[发明专利]可重构空间五杆机构

说明书

技术领域：

本发明属于机构学及机器人领域，特别涉及一种可重构空间五杆机构。

背景技术：

传统的固定自由度并联机构因具有高刚度、高承载能力、高精度、高速度等优点，使其在重载操作、工业机器人、运动模拟器、微纳操作、增材制造等领域等到了重要及广泛应用。

但随着现代科技的发展，在极端作业、先进制造、医疗康复、太空探索等领域越来越希望机构具有更高的柔性，能根据作业任务变化而可重构其拓扑结构、变化其自由度数和自由度性质、重构其工作模式。在这种背景下，可重构并联机构引起了学者们的广泛关注，成为机构学和机器人学领域新的研究热点。学者们利用变胞运动副、可锁死关节、约束奇异单环闭链、变胞单环闭链、可重构运动平台等发明了一些特色鲜明的可重构并联机构，但现有的可重构并联机构构型仍然比较少。

发明内容：

本发明针对现有可重构并联机构构型较少的不足，提出一种新型可重构空间五杆机构，其具有两种的不同工作模式，其可作为可重构单元应用于空间可重构并联机构的设计，其也可作为操作机应用于工程实际。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种可重构空间五杆机构，其由固定平台、大臂1、大臂2、小臂1、小臂2共5根杆组成。其中大臂1与固定平台通过球面五杆机构相连接，大臂2与固定平台通过虎克铰相连接，小臂1与大臂1通过转动副相连接，小臂2与大臂2通过转动副相连接，小臂1与小臂2通过转动相连接。连接大臂1和小臂1的转动副轴线、连接大臂2和小臂2的转动副轴线、连接小臂1和小臂2的转动副轴线相平行。

所述球面五杆机构自由度为2，其由杆1、杆2、杆3、杆4和杆5共5根杆组成，球面五杆机构各杆间通过转动副相连接，球面五杆机构相邻转动副轴线为正交，球面五杆机构所有转动副的轴线汇交于球面五杆机构的转动中心。

在初始位形，大臂1和大臂2垂直于固定平台，可重构空间五杆机构初始位形的瞬时自由度为3。选取绕球面五杆机构杆1轴线转角、绕杆2轴线转角及绕虎克铰与机架相连的转动副轴线转角为空间五杆机构的3个输入。

当锁死球面五杆机构杆2，绕球面五杆机构杆1轴线转角和绕虎克铰与机架相连的转动副轴线转角为可重构空间五杆机构的输入时，所述可重构空间五杆机构工作在工作模式A，此时所述可重构空间五杆机构重构为平面2自由度五杆机构，机构作平面2自由度运动。

当锁死球面五杆机构杆1和虎克铰与机架相连的转动轴，球面五杆机构杆1为可重构空间五杆机构的输入构件时，所述可重构空间五杆机构工作在工作模式B，此时所述可重构空间五杆机构重构为单自由度转动机构，机构整体作单轴转动。

附图说明：

图1为可重构空间五杆机构的初始位形。

图2为球面五杆机构。

图3为可重构空间五杆机构工作模式A。

图4为可重构空间五杆机构工作模式B。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

如图1所示为可重构空间五杆机构的初始位形，图1中杆AB为大臂1、杆BC为小臂1、杆CD为小臂2、杆DE为大臂2、构件5为固定平台。大臂1与固定平台5通过球面五杆机构相连接，大臂1与小臂1在B点通过转动副相连，小臂1与小臂2在C点通过转动副相连，小臂2与大臂2在D点通过转动副相连，大臂2与固定平台通过虎克铰相连。B点、C点、D点转动副轴线相平行。