[发明专利]一种刚度解耦平面转动冗余并联机构

说明书

一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿，上、下平台，上部刚性支腿、下部刚性支腿，五个转动副，上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上、下平台与一个刚性支腿固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动，上下平台的两端与两个弹性支腿连接，另外两个弹性支腿交叉后分别与上下平台两端铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，本发明通过解耦主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，即可以降低被动刚度而不影响内力调节总刚度，从而增加变刚度倍数。

技术领域

本发明涉及机械机构领域，具体涉及一种刚度解耦平面转动冗余并联机构。

背景技术

平面转动冗余驱动并联机构作为很多复杂机构的基本单元有广泛应用。机构需要根据不同的工况调节不同的刚度，所以要求机构变刚度范围越大越好。其刚度由内力产生的主动刚度和弹性支腿柔性引起的被动刚度组成。而内力与弹性支腿柔性有关，所以主动刚度和被动刚度都与弹性支腿柔性有关，即主动刚度和被动刚度耦合。以内力为0的刚度为初始刚度，此时刚度只有被动刚度。作为机构变刚度范围指标，变刚度倍数是某一内力下的刚度与初始刚度之比，即某一内力下的刚度与被动刚度之比。通过降低弹性支腿柔性可以降低被动刚度但同时会降低内力从而降低总刚度。而通过解耦主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，即可以降低被动刚度而不影响内力调节总刚度，从而增加变刚度倍数。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，目的是通过解耦机构主动刚度和被动刚度可以单独改变内力调节总刚度而不影响被动刚度，从而增加机构变刚度范围。

本发明所采用的技术如下：一种刚度解耦平面转动冗余并联机构，包括四组弹性支腿，上平台、下平台，上部刚性支腿、下部刚性支腿，五个转动副，上部刚性支腿和下部刚性支腿长度相等，上部刚性支腿的一端与上平台中心A₃固定连接，下部刚性支腿的一端与下平台中心B₃固定连接，上部刚性支腿的另外一端和下部刚性支腿的另外一端通过转动副O连接，上平台绕此转动副转动；上平台的左端分别与弹性支腿A₁B₁的一端、弹性支腿A₁B₂的一端通过转动副A₁铰接，下平台的左端分别与性支腿A₁B₁的另外一端、弹性支腿A₂B₁的另外一端通过转动副B₁铰接，上平台的右端分别与弹性支腿A₂B₂的一端、弹性支腿A₂B₁的一端通过转动副A₂铰接，下平台的右端分别与第二弹性支腿A₂B₂的另外一端、第三弹性支腿A₁B₂的另外一端通过转动副B₂铰接；左右两侧非交叉的弹性支腿提供被动刚度；互相交叉的弹性支腿提供主动刚度，且内力相互平衡，上平台两端的转动副分别到上平台中心A₃的距离和下平台两端的转动副分别到下平台中心B₃的距离都相等，弹性支腿A₁B₂、A₂B₁的内力f_c0作为冗余驱动力在封闭的机构中相互平衡产生对抗驱动刚度即主动刚度，在无内力时，由支腿柔性产生的是被动刚度，主动刚度与被动刚度解耦，通过独立调节交叉弹性支腿A₁B₂、A₂B₁内力f_c0调节刚度，避免受被动刚度影响，使机构刚度变化范围在给定机构内力下最大化，L₀是上部刚性支腿OA₃长度和下部刚性支腿OB₃长度之和，r_a是上平台其一端的转动副到上平台中心A₃的距离，拉伸内力取负，压缩内力取正，k_u'是非交叉的弹性支腿刚度，刚度解耦平面转动冗余并联机构刚度表达式为：