技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機(jī)構(gòu)學(xué)及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：
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傳統(tǒng)的固定自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因具有高剛度、高承載能力、高精度、高速度等優(yōu)點(diǎn)，使其在重載操作、工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)模擬器、、醫(yī)療機(jī)器人、多維力傳感器、微納操作、3d打印等領(lǐng)域等到了重要和廣泛的應(yīng)用。

但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在極端作業(yè)、先進(jìn)制造、醫(yī)療康復(fù)、太空探索等領(lǐng)域越來越希望機(jī)器具有更高的柔性，能根據(jù)作業(yè)任務(wù)變化而可重構(gòu)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變化其自由度、重構(gòu)其工作模式。在這種背景下，學(xué)者們對(duì)可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了極大的研究興趣，使其成為機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要包括運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)和變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩類。學(xué)者們利用變胞運(yùn)動(dòng)副、可鎖死關(guān)機(jī)、約束奇異單環(huán)閉鏈、變胞單環(huán)閉鏈、可重構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等設(shè)計(jì)了一些特色鮮明的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但現(xiàn)有的可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)仍然比較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)較少的不足，提出一種新型運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其具有四種不同的工作模式。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是：一種運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其由固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、三條相同的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈組成，機(jī)構(gòu)整體為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。其中可重構(gòu)混聯(lián)支鏈由可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)和固定自由度ps支鏈組合而成，在描述運(yùn)動(dòng)副時(shí)，這里用p代表移動(dòng)副，用s代表球副。

所述可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)由五根桿組成，桿ab與桿5通過球面五桿機(jī)構(gòu)相連，桿de與桿5通過虎克鉸相連，其中桿5為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架。其余各桿間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連且轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行?？芍貥?gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)具有兩種不同工作模式，工作模式a為平面2自由度運(yùn)動(dòng)，工作模式b為單軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述球面五桿機(jī)構(gòu)有五根桿組成，各桿間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線為正交，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線匯交于球面五桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。球面五桿機(jī)構(gòu)為2自由度機(jī)構(gòu)，其可實(shí)現(xiàn)2自由度并聯(lián)輸入。

因可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)具有兩種不同工作模式，基于可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈也相應(yīng)具有兩種不同工作模式。其一為無約束工作模式，另一為約束力矢工作模式。當(dāng)連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)的三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈分別在不同工作模式間切換時(shí)，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)可切換為3t3r、2t3r、1t3r、1t2r四種不同工作模式。在描述運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，這里t代表移動(dòng)，r代表轉(zhuǎn)動(dòng)。

附圖說明：

圖1為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的初始位形。

圖2為球面五桿機(jī)構(gòu)。

圖3為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)工作模式a。

圖4為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)工作模式b。

圖5為可重構(gòu)混聯(lián)支鏈初始位形。

圖6為可重構(gòu)混聯(lián)支鏈無約束工作模式。

圖7為可重構(gòu)混聯(lián)支鏈約束力矢工作模式。

圖8為運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)初始位形。

圖9為運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)3t3r工作模式。

圖10為運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)2t3r工作模式。

圖11為運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)1t3r工作模式。

圖12為運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)1t2r工作模式。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

如圖1所示為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的初始位形，桿ab與桿5通過球面五桿機(jī)構(gòu)相連，桿de與桿5通過虎克鉸相連，其余各桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連且其余各桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，桿5為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架。

如圖2所示為球面五桿機(jī)構(gòu)，其由桿1、桿2、桿3、桿4和桿5組成，桿4即為圖1中桿ab。球面五桿機(jī)構(gòu)各桿間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接，相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線為正交，球面五桿機(jī)構(gòu)所有轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線匯交于其轉(zhuǎn)動(dòng)中心a點(diǎn)。

如圖1所示，在初始位形時(shí)桿ab和桿de垂直于桿5，b點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、c點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、d點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、a1點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、虎克鉸軸線e1e2相平行。a1點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線和虎克鉸軸線e3e4方向相同。此時(shí)，可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)自由度為3，為保證機(jī)構(gòu)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)的可控，需有3個(gè)輸入同時(shí)作用。選取a1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副、a2點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副和e1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的3個(gè)輸入關(guān)節(jié)。

如圖3所示，當(dāng)鎖死a2點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副，a1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副和e1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的輸入關(guān)節(jié)，可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)切換為工作模式a。此時(shí)可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)重構(gòu)為平面五桿機(jī)構(gòu)，其作平面內(nèi)的連續(xù)2自由度運(yùn)動(dòng)。

如圖4所示，當(dāng)鎖死a1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副和e1點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副，a2點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)副為輸入關(guān)節(jié)，可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)切換為工作模式b。此時(shí)可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)重構(gòu)為單軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)方式為單軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

初始位形為可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)兩種不同工作模式的切換位形。在初始位形可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)自由度為3，在工作模式a可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的連續(xù)自由度為2，在工作模式b可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的連續(xù)自由度為1。工作模式a和工作模式b是兩種互斥的工作模式。

如圖5所示為由可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)和固定自由度ps串聯(lián)支鏈組合而成的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈，在代表運(yùn)動(dòng)副時(shí)，p代表移動(dòng)副，s代表球副。在構(gòu)建混聯(lián)支鏈時(shí)用圖5中折桿6替代了圖1中的桿bc，折桿6和桿7間為移動(dòng)副連接。當(dāng)可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)工作在工作模式a時(shí)，可重構(gòu)混聯(lián)支鏈工作在如圖6所示的無約束工作模式，可重構(gòu)混聯(lián)支鏈的自由度為6。當(dāng)可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)工作在工作模式b時(shí)，可重構(gòu)混聯(lián)支鏈將工作在如圖7所示的約束力矢工作模式，可重構(gòu)混聯(lián)支鏈的自由度為5，其存在一個(gè)約束力矢。

如圖8所示為由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i、固定平臺(tái)ii、三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈組成的運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈都工作在無約束工作模式時(shí)，三條混聯(lián)支鏈無約束作用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作在圖9所示的3t3r工作模式，在描述運(yùn)動(dòng)方式時(shí)，這里t代表移動(dòng)，r代表轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)其中一條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈工作在約束力矢工作模式，另外兩條工作在無約束工作模式，將有一個(gè)約束力矢作用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)將失去一個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其工作在圖10所示的2t3r工作模式。當(dāng)有兩條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈工作在約束力矢工作模式，一條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈工作在無約束工作模式，將有兩個(gè)約束力矢作用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i，將約束掉運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的二個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作在圖11所示的1t3r工作模式。當(dāng)三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈都工作在約束力矢工作模式，將有三個(gè)約束力矢作用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i，所述三個(gè)約束力矢共面，但不相交也不平行，因此三個(gè)共面的約束力矢將約束掉運(yùn)動(dòng)平臺(tái)i的兩個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作在1t2r工作模式。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和三條相同的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈組成；可重構(gòu)混聯(lián)支鏈由可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)和固定自由度PS串聯(lián)支鏈組合而成；可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)具有兩種不同的工作模式，基于可重構(gòu)空間五桿機(jī)構(gòu)的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈也相應(yīng)具有兩種不同工作模式，可重構(gòu)混聯(lián)支鏈的兩種不同工作模式分別為：無約束工作模式和約束力矢工作模式；三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈在兩種不同工作模式間切換時(shí)，運(yùn)動(dòng)分岔并聯(lián)機(jī)構(gòu)可相應(yīng)重構(gòu)為3T3R、2T3R、1T3R、1T2R四種不同運(yùn)動(dòng)模式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：王冰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北華航天工業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.03
技術(shù)公布日：2017.09.08