一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以空間四桿機(jī)構(gòu)(Bennett機(jī)構(gòu))為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種動(dòng)平臺(tái)整體可實(shí)現(xiàn)兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)且Bennett機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)抓放操作的多閉環(huán)抓手。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，轉(zhuǎn)動(dòng)類抓放機(jī)構(gòu)在學(xué)術(shù)界與工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的重視。目前已有的機(jī)構(gòu)僅可獨(dú)立完成轉(zhuǎn)動(dòng)操作或抓放操作，無(wú)法將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)與抓放操作結(jié)合。已有的抓放操作機(jī)構(gòu)多以串聯(lián)機(jī)構(gòu)為主，無(wú)法支撐大重量大尺寸目標(biāo)物體的抓放操作。由于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)在剛度和動(dòng)態(tài)性能方面具有優(yōu)勢(shì)。因此，以Bennett機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)成為了解決大重量大尺寸物體抓放問(wèn)題的最佳方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種具有兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)能力和抓放能力，剛度性能優(yōu)良并且控制方便的以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明的一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)，它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接所述的動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈、第三主動(dòng)支鏈及第四主動(dòng)支鏈構(gòu)成，所述動(dòng)平臺(tái)為空間四桿機(jī)構(gòu)，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿，所述第一連桿一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二連桿另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第三連桿另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第四連桿另一端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第一主動(dòng)支鏈包括固定連桿，所述固定連桿底端與靜平臺(tái)固定連接，所述固定連桿上端與第一虎克鉸鏈一端固定連接，所述第一虎克鉸鏈另一端與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接，所述第二主動(dòng)支鏈，第三主動(dòng)支鏈和第四主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述第二主動(dòng)支鏈、第三主動(dòng)支鏈和第四主動(dòng)支鏈均包括下連桿，所述的下連桿一端通過(guò)移動(dòng)副或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述下連桿另一端與第二虎克鉸鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二虎克鉸鏈另一端與上連桿底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述上連桿頂端與球鉸鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述球鉸鏈另一端與動(dòng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接，其中，所述第二主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)，所述第三主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)，所述第四主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:機(jī)構(gòu)具有兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)能力和抓放能力，剛度性能優(yōu)良，控制方便，可應(yīng)用于重型物體的抓放操作。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本發(fā)明的一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)；
[0007]圖2是本發(fā)明的一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)的第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)。
[0008]附圖標(biāo)記:靜平臺(tái)1動(dòng)平臺(tái)2第一主動(dòng)支鏈3第二主動(dòng)支鏈4第三主動(dòng)支鏈5第四主動(dòng)支鏈6第一連桿7第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8第二連桿9第二轉(zhuǎn)動(dòng)副10第三連桿11第三轉(zhuǎn)動(dòng)副12第四連桿13第四轉(zhuǎn)動(dòng)副14固定連桿15第一虎克鉸鏈16移動(dòng)副17_1第五轉(zhuǎn)動(dòng)副17-2下連桿18第二虎克鉸鏈19上連桿20球鉸鏈21動(dòng)平臺(tái)第一連桿端點(diǎn)A動(dòng)平臺(tái)第二連桿端點(diǎn)B動(dòng)平臺(tái)第三連桿端點(diǎn)C動(dòng)平臺(tái)第四連桿端點(diǎn)D虎克鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)0
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0010]如附圖所示的一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)由靜平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2和連接所述的動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈3、第二主動(dòng)支鏈4、第三主動(dòng)支鏈5及第四主動(dòng)支鏈6構(gòu)成。
[0011]所述動(dòng)平臺(tái)2為空間四桿機(jī)構(gòu)，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿7，所述第一連桿7—端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8與第二連桿9 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二連桿9另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副10與第三連桿11 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第三連桿11另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副12與第四連桿13一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第四連桿13另一端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副14與第一連桿7另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接。需要指出的是，各連桿之間滿足可重構(gòu)空間四桿機(jī)構(gòu)(Bennett機(jī)構(gòu))，則所述第一、第二、第三、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線之間可成一定角度，所述第一、第二、第三、第四連桿長(zhǎng)度可相同，也可不同，但各連桿之間需滿足Bennett機(jī)構(gòu)的尺寸要求。(關(guān)于Bennett機(jī)構(gòu)的詳細(xì)內(nèi)容詳見“黃真，夏平，丁華鋒.Bennett機(jī)構(gòu)自由度的螺旋分析.燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，1904，28(3): 1903-1904.，，)
[0012]所述第一主動(dòng)支鏈3包括固定連桿15，所述固定連桿15底端與靜平臺(tái)1固定連接，所述固定連桿15上端與第一虎克鉸鏈16—端固定連接，所述第一虎克鉸鏈16另一端與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)D固定連接。
