本發(fā)明涉及機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別是一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)。

背景技術(shù)：

變胞機構(gòu)是近年來學(xué)者提出的重要概念，是能夠變自由度或能夠變構(gòu)件數(shù)目的新型機構(gòu)，這類機構(gòu)除了具有類似可展機構(gòu)的高度收縮和高度可展外，還能夠改變拓?fù)鋱D并導(dǎo)致變自由度，具有多功能階段變化、多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、多自由度變化等特征，能夠根據(jù)功能需求或環(huán)境等變化，適應(yīng)不同任務(wù)，靈活應(yīng)用于不同場合。變胞機構(gòu)的設(shè)計研究目前雖取得了一些成果，但仍欠缺結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計的突破。

中國專利201210098594.5公開了一種多功能變胞機構(gòu)，該專利能夠以實現(xiàn)平面拓?fù)涞娇臻g拓?fù)渥儞Q，但是構(gòu)型單一，工程應(yīng)用局限；中國專利201110184520.9公開了一種變胞機構(gòu)式碼垛機器人機構(gòu)，該機構(gòu)雖兼具穩(wěn)定性和柔性化，但是其工作空間??；中國專利2012103373974公開了一種新型變胞機構(gòu)，該機構(gòu)是通過滑塊克服彈簧彈力實現(xiàn)單自由度和兩自由度變換，但其構(gòu)態(tài)實際未變，工程應(yīng)用價值小。

目前尚未見有一種能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，靈活實現(xiàn)三種不同構(gòu)態(tài)的變胞機構(gòu)，其兼具大空間特征，并且其驅(qū)動控制電機均安裝在機架上，減少各構(gòu)件負(fù)載，使其運動高動態(tài)穩(wěn)定性，且能夠廣泛應(yīng)用于工程各個領(lǐng)域的變胞機構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)明設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)，它能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，靈活實現(xiàn)三種不同構(gòu)態(tài)，其兼具大空間特征，并且其驅(qū)動控制電機均安裝在機架上，減少各構(gòu)件負(fù)載，使其運動高動態(tài)穩(wěn)定性，且能夠廣泛應(yīng)用于工程各個領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)，包括驅(qū)動連桿、傳動連桿、三角架、輸出連桿、機架和銷軸，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為：

所述驅(qū)動連桿包括前搖桿、中搖桿和后搖桿，所述前搖桿一端通過第十三銷軸與機架連接，另一端通過第十二銷軸與前連桿連接，所述中搖桿一端通過第六銷軸與機架連接，另一端通過第四銷軸與中連桿、三角架連接，所述后搖桿一端通過第五銷軸與機架連接，另一端通過第二銷軸與后連桿連接；所述傳動連桿包括前連桿、支架桿、中連桿、后連桿和長桿，所述前連桿一端通過第十二銷軸與前搖桿連接，另一端通過第十銷軸與支架桿連接，所述支架桿一端通過第七銷軸與機架連接，中部通過第十銷軸與前連桿連接，另一端通過第九銷軸與長桿連接，所述中連桿一端通過第四銷軸與中搖桿、三角架連接，中部通過第三銷軸與三角架連接，另一端通過第八銷軸與輸出連桿連接，所述后連桿一端通過第二銷軸與后搖桿連接，另一端通過第一銷軸與長桿連接，所述長桿一端通過第一銷軸與后連桿連接，中部通過第九銷軸與支架桿連接，另一端通過第十一銷軸與輸出連桿連接；所述三角架一端通過第四銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第三銷軸與中連桿連接；所述輸出連桿一端通過第八銷軸與中連桿連接，中部通過第十一銷軸與長桿連接；所述銷軸包括第一銷軸、第二銷軸、第三銷軸、第四銷軸、第五銷軸、第六銷軸、第七銷軸、第八銷軸、第九銷軸、第十銷軸、第十一銷軸、第十二銷軸和第十三銷軸。

