技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于機構(gòu)學及機器人領(lǐng)域，特別涉及一種運動分岔并聯(lián)機構(gòu)。

背景技術(shù)：
：

傳統(tǒng)的固定自由度并聯(lián)機構(gòu)因具有高剛度、高承載能力、高精度、高速度等優(yōu)點，使其在重載操作、工業(yè)機器人、運動模擬器、、醫(yī)療機器人、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用。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明針對現(xiàn)有可重構(gòu)并聯(lián)機構(gòu)較少的不足，提出一種新型運動分岔并聯(lián)機構(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：一種運動分岔并聯(lián)機構(gòu)，其由固定平臺、運動平臺、三條相同的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈組成，機構(gòu)整體為對稱結(jié)構(gòu)。其中可重構(gòu)混聯(lián)支鏈由可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)和固定自由度ps支鏈組合而成，在描述運動副時，這里用p代表移動副，用s代表球副。

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

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

因可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)具有兩種不同工作模式，基于可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈也相應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。當連接運動平臺和固定平臺的三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈分別在不同工作模式間切換時，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)可切換為3t3r、2t3r、1t3r、1t2r四種不同工作模式。在描述運動方式時，這里t代表移動，r代表轉(zhuǎn)動。

附圖說明：

圖1為可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的初始位形。

圖2為球面五桿機構(gòu)。

圖3為可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)工作模式a。

圖4為可重構(gòu)空間五桿機構(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為運動分岔并聯(lián)機構(gòu)初始位形。

圖9為運動分岔并聯(lián)機構(gòu)3t3r工作模式。

圖10為運動分岔并聯(lián)機構(gòu)2t3r工作模式。

圖11為運動分岔并聯(lián)機構(gòu)1t3r工作模式。

圖12為運動分岔并聯(lián)機構(gòu)1t2r工作模式。

具體實施方式：

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述：

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

如圖2所示為球面五桿機構(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。球面五桿機構(gòu)各桿間通過轉(zhuǎn)動副相連接，相鄰轉(zhuǎn)動副軸線為正交，球面五桿機構(gòu)所有轉(zhuǎn)動副軸線匯交于其轉(zhuǎn)動中心a點。

如圖1所示，在初始位形時桿ab和桿de垂直于桿5，b點轉(zhuǎn)動副軸線、c點轉(zhuǎn)動副軸線、d點轉(zhuǎn)動副軸線、a1點轉(zhuǎn)動副軸線、虎克鉸軸線e1e2相平行。a1點轉(zhuǎn)動副軸線和虎克鉸軸線e3e4方向相同。此時，可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的瞬時自由度為3，為保證機構(gòu)瞬時運動的可控，需有3個輸入同時作用。選取a1點處轉(zhuǎn)動副、a2點處轉(zhuǎn)動副和e1點處轉(zhuǎn)動副為可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的3個輸入關(guān)節(jié)。

如圖3所示，當鎖死a2點處轉(zhuǎn)動副，a1點處轉(zhuǎn)動副和e1點處轉(zhuǎn)動副為可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的輸入關(guān)節(jié)，可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)切換為工作模式a。此時可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)重構(gòu)為平面五桿機構(gòu)，其作平面內(nèi)的連續(xù)2自由度運動。

如圖4所示，當鎖死a1點處轉(zhuǎn)動副和e1點處轉(zhuǎn)動副，a2點處轉(zhuǎn)動副為輸入關(guān)節(jié)，可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)切換為工作模式b。此時可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)重構(gòu)為單軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其運動方式為單軸連續(xù)轉(zhuǎn)動。

初始位形為可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)兩種不同工作模式的切換位形。在初始位形可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的瞬時自由度為3，在工作模式a可重構(gòu)空間五桿機構(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，在代表運動副時，p代表移動副，s代表球副。在構(gòu)建混聯(lián)支鏈時用圖5中折桿6替代了圖1中的桿bc，折桿6和桿7間為移動副連接。當可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)工作在工作模式a時，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。當可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)工作在工作模式b時，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，其存在一個約束力矢。

如圖8所示為由運動平臺i、固定平臺ii、三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈組成的運動分岔并聯(lián)機構(gòu)，其為對稱結(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，三條混聯(lián)支鏈無約束作用于運動平臺i，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)工作在圖9所示的3t3r工作模式，在描述運動方式時，這里t代表移動，r代表轉(zhuǎn)動。當其中一條可重構(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，將有一個約束力矢作用于運動平臺i，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)將失去一個移動運動，其工作在圖10所示的2t3r工作模式。當有兩條可重構(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，將有兩個約束力矢作用于運動平臺i，將約束掉運動平臺的二個移動運動，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)工作在圖11所示的1t3r工作模式。當三條可重構(gòu)混聯(lián)支鏈都工作在約束力矢工作模式，將有三個約束力矢作用于運動平臺i，所述三個約束力矢共面，但不相交也不平行，因此三個共面的約束力矢將約束掉運動平臺i的兩個移動運動和一個轉(zhuǎn)動運動，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)工作在1t2r工作模式。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種運動分岔并聯(lián)機構(gòu)，其為對稱結(jié)構(gòu)，其由運動平臺、固定平臺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)空間五桿機構(gòu)具有兩種不同的工作模式，基于可重構(gòu)空間五桿機構(gòu)的可重構(gòu)混聯(lián)支鏈也相應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，運動分岔并聯(lián)機構(gòu)可相應重構(gòu)為3T3R、2T3R、1T3R、1T2R四種不同運動模式的并聯(lián)機構(gòu)。

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