一种配置有重力平衡装置的球面剪叉机构

本公开的至少一种实施例涉及可展开的桁架结构，更具体地，涉及一种具有远心不动点的配置有重力平衡装置的球面剪叉机构。

背景技术：

1、球面剪叉机构是由顺次枢转连接的多个剪叉单元形成的机械结构，适用于在外部的驱动单元的作用下，沿某方向逐步展开或折叠，以调整球面剪叉机构上所配置的负载单元的状态，或使负载单元被调节至目标位置。

2、球面剪叉机构是剪叉机构的一种特殊形式，每个剪叉单元的枢接轴的轴线的延伸方向相交于一点，以使每组所剪叉单元均大致位于同一个球面内，且围绕该球面的球心(即远心不动点)沿球面进行展开或折叠。在球面剪叉机构的展开状态下，由于球面剪叉机构是沿球面展开的，存在重心高度变化，为此，驱动球面剪叉机构的驱动单元需克服重力做功。为满足驱动要求，则需配置于枢接轴上的驱动单元可输出较大的扭矩，为此，需配置体积较大的驱动单元；并且，如驱动单元发生助力失效时，还会使球面剪叉机构在重力作用下不可控的被展开或折叠，从而导致配置有负载单元的负载位置突变，引发意外。

3、为此，目前可采用配重法、关节扭矩平衡法及弹簧法等方式，来平衡球面剪叉机构由于重心高度变化所产生的重力势能变化。其中，配重法会导致球面剪叉机构的自重增加；关节扭矩平衡法会增加剪叉单元的枢接轴部分的体积，进而影响折展比；而弹簧法需在剪叉单元的内剪叉杆和/或外剪叉杆上开孔以挂装弹簧，从而降低结构的刚度，并且还会对剪叉单元的折叠造成阻碍。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种配置有重力平衡装置的球面剪叉机构。每个剪叉单元的内剪叉杆及外剪叉杆大致布置于一个球面内，这样球面剪叉机构在折叠状态下所占体积较小。剪叉单元所配置的弹性组件设置于外侧的延伸部之间，因此，无需在剪叉单元内开孔，可维持球面剪叉机构的刚度，而且，由于弹性组件布置于剪叉单元的外侧，因此，也不会对球面剪叉机构的折叠状态造成阻挡。

2、本公开的实施例提供一种配置有重力平衡装置的球面剪叉机构，包括顺次连接的多组剪叉单元，每组上述剪叉单元包括相互枢转连接的内剪叉杆及外剪叉杆，多组上述剪叉单元的枢接轴的轴线的延伸方向相交于一点，以使每组上述剪叉单元均大致位于同一个球面内，上述剪叉机构响应于上述内剪叉杆相对于上述外剪叉杆的摆动具有折叠状态及展开状态；至少两组间隔的上述剪叉单元中的一组上述剪叉单元的上述内剪叉杆，及另一组上述剪叉单元的上述外剪叉杆的同侧的端部设置有向外延伸的延伸部，两个上述延伸部之间设置有弹性组件，以提供使两个上述延伸部相远离的压力或相靠近的拉力；其中，上述弹性组件被构造成响应处于上述展开状态的上述球面剪叉机构的重心变化发生弹性形变，使上述球面剪叉机构的一部分重力势能转化为上述弹性组件的弹性势能，以维持上述球面剪叉机构的上述展开状态。

3、根据本公开的实施例，上述球面剪叉机构还包括驱动单元，设置于位于上述球面剪叉机构的一端的一组上述剪叉单元上，上述驱动单元被构造成驱动上述内剪叉杆及上述外剪叉杆绕上述枢接轴的轴线旋转，以使上述球面剪叉机构在上述折叠状态及上述展开状态之间调节；其中，上述驱动单元设置于位于上述球面剪叉机构的一端的一组上述剪叉单元上。

4、根据本公开的实施例，上述球面剪叉机构还包括负载单元，设置于位于上述球面剪叉机构的远离上述驱动单元的另一端的一组上述剪叉单元上。

5、根据本公开的实施例，上述延伸部由上述内剪叉杆或上述外剪叉杆的与另一组上述剪叉单元接合的端部向外延伸。

6、根据本公开的实施例，设置有上述延伸部的两组上述剪叉单元之间布置有一组上述剪叉单元。

7、根据本公开的实施例，设置有上述延伸部的两组上述剪叉单元之间布置有多组上述剪叉单元。

8、根据本公开的实施例，两组上述剪叉单元所设置的上述延伸部交叉设置。

9、根据本公开的实施例，两组上述剪叉单元所设置的上述延伸部间隔设置。

10、根据本公开的实施例，上述弹性组件设置于两个上述延伸部的远离上述剪叉单元的远端之间。

11、根据本公开的实施例，两组上述剪叉单元中的两个上述延伸部之间配置有一个上述弹性组件；其中，上述弹性组件包括压缩弹簧，被构造成响应于处于上述展开状态的上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的重心上移，对两个上述延伸部提供相远离的压力，以使上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构维持向上趋势的上述展开状态。

