專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)多自由度的空間變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)實(shí)用新型屬于閉式空間串聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與平面連桿機(jī)構(gòu)相比較，空間連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜多樣的空間軌跡，還具有結(jié)構(gòu)簡單，控制容易、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定連續(xù)等特點(diǎn)。空間連桿機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和飛機(jī)起落架等。然而對(duì)于空間閉鏈機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)取決于機(jī)構(gòu)各結(jié)構(gòu)參數(shù)，當(dāng)構(gòu)件的參數(shù)(數(shù)目、桿長、副長和扭角)固定后，該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性確定，機(jī)構(gòu)上任意點(diǎn)只能實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)唯一的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，使得某些工程因構(gòu)件固定軌跡單一而受到限制。只有重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，改變構(gòu)件參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)另一種所需運(yùn)動(dòng)軌跡，于是，這樣使得設(shè)計(jì)和制造等都相當(dāng)復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種新型可實(shí)現(xiàn)多自由度的空間變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型所述變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)是在傳統(tǒng)空間似況S 五桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變而來。在該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，給定某桿長(或副長)和扭角大小的變化規(guī)律，使其成為運(yùn)動(dòng)可控構(gòu)件，根據(jù)需求得到多種相應(yīng)空間運(yùn)動(dòng)軌跡，及多自由度運(yùn)動(dòng)方式，從而實(shí)現(xiàn)單一機(jī)構(gòu)得到多種空間運(yùn)動(dòng)軌跡的目的，簡化工程設(shè)計(jì)和制造。本實(shí)用新型所述的空間變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)，由傳統(tǒng)空間似況S 五桿機(jī)構(gòu)組成，其特征是將機(jī)架之外的任一連桿的桿長和該桿及機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運(yùn)動(dòng)副副長和機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將上述連桿的桿長、連桿的扭角、運(yùn)動(dòng)副副長三者之一設(shè)為變量，通過對(duì)變量的控制，實(shí)現(xiàn)作業(yè)所需運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)用新型空間變桿長一邊扭角機(jī)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求優(yōu)化參數(shù)而對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，使其為可控空間連桿機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)，連續(xù)和可靠的運(yùn)動(dòng)路線。該機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程中的秧苗移栽，果蔬采摘或機(jī)械制造領(lǐng)域零件表面加工等需要規(guī)劃軌跡的作業(yè)領(lǐng)域，簡化工程設(shè)計(jì)和制造。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的空間RRRSR-I2- α :機(jī)構(gòu)簡圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的傳統(tǒng)空間RRRSR機(jī)構(gòu)簡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的齒輪齒廓面示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例空間變桿長五桿似況S 機(jī)構(gòu)簡圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)構(gòu)上桿QQ'及動(dòng)點(diǎn)m的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)點(diǎn)m在θ工=190° 210°內(nèi)空間運(yùn)動(dòng)軌跡。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示為空間變桿長-扭角機(jī)構(gòu)，由傳統(tǒng)空間似況S 五桿機(jī)構(gòu)(如圖2)演變而來，桿2的桿長和桿1的扭角均為變量，命名為工機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)以桿5為機(jī)架，桿1為主動(dòng)件，桿2、3、4為連桿d、召、二々、萬為運(yùn)動(dòng)副。取i=￡^=[l，0，0]T,j=e5=[0, 1，0]Ta=i'Xj=[0, 0，1]\建立靜坐標(biāo)系萬-2'及。Lp 12、 Λ、Λ、Α是各桿桿長，α χ、α 2、α 5是相應(yīng)構(gòu)件的扭角，θ γ、θ 2、θ ρ、是相應(yīng)運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)轉(zhuǎn)角，·是運(yùn)動(dòng)副的副長。Zg為可控轉(zhuǎn)動(dòng)副，桿1的扭角α γ為變量-,Hq為可控移動(dòng)副，連桿2的桿長為變量。其中，Λ、〃ρ ^、θ2、θ ^ 〃5是運(yùn)動(dòng)變量，其余均為結(jié)構(gòu)常量。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有々、々、彳”彳”丄、 、"、/7，α λ、α 2、α 5’ ψ、ξ ,