所述驅(qū)動連桿全部運動時，三角架一端通過第四銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端通過第三銷軸與中連桿連接，實現(xiàn)十連桿兩自由度運動；驅(qū)動連桿全部運動時，三角架一端通過第四銷軸與中搖桿、中連桿連接，另一端第三銷軸與第一銷軸處于重疊位置時，實現(xiàn)十一連桿兩自由度運動；驅(qū)動桿件為前搖桿時，第一銷軸與第四銷軸處于重疊位置時，實現(xiàn)十連桿單自由度運動。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.工作過程中，能夠在兩個兩自由度和一個單自由度間靈活變換，靈活實現(xiàn)三種不同構(gòu)態(tài)，機構(gòu)在兩種兩自由度構(gòu)態(tài)時，機構(gòu)均具有柔性化的特點，更有效地增大了工作空間，并均能夠?qū)崿F(xiàn)工作端高精確定位，機構(gòu)單自由度時，機構(gòu)穩(wěn)定性較高，便于控制。

2.實際工程應(yīng)用時，驅(qū)動驅(qū)動連桿的驅(qū)動電機均能夠安裝在機架上，減少了因電機裝在桿件上而造成的構(gòu)件負(fù)載，運動穩(wěn)定，便于控制。

3.能夠靈活變胞，靈活改變工作空間，能實現(xiàn)更大運動空間作業(yè)，能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造業(yè)、航空航天、和醫(yī)療保健等各類工程領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)的十連桿單自由度時結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖3為本發(fā)明所述的一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)的十連桿兩自由度時結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖4為本發(fā)明所述的一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)的十一連桿兩自由度時結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖中標(biāo)記為：1、中連桿；2、第一銷軸；3、后連桿；4、第二銷軸；5、第三銷軸；6、三角架；7、第四銷軸；8、后搖桿；9、中搖桿；10、第五銷軸；11、第六銷軸；12、支架桿；13、第七銷軸；14、第八銷軸；15、第九銷軸；16、輸出連桿；17、長桿；18、第十銷軸；19、第十一銷軸；20、前連桿；21、第十二銷軸；22、前搖桿；23、第十三銷軸；24、機架。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種具有單自由度和雙兩自由度變換的三構(gòu)態(tài)變胞機構(gòu)，包括驅(qū)動連桿、傳動連桿、三角架6、輸出連桿16、機架24和銷軸，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為：

所述驅(qū)動連桿包括前搖桿22、中搖桿9和后搖桿8，所述前搖桿22一端通過第十三銷軸23與機架24連接，另一端通過第十二銷軸21與前連桿20連接，所述中搖桿9一端通過第六銷軸11與機架25連接，另一端通過第四銷軸7與中連桿1、三角架6連接，所述后搖桿8一端通過第五銷軸10與機架24連接，另一端通過第二銷軸4與后連桿3連接；所述傳動連桿包括前連桿20、支架桿12、中連桿1、后連桿3和長桿17，所述前連桿20一端通過第十二銷軸21與前搖桿22連接，另一端通過第十銷軸18與支架桿12連接，所述支架桿12一端通過第七銷軸13與機架24連接，中部通過第十銷軸18與前連桿20連接，另一端通過第九銷軸15與長桿17連接，所述中連桿1一端通過第四銷7與中搖桿9、三角架6連接，中部通過第三銷軸5與三角架6連接，另一端通過第八銷軸14與輸出連桿16連接，所述后連桿3一端通過第二銷軸4與后搖桿8連接，另一端通過第一銷軸2與長桿17連接，所述長桿17一端通過第一銷軸2與后連桿3連接，中部通過第九銷軸15與支架桿12連接，另一端通過第十一銷軸19與輸出連桿16連接；所述三角架6一端通過第四銷軸7與中搖桿9、中連桿1連接，另一端通過第三銷軸5與中連桿1連接；所述輸出連桿16一端通過第八銷軸14與中連桿1連接，中部通過第十一銷軸19與長桿17連接；所述銷軸包括第一銷軸2、第二銷軸4、第三銷軸5、第四銷軸7、第五銷軸10、第六銷軸11、第七銷軸13、第八銷軸14、第九銷軸15、第十銷軸18、第十一銷軸19、第十二銷軸21和第十三銷軸23。

