本發(fā)明涉及機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別是一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

變胞機(jī)構(gòu)是近年來(lái)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(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)除了具有類似可展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(chǎng)合。變胞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)的突破。

目前，尚未見(jiàn)到一種兼具穩(wěn)定輸出和柔性化、大工作空間、實(shí)現(xiàn)兩種構(gòu)態(tài)變換的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)明設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)，它兼具穩(wěn)定輸出和柔性化、大工作空間、實(shí)現(xiàn)兩種構(gòu)態(tài)變換功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、輸入臂、傳動(dòng)臂、工作臂和鉸鏈，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為：

所述輸入臂包括第五連桿、第三連桿和第一連桿，所述第五連桿一端通過(guò)第十二鉸鏈與機(jī)架連接，另一端通過(guò)第十一鉸鏈與第六連桿連接，所述第三連桿一端通過(guò)第六鉸鏈與機(jī)架連接，另一端通過(guò)第四鉸鏈與第四連桿連接，所述第一連桿一端通過(guò)第五鉸鏈與機(jī)架連接，另一端通過(guò)第三鉸鏈與第七連桿連接；所述傳動(dòng)臂包括第六連桿、第四連桿、第二連桿、第八連桿和第七連桿，所述第六連桿一端通過(guò)第十一鉸鏈與第五連桿連接，另一端通過(guò)第九鉸鏈與第八連桿連接，所述第四連桿一端通過(guò)第四鉸鏈與第三連桿連接，另一端通過(guò)第一鉸鏈與工作臂連接，所述第二連桿一端通過(guò)第三鉸鏈與第一連桿連接，另一端通過(guò)第二鉸鏈與第七連桿連接，所述第八連桿一端通過(guò)第七鉸鏈與機(jī)架連接，中部通過(guò)第九鉸鏈與第六連桿連接，另一端通過(guò)第八鉸鏈與第七連桿連接，所述第七連桿一端通過(guò)第二鉸鏈與第二連桿連接，中部通過(guò)第八鉸鏈與第八連桿連接，另一端通過(guò)第十鉸鏈與工作臂連接；所述工作臂一端通過(guò)第一鉸鏈與第四連桿連接，中部通過(guò)第十鉸鏈與第七連桿連接；所述鉸鏈包括第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈、第六鉸鏈、第七鉸鏈、第八鉸鏈、第九鉸鏈、第十鉸鏈、第十一鉸鏈和第十二鉸鏈。

所述第一鉸鏈和第十鉸鏈間的軸心距離與第一鉸鏈和第四鉸鏈間的軸心距離之和大于等于第二鉸鏈和第十鉸鏈間的軸心距離。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.工作過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種構(gòu)態(tài)變換，具有較大柔性。

2.能夠靈活變胞，靈活改變工作空間，在兩自由度構(gòu)態(tài)工作時(shí)，能夠以實(shí)現(xiàn)七連桿兩自由度和十連桿兩自由度工作，有效地增大了其工作空間，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(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)的八連桿單自由度時(shí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖3為本發(fā)明所述的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)的十連桿兩自由度時(shí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖4為本發(fā)明所述的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)的七連桿兩自由度時(shí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。

圖中標(biāo)記為：1、第一鉸鏈；2、第四連桿；3、第二鉸鏈；4、第七連桿；5、第二連桿；6、第三鉸鏈；7、第一連桿；8、第四鉸鏈；9、第三連桿；10、第五鉸鏈；11、第六鉸鏈；12、第八連桿；13、第七鉸鏈；14、第八鉸鏈；15、工作臂；16、第九鉸鏈；17、第六連桿；18、第十鉸鏈；19、第十一鉸鏈；20、第五連桿；21、第十二鉸鏈；22、機(jī)架。

具體實(shí)施方式

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

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種大空間十連桿兩構(gòu)態(tài)變胞機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架22、輸入臂、傳動(dòng)臂、工作臂15和鉸鏈，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為：

所述輸入臂包括第五連桿20、第三連桿9和第一連桿7，所述第五連桿20一端通過(guò)第十二鉸鏈21與機(jī)架22連接，另一端通過(guò)第十一鉸鏈19與第六連桿17連接，所述第三連桿9一端通過(guò)第六鉸鏈11與機(jī)架22連接，另一端通過(guò)第四鉸鏈8與第四連桿2連接，所述第一連桿7一端通過(guò)第五鉸鏈10與機(jī)架22連接，另一端通過(guò)第三鉸鏈6與第七連桿4連接；所述傳動(dòng)臂包括第六連桿17、第四連桿2、第二連桿5、第八連桿12和第七連桿4，所述第六連桿17一端通過(guò)第十一鉸鏈19與第五連桿20連接，另一端通過(guò)第九鉸鏈16與第八連桿12連接，所述第四連桿2一端通過(guò)第四鉸鏈8與第三連桿9連接，另一端通過(guò)第一鉸鏈1與工作臂15連接，所述第二連桿5一端通過(guò)第三鉸鏈6與第一連桿7連接，另一端通過(guò)第二鉸鏈3與第七連桿4連接，所述第八連桿12一端通過(guò)第七鉸鏈13與機(jī)架22連接，中部通過(guò)第九鉸鏈16與第六連桿17連接，另一端通過(guò)第八鉸鏈14與第七連桿4連接，所述第七連桿4一端通過(guò)第二鉸鏈3與第二連桿5連接，中部通過(guò)第八鉸鏈14與第八連桿12連接，另一端通過(guò)第十鉸鏈18與工作臂15連接；所述工作臂15一端通過(guò)第一鉸鏈1與第四連桿2連接，中部通過(guò)第十鉸鏈18與第七連桿4連接；所述鉸鏈包括第一鉸鏈1、第二鉸鏈3、第三鉸鏈6、第四鉸鏈8、第五鉸鏈10、第六鉸鏈11、第七鉸鏈13、第八鉸鏈14、第九鉸鏈16、第十鉸鏈18、第十一鉸鏈19和第十二鉸鏈21。