[0013]所述第二主動(dòng)支鏈4，第三主動(dòng)支鏈5和第四主動(dòng)支鏈6具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述第二主動(dòng)支鏈、第三主動(dòng)支鏈和第四主動(dòng)支鏈均包括下連桿18，所述的下連桿18—端通過(guò)移動(dòng)副17-1或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副17-2與靜平臺(tái)1移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述下連桿18另一端與第二虎克鉸鏈19 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二虎克鉸鏈19另一端與上連桿20底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述上連桿20頂端與球鉸鏈21—端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述球鉸鏈21另一端與動(dòng)平臺(tái)2上對(duì)應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接，其中，所述第二主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)A，所述第三主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)B，所述第四主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)C。
[0014]所述第一主動(dòng)支鏈3具有繞所述第一虎克鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)0的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)能力，其兩條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可瞬時(shí)分解為所述第一虎克鉸鏈具有的兩條軸線。所述第二主動(dòng)支鏈4，第三主動(dòng)支鏈5和第四主動(dòng)支鏈6具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均由移動(dòng)副17-1(或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副17-2)，下連桿18，第二虎克鉸鏈19，上連桿20和球鉸鏈21組成，故所述第二主動(dòng)支鏈4，第三主動(dòng)支鏈5和第四主動(dòng)支鏈6均具有空間六自由度運(yùn)動(dòng)能力，分別為沿任意軸線的空間三維移動(dòng)能力和繞任意軸線的三維轉(zhuǎn)動(dòng)能力，對(duì)動(dòng)平臺(tái)無(wú)約束作用。所述動(dòng)平臺(tái)整體運(yùn)動(dòng)能力與第一主動(dòng)支鏈相同，即可實(shí)現(xiàn)繞所述第一虎克鉸鏈具有的兩條軸線的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。所述動(dòng)平臺(tái)I由第一連桿7、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8、第二連桿9、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副10、第三連桿11、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副12、第四連桿13及第四轉(zhuǎn)動(dòng)副14組成。該所述動(dòng)平臺(tái)自身具有一個(gè)可重構(gòu)自由度，可在外力作用下實(shí)現(xiàn)自身尺寸的改變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同尺寸物體的抓放操作。
[0015]以所述的移動(dòng)副17-1或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副17-2為輸入驅(qū)動(dòng)，所述一種以Bennett機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)繞第一虎克鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)O的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)及抓放操作，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可瞬間分解為所述第一虎克鉸鏈具有的兩條軸線。
[0016]本發(fā)明的一種以Bennett機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)由第一、第二、第三和第四主動(dòng)支鏈構(gòu)成，第二、第三和第四主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，為機(jī)構(gòu)提供了更好的剛度性能。第二、第三和第四主動(dòng)支鏈均由移動(dòng)副或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方便，控制簡(jiǎn)單，滿足重型物體的抓放操作需求。
[0017]以上對(duì)本發(fā)明的描述僅僅是示意性的，而不是限制性的，所以，本發(fā)明的實(shí)施方式并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】。如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，做出其他變化或變型，如利用將第二、第三和第四主動(dòng)支鏈中的移動(dòng)副替換為轉(zhuǎn)動(dòng)副所得機(jī)構(gòu)(圖2)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu)，它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接所述的動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈、第三主動(dòng)支鏈及第四主動(dòng)支鏈構(gòu)成，其特征在于:所述動(dòng)平臺(tái)為空間四桿機(jī)構(gòu)，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿，所述第一連桿一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二連桿另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第三連桿另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第四連桿另一端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第一主動(dòng)支鏈包括固定連桿，所述固定連桿底端與靜平臺(tái)固定連接，所述固定連桿上端與第一虎克鉸鏈一端固定連接，所述第一虎克鉸鏈另一端與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接，所述第二主動(dòng)支鏈，第三主動(dòng)支鏈和第四主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所述第二主動(dòng)支鏈、第三主動(dòng)支鏈和第四主動(dòng)支鏈均包括下連桿，所述的下連桿一端通過(guò)移動(dòng)副或者第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述下連桿另一端與第二虎克鉸鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二虎克鉸鏈另一端與上連桿底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述上連桿頂端與球鉸鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述球鉸鏈另一端與動(dòng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接，其中，所述第二主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)，所述第三主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)，所述第四主動(dòng)支鏈球鉸鏈的另一端對(duì)應(yīng)連接第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以空間四桿機(jī)構(gòu)為平臺(tái)的多閉環(huán)兩轉(zhuǎn)動(dòng)抓放機(jī)構(gòu),它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)的第一、二、三、四主動(dòng)支鏈構(gòu)成,動(dòng)平臺(tái)為空間四桿機(jī)構(gòu)，空間四桿機(jī)構(gòu)包括通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副首尾順次相連的四個(gè)連桿,第一主動(dòng)支鏈包括固定連桿，固定連桿底端與靜平臺(tái)固定連接，固定連桿上端與第一虎克鉸鏈一端固定連接，第一虎克鉸鏈另一端與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接,第二、三、四主動(dòng)支鏈均包括下連桿，下連桿一端與靜平臺(tái)連接，下連桿另一端通過(guò)第二虎克鉸鏈與上連桿底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上連桿頂端與球鉸鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，球鉸鏈另一端與動(dòng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心點(diǎn)固定連接。本機(jī)構(gòu)具有兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)能力和抓放能力，剛度性能優(yōu)良。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號(hào)】CN105437213
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510963935
【發(fā)明人】宋軼民, 齊楊, 孫濤
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日