为耦合杆组。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0011]1、该机构分支结构简单，仅由两种单元构件装配得到，并且整体机构框架基于正四面体结构组成，关于几何中心对称，装配简单；
[0012]2、基于正四面体结构的几何对称性，选择该机构中具有同样结构形式的不同构件作为机架或动平台，不会改变机构动平台两个自由度的移动性质，易于控制，机构的输入和输出选择具有多样性；
[0013]3、该机构具有两个移动自由度运动性质，可作为移动机器人执行机构，兼备串并联机构的优点，适用于重载工作场合，具有良好的应用前景；
【附图说明】
[0014]图1为基于正四面体结构框架的非对称两自由度移动多环耦合机构的示意图。
[0015]图中:D1、机架L1、第一杆组L2、第二杆组L3、第三杆组L4、第四杆组L5、第五杆组L6、第六杆组D2、节点构件二 D3、节点构件三D4、动平台R11、节点构件一的第一转动副R12、节点构件一的第二转动副R13、节点构件一的第三转动副R21、节点构件二的第一转动副R22、节点构件二的第二转动副R23、节点构件二的第三转动副R31、节点构件三的第一转动副R32、节点构件三的第二转动副R33、节点构件三的第三转动副R41、节点构件四的第一转动副R42、节点构件四的第二转动副R43、节点构件四的第三转动副。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，第一分支包括节点构件一的第一转动副(R11)、第一杆组(L1)、节点构件二(D2)、第二杆组(L2);第一杆组(L1)与机架(D1)通过节点构件一的第一转动副(R11)连接，第一杆组(L1)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第一转动副(R21)连接，第二杆组(L2)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第三转动副(R23)连接；
[0017]第二分支包括节点构件一的第二转动副(R12)、第三杆组(L3)、节点构件三(D3)、第四杆组(L4);第三杆组(L3)与机架(D1)通过节点构件一的第二转动副(R12)连接，第三杆组(L3)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第二转动副(R32)连接，第四杆组(L4)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第三转动副(R33)连接。
[0018]第三分支包括节点构件一的第三转动副(R13)、第六杆组(L6);第六杆组(L6)与机架(D1)通过节点构件一的第三转动副(R13)连接。
[0019]选择节点构件四(D4)为动平台，第一分支结构通过节点构件四的第一转动副(R41)连接到动平台(D4)，第二分支结构通过节点构件四的第二转动副(R42)连接到动平台(D4)，第三分支结构通过节点构件四的第三转动副(R43)连接到动平台(D4);所述三个分支并联到动平台(D4)上，另外第一分支与第二分支通过第五杆组(L5)耦合连接。
【主权项】
1.非对称两自由度移动多环耦合机构，其特征在于:本机构基于正四面体结构组成框架的特点，采用一种具有两移动自由度耦合机构的技术方案；以正三角形构件作为节点构件，用四个该类构件代替空间正四面体的四个顶点，用六个两杆三转动副杆组代替空间正四面体的六条棱边，下述方案的两杆三转动副杆组简称为杆组；根据正四面体所有棱边和顶点的几何结构特点，用六个杆组连接四个节点构件得到耦合机构；其中每个节点构件上的三个转动副轴线均位于三角形平面内，且相邻轴线之间的夹角均为60°，每个杆组由两个二副杆串联得到，所述二副杆均为结构相同的同一类连接杆件，每个二副杆包含的两个连接运动副为转动副，并且这两个转动副轴线相平行，与二副杆本身垂直； 该机构包括机架(D1)、动平台(D4)以及连接机架与动平台的三个分支和一个耦合杆组；三个分支包括第一分支、第二分支、第三分支；耦合杆组分别连接第一分支和第二分支，并与这两个分支构成耦合结构； 第一分支包括节点构件一的第一转动副(R11)、第一杆组(L1)、节点构件二的(D2)、第二杆组(L2);第一杆组(L1)与机架(D1)通过节点构件一的第一转动副(R11)连接，第一杆组(L1)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第一转动副(R21)连接，第二杆组(L2)与节点构件二(D2)通过节点构件二的第三转动副(R23)连接； 第二分支包括节点构件一的第二转动副(R12)、第三杆组(L3)、节点构件三(D3)、第四杆组(L4);第三杆组(L3)与机架(D1)通过节点构件一的第二转动副(R12)连接，第三杆组(L3)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第二转动副(R32)连接，第四杆组(L4)与节点构件三(D3)通过节点构件三的第三转动副(R33)连接； 第三分支包括节点构件一的第三转动副(R13)、第六杆组(L6)、节点构件四(D4);第六杆组(L6)与机架(D1)通过节点构件一的第三转动副(R13)连接； 选择节点构件四(D4)为动平台，第一分支通过节点构件四的第一转动副(R41)连接到动平台(D4)，第二分支通过节点构件四的第二转动副(R42)连接到动平台(D4)，第三分支通过节点构件四的第三转动副(R43)连接到动平台(D4)，所述三个分支并联到动平台(D4)上；另外，第一分支节点构件二和第二分支节点构件三之间通过第五杆组(L5)耦合连接，该杆组为耦合杆组。
【专利摘要】非对称两自由度移动多环耦合机构，本机构基于正四面体结构组成框架的特点，采用一种具有两移动自由度耦合机构的技术方案。以正三角形构件作为节点构件，用四个该类构件代替空间正四面体的四个顶点，用六个两杆三转动副杆组代替空间正四面体的六条棱边，下述方案的两杆三转动副杆组简称为杆组；根据正四面体所有棱边和顶点的几何结构特点，用六个杆组连接四个节点构件得到耦合机构。其中每个节点构件上的三个转动副轴线均位于三角形平面内，且相邻轴线之间的夹角均为60°，每个杆组由两个二副杆串联得到。该机构分支结构简单，仅由两种单元构件装配得到，并且整体机构框架基于正四面体结构组成，关于几何中心对称，装配简单。
【IPC分类】B25J9/00
【公开号】CN105397800
【申请号】CN201510977413
【发明人】刘婧芳, 高慧芳, 张海晓, 余跃庆
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月23日