工作原理及過程：

如圖2所示，機構(gòu)為十連桿單自由度時，第一銷軸2和第四銷軸7處于重疊位置，后搖桿8、后連桿3、中搖桿9和機架24能夠看成平面四連桿機構(gòu)，由于長桿17和中連桿1通過第一銷軸2連接，中連桿1和輸出連桿16通過第八銷軸14連接，輸出連桿16和長桿17通過第十一銷軸19連接，因此長桿17、中連桿1和輸出連桿16能夠看成一根桿，前搖桿22繞著第十三銷軸23轉(zhuǎn)動，由于前連桿20和前搖桿22通過第十二銷軸21連接，進而帶動前連桿20轉(zhuǎn)動，支架桿12和前連桿20通過第十銷軸18連接，進而帶動支架桿12繞著第七銷軸13轉(zhuǎn)動，長桿17和支架桿12通過第九銷軸15連接，進而使輸出連桿作單自由度運動。

如圖1和圖3所示，機構(gòu)為十連桿兩自由度運動時，前搖桿22繞著第十三銷軸23轉(zhuǎn)動，由于前連桿20和前搖桿22通過第十二銷軸21連接，進而帶動前連桿20轉(zhuǎn)動，支架桿12和前連桿20通過第十銷軸18連接，進而帶動支架桿12繞著第七銷軸13轉(zhuǎn)動，中搖桿9繞著第六銷軸11轉(zhuǎn)動，由于中連桿1和中搖桿9通過第四銷軸7連接，三角架6兩端均與中連桿1連接，此時能夠?qū)⑷羌?和中連桿1看成一根桿，進而帶動中連桿1轉(zhuǎn)動，后搖桿8繞著第五銷軸10轉(zhuǎn)動，由于后連桿3和后搖桿8通過第二銷軸4連接，進而帶動后連桿3轉(zhuǎn)動，長桿17和后連桿3通過第一銷軸2連接，長桿17中部和支架桿12通過第九銷軸15連接，進而使長桿17實現(xiàn)平面運動，輸出連桿16和中連桿1通過第八銷軸14連接，輸出連桿16中部和長桿17通過第十一銷軸19連接，進而使輸出連桿17作兩自由度運動。

如圖4所示，機構(gòu)為十一連桿兩自由度運動時，前搖桿22繞著第十三銷軸23轉(zhuǎn)動，由于前連桿20和前搖桿22通過第十二銷軸21連接，進而帶動前連桿20轉(zhuǎn)動，支架桿12和前連桿20通過第十銷軸18連接，進而帶動支架桿12繞著第七銷軸13轉(zhuǎn)動，中搖桿9繞著第六銷軸11轉(zhuǎn)動，由于中連桿1和中搖桿9通過第四銷軸7連接，進而帶動中連桿1轉(zhuǎn)動，由于三角架6和中搖桿9通過第四銷軸7連接，進而帶動三角架6轉(zhuǎn)動，后搖桿8繞著第五銷軸10轉(zhuǎn)動，由于后連桿3和后搖桿8通過第二銷軸4連接，進而帶動后連桿3轉(zhuǎn)動，第三銷軸5和第一銷軸2處于重疊位置，此時后搖桿8、后連桿3、三角架6和中搖桿9構(gòu)成平面五連桿機構(gòu)，長桿17和后連桿3通過第一銷軸2連接，長桿17中部和支架桿12通過第九銷軸15連接，進而使長桿17實現(xiàn)平面運動，輸出連桿16和中連桿1通過第八銷軸14連接，輸出連桿16中部和長桿17通過第十一銷軸19連接，進而使輸出連桿17作兩自由度運動。