參數(shù)有θ ρ θ 2、θ ρ θ 5。利用MATLAB函數(shù)，且根據(jù)矢量回轉(zhuǎn)法可求出各單位矢量，即eA=R{e5, a 5)eE, ex=R、eA, θ ^e5, θΒ=^(θν ae2=R(eB, θ 2)θχ, ec=R(e2, a 2)eB, e^=R(ec, θ 3)β2,e,=R{eE, ~θ 5)e5, e=ψ) ec, e=R{ew )e3.根據(jù)機(jī)構(gòu)中各單位矢量，結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)變量之間的關(guān)系，可列出矢量封閉方程式
IseS +sA+ Vl + s^B + he2 + sCeC+he3 + + 5A = 0通過求解該方程，可解出終、4、終。如圖3所示為齒輪齒廓面的示意圖，其一側(cè)齒廓面F'廠可視為直紋面，即母線Γ沿曲線Γ運(yùn)動(dòng)形成。齒輪齒形曲線最常見的是漸開線，假設(shè)有基圓半徑為20mm，將基圓沿周長為32等份，根據(jù)漸開線定義由等分點(diǎn)i^fe/可求出該基圓上漸開線及其坐標(biāo)參數(shù)?？梢娫摑u開線在一個(gè)邊長為IOmm的方形框內(nèi)?？蛇x取空間似況S 機(jī)構(gòu)為基本機(jī)構(gòu)，如圖4所示為該機(jī)構(gòu)簡圖。W點(diǎn)為桿2端點(diǎn)』點(diǎn)為桿2上任意點(diǎn)，其位置由機(jī)構(gòu)參數(shù)/7，/7，A，Γ確定:/ 、/7為連接桿桿長，其位置由 β、Υ決定，β是矢量 繞與之垂直的單位矢量約旋轉(zhuǎn)至&所經(jīng)過的角度，r是矢量6 繞與之垂直的單位矢量&旋轉(zhuǎn)至％所經(jīng)過的角度。 是湖'桿上一動(dòng)點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)有可控控件控制，即O 為變量。根據(jù)矢量旋轉(zhuǎn)法，可寫出RRRSR-I2- α :機(jī)構(gòu)工作部位Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程r0= l5e5+sAeA+ ^s^b+ l2e ^s ce ^ne11jTpep結(jié)合該方程，給定點(diǎn)m勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用MATLAB函數(shù)可得到Q點(diǎn)和任一連桿相應(yīng)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡。分析齒廓面漸開線的特點(diǎn)和空間連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性可知，將機(jī)構(gòu)上連桿湖'作為齒輪齒廓面母線Z，并利用MATLAB軟件編程、計(jì)算、調(diào)試后可確定該機(jī)構(gòu)各參數(shù)數(shù)值如表 1，給定主動(dòng)件曲柄轉(zhuǎn)角八=0 360°，可得到桿湖'上兩端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡分別為Q1, Ω2，即桿湖'運(yùn)動(dòng)軌跡為曲面Σ，如圖5所示。表1空間Tt^KTP機(jī)構(gòu)各參數(shù)數(shù)據(jù)表(長度單位為mm，角度單位為。)
權(quán)利要求1. 一種可實(shí)現(xiàn)多自由度的空間變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)，由空間似況57 五桿機(jī)構(gòu)組成，其特征是將機(jī)架之外的任一連桿的桿長和該桿及機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運(yùn)動(dòng)副副長和機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將上述連桿的桿長、連桿的扭角、運(yùn)動(dòng)副副長三者之一設(shè)為變量，通過對(duì)變量的控制，實(shí)現(xiàn)作業(yè)所需運(yùn)動(dòng)軌跡。
專利摘要一種可實(shí)現(xiàn)多自由度的空間變桿長-變扭角機(jī)構(gòu)，由傳統(tǒng)空間RRRSR五桿機(jī)構(gòu)組成，其特征是將機(jī)架之外的任一連桿的桿長和該桿及機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運(yùn)動(dòng)副副長和機(jī)架之外的任一連桿的扭角設(shè)為變量，或者將上述連桿的桿長、連桿的扭角、運(yùn)動(dòng)副副長三者之一設(shè)為變量，通過對(duì)變量的控制，實(shí)現(xiàn)作業(yè)所需運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)用新型可根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求優(yōu)化參數(shù)而對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，使其為可控空間連桿機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)，連續(xù)和可靠的運(yùn)動(dòng)路線，該機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程中的秧苗移栽，果蔬采摘或機(jī)械制造領(lǐng)域零件表面加工等需要規(guī)劃軌跡的作業(yè)領(lǐng)域，簡化工程設(shè)計(jì)和制造。
文檔編號(hào)F16H21/46GK201944213SQ201020684698
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者肖麗萍, 魏文軍 申請(qǐng)人:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)