工作原理及過(guò)程：

如圖2所示，機(jī)構(gòu)為八連桿單自由度時(shí)，第二鉸鏈3和第四鉸鏈8處于重疊位置時(shí)，第一連桿7、第二連桿5、第三連桿9和機(jī)架22能夠看成平面四連桿機(jī)構(gòu)，第三連桿9、第七連桿4、第八連桿12和機(jī)架22能夠看成開(kāi)鏈?zhǔn)剿倪B桿機(jī)構(gòu)，由于第七連桿4和第四連桿2通過(guò)第二鉸鏈3連接，第四連桿2和工作臂15通過(guò)第一鉸鏈1連接，工作臂15和第七連桿4通過(guò)第十鉸鏈18連接，因此第七連桿4、第四連桿2和工作臂15能夠看成一根桿，第五連桿20繞著第十二鉸鏈21轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第五連桿20和第六連桿17通過(guò)第十一鉸鏈19連接，進(jìn)而帶動(dòng)第六連桿17轉(zhuǎn)動(dòng)，第八連桿12和第六連桿17通過(guò)第九鉸鏈16連接，進(jìn)而帶動(dòng)第八連桿12繞著第七鉸鏈13轉(zhuǎn)動(dòng)，第八連桿12和第七連桿4通過(guò)第八鉸鏈14連接，進(jìn)而使工作臂15作單自由度運(yùn)動(dòng)。

如圖3所示，機(jī)構(gòu)為十連桿兩自由度時(shí)，第五連桿20繞著第十二鉸鏈21轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第五連桿20和第六連桿17通過(guò)第十一鉸鏈19連接，進(jìn)而帶動(dòng)第六連桿17轉(zhuǎn)動(dòng)，第八連桿12和第六連桿17通過(guò)第九鉸鏈16連接，進(jìn)而帶動(dòng)第八連桿12繞著第七鉸鏈13轉(zhuǎn)動(dòng)，第三連桿9繞著第六鉸鏈11轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第三連桿9和第四連桿2通過(guò)第四鉸鏈8連接，進(jìn)而帶動(dòng)第四連桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，第一連桿7繞著第五鉸鏈10轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第一連桿7和第二連桿5通過(guò)第三鉸鏈6連接，進(jìn)而帶動(dòng)第二連桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第二連桿5和第七連桿4通過(guò)第二鉸鏈3連接，第八連桿12和第七連桿4通過(guò)第八鉸鏈14連接，進(jìn)而帶動(dòng)第七連桿4作兩自由度運(yùn)動(dòng)，由于第四連桿2和工作臂15通過(guò)第一鉸鏈1連接，第七連桿4和工作臂15通過(guò)第十鉸鏈18連接，進(jìn)而使工作臂15作兩自由度運(yùn)動(dòng)。

如圖4所示，機(jī)構(gòu)為七連桿兩自由度時(shí)，此狀態(tài)為機(jī)構(gòu)兩自由度構(gòu)態(tài)時(shí)的特殊狀態(tài)，即遠(yuǎn)距離作業(yè)時(shí)狀態(tài)。第五連桿20兩端均與機(jī)架22連接，此時(shí)第五連桿20、第六連桿17和第八連桿12處于固定狀態(tài)，第三連桿9繞著第六鉸鏈11轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第三連桿9和第四連桿2通過(guò)第四鉸鏈8連接，進(jìn)而帶動(dòng)第四連桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，第一連桿7繞著第五鉸鏈10轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第一連桿7和第二連桿5通過(guò)第三鉸鏈6連接，進(jìn)而帶動(dòng)第二連桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第二連桿5和第七連桿4通過(guò)第二鉸鏈3連接，第八連桿12和第七連桿4通過(guò)第八鉸鏈14連接，進(jìn)而帶動(dòng)第七連桿4作單自由度運(yùn)動(dòng)，由于第四連桿2和工作臂15通過(guò)第一鉸鏈1連接，第七連桿4和工作臂15通過(guò)第十鉸鏈18連接，進(jìn)而使工作臂15作兩自由度運(yùn)動(dòng)。