12、根据本公开的实施例，两组上述剪叉单元中的两个上述延伸部之间配置有一个上述弹性组件；其中，上述弹性组件包括拉伸弹簧，被构造成响应于处于上述展开状态的上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的重心下移，对两个上述延伸部提供相靠近的拉力，以使上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构维持向下趋势的上述展开状态。

13、根据本公开的实施例，四组上述剪叉单元中的两个上述剪叉单元的延伸部形成第一延伸部对，另外两个上述剪叉单元的延伸部形成第二延伸部对；上述第一延伸部对中的两个上述延伸部之间配置压缩弹簧，用作上述弹性组件；上述第二延伸部对中的两个上述延伸部之间配置拉伸弹簧及无弹性的拉绳，用作上述弹性组件，上述拉伸弹簧的至少一端通过上述拉绳悬系于上述延伸部上；响应于上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的重心上移，上述压缩弹簧适用于对上述第一延伸部对中的两个上述延伸部提供相远离的压力，直至上述拉绳被拉直的状态下，上述拉伸弹簧适用于对上述第二延伸部对中的两个上述延伸部提供相靠近的拉力；响应于上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构处于重心最高点，上述压缩弹簧所提供的压力与上述拉伸弹簧所提供的拉力的大小相同；响应于上述上述配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的重心下移，上述拉伸弹簧所提供的拉力大于上述压缩弹簧所提供的压力。

14、根据本公开提供的配置有重力平衡装置的球面剪叉机构，每个剪叉单元的内剪叉杆及外剪叉杆布置于一个球面内，这样配置有重力平衡装置的球面剪叉机构在折叠状态下所占体积较小，并在展开状态下沿弧面展开。剪叉单元所配置的弹性组件设置于外侧的延伸部之间，因此，无需在剪叉单元内开孔，可维持配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的刚度；而且，由于弹性组件布置于剪叉单元的外侧，因此，也不会对配置有重力平衡装置的球面剪叉机构的折叠状态造成阻挡。

技术特征：

1.一种配置有重力平衡装置的球面剪叉机构，其特征在于，包括顺次连接的多组剪叉单元(1)，每组所述剪叉单元(1)包括相互枢转连接的外剪叉杆及内剪叉杆，多组所述剪叉单元的枢接轴的轴线的延伸方向相交于一点，以使每组所述剪叉单元(1)均大致位于同一个球面内，所述球面剪叉机构响应于所述外剪叉杆相对于所述内剪叉杆的摆动具有折叠状态及展开状态；

2.根据权利要求1所述的球面剪叉机构，其特征在于，所述延伸部(2)由所述外剪叉杆或所述内剪叉杆的与另一组所述剪叉单元(1)接合的端部向外延伸。

3.根据权利要求1所述的球面剪叉机构，其特征在于，设置有所述延伸部(2)的两组所述剪叉单元(1)之间布置有一组所述剪叉单元(1)。

4.根据权利要求1所述的球面剪叉机构，其特征在于，设置有所述延伸部(2)的两组所述剪叉单元(1)之间布置有多组所述剪叉单元(1)。

5.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，两组所述剪叉单元(1)所设置的所述延伸部(2)交叉设置。

6.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，两组所述剪叉单元(1)所设置的所述延伸部(2)间隔设置。

7.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，所述弹性组件(3)设置于两个所述延伸部(2)的远离所述剪叉单元(1)的远端之间。

8.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，两组所述剪叉单元(1)中的两个所述延伸部(2)之间配置有一个所述弹性组件(3)；

9.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，两组所述剪叉单元(1)中的两个所述延伸部(2)之间配置有一个所述弹性组件(3)；

10.根据权利要求1至4中任一所述的球面剪叉机构，其特征在于，四组所述剪叉单元(1)中的两个所述剪叉单元(1)的延伸部(2)形成第一延伸部对(21)，另外两个所述剪叉单元(1)的延伸部(2)形成第二延伸部对(22)；

技术总结
本公开提供一种配置有重力平衡装置的球面剪叉机构，包括顺次连接的多组剪叉单元，每组剪叉单元包括相互枢转连接的内剪叉杆及外剪叉杆，多组剪叉单元的枢接轴的轴线的延伸方向相交于一点，以使每组剪叉单元均大致位于同一个球面内，剪叉机构响应于内剪叉杆相对于外剪叉杆的摆动具有折叠状态及展开状态；至少两组间隔的剪叉单元中的一组剪叉单元的内剪叉杆，及另一组剪叉单元的外剪叉杆的同侧的端部设置有向外延伸的延伸部，两个延伸部之间设置有弹性组件，以提供使两个延伸部相远离的压力或相靠近的拉力；其中，弹性组件被构造成响应处于展开状态的球面剪叉机构的重心变化发生弹性形变，使球面剪叉机构的一部分重力势能转化为弹性组件的弹性势能。

技术研发人员：潘立志,王锶浛,王嵘,鲁宝岳,王树新
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7