CN105459092B - 一种多闭环两转动抓放机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多闭环两转动抓放机构,它由静、动平台和连接动、静平台的第一、二、三及四主动支链构成,动平台为平面四边形机构，包括第一连杆,四个连杆首尾转动相连,第一主动支链包括固定连杆，固定连杆底端与静平台固定连接，固定连杆上端与第一虎克铰链一端固定连接，第一虎克铰链另一端与第一连杆固定相连；第二、三、四主动支链均包括下连杆，下连杆一端通过移动副或者第五转动副与静平台连接，下连杆另一端与第二虎克铰链一端转动连接，第二虎克铰链另一端与上连杆底端转动连接，上连杆顶端与球铰链一端转动连接，球铰链另一端与动平台上对应设置的连杆固定连接。本结构可实现两自由度转动运动与抓放操作。

Description

一种多闭环两转动抓放机构
技术领域
本发明涉及一种新型多闭环两转动抓放机构，特别是涉及一种动平台整体可实现两自由度转动运动且内部具有可重构性能以实现抓放操作的多闭环抓手。
背景技术
随着航空航天、海洋等事业的发展，转动类抓放机构得到越来越多的重视。目前已有的机构仅可独立完成转动操作或抓放操作，无法将上述操作结合。已有的抓放操作机构多以串联机构为主，无法支撑大重量大尺寸目标物体的抓放操作。而多闭环机构在刚度和动态性能方面具有优势。因此，设计一类新型多闭环两转动抓放机构成为了解决大重量大尺寸物体抓放问题的最佳方案。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种机构结构简单，可实现两自由度转动运动与抓放操作，具有优越的刚度性能与承载能力，控制方便的多闭环两自由度转动抓放机构。
本发明的一种新型多闭环两转动抓放机构,它由静平台、动平台和连接动平台、静平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链及第四主动支链构成,所述动平台为平面四边形机构，所述的平面四边形机构包括第一连杆,所述第一连杆一端通过第一转动副与第二连杆一端转动连接，所述第二连杆另一端通过第二转动副与第三连杆一端转动连接，所述第三连杆另一端通过第三转动副与第四连杆一端转动连接，所述第四连杆另一端通过第四转动副与第一连杆另一端转动连接,所述第一主动支链包括固定连杆，所述固定连杆底端与静平台固定连接，所述固定连杆上端与第一虎克铰链一端固定连接，所述第一虎克铰链另一端与第一连杆在第一连杆上的第一连接点固定相连；所述第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链具有相同的机械机构，所述第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链均包括下连杆，所述的下连杆一端通过移动副或者第五转动副与静平台移动或者转动连接，所述下连杆另一端与第二虎克铰链一端转动连接，所述第二虎克铰链另一端与上连杆底端转动连接，所述上连杆顶端与球铰链一端转动连接，所述球铰链另一端与动平台上对应设置的连杆固定连接,其中所述第二主动支链的球铰链另一端与第二连杆在第二连杆上的第二连接点相连，所述第三主动支链的球铰链另一端与第三连杆在第三连杆上的第三连接点相连，所述第四主动支链的球铰链另一端与第四连杆在第四连杆上的第四连接点相连。
本发明的一种多闭环两转动抓放机构的有益效果是：机构结构简单，可实现两自由度转动运动与抓放操作，具有优越的刚度性能与承载能力，控制方便，可应用于重型物体的抓放操作。
附图说明
图1是本发明的多闭环两转动抓放机构的第一种实施方式的结构示意图，其采用移动副驱动并利用动平台连杆中心点连接驱动支链；
图2是本发明的多闭环两转动抓放机构的第二种实施方式的结构示意图，其采用转动副驱动并利用动平台连杆中心点连接驱动支链；
图3是本发明的多闭环两转动抓放机构的第三种实施方式的结构示意图，其采用移动副驱动并利用动平台连杆角点连接驱动支链；
图4是本发明的多闭环两转动抓放机构的第四种实施方式的结构示意图，其采用转动副驱动并利用动平台连杆角点连接驱动支链。
附图标记：静平台1 动平台2 第一主动支链3 第二主动支链4 第三主动支链5 第四主动支链6 第一连杆7 第一转动副8 第二连杆9 第二转动副10 第三连杆11 第三转动副12 第四连杆13 第四转动副14 固定连杆15 第一虎克铰链16 移动副17-1 第五转动副17-2 下连杆18 第二虎克铰链19 上连杆20 球铰链21 动平台第一连杆中心点A 动平台第二连杆中心点B 动平台第三连杆中心点C 动平台第四连杆中心点D 虎克铰链转动中心点O
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如附图所示的一种多闭环两转动抓放机构,它由静平台1、动平台2和连接动平台、静平台的第一主动支链3、第二主动支链4、第三主动支链5及第四主动支链6构成。
所述动平台2为平面四边形机构，所述的平面四边形机构包括第一连杆7,所述第一连杆7一端通过第一转动副8与第二连杆9一端转动连接，所述第二连杆9另一端通过第二转动副10与第三连杆11一端转动连接，所述第三连杆11另一端通过第三转动副12与第四连杆13一端转动连接，所述第四连杆13另一端通过第四转动副14与第一连杆7另一端转动连接。需要指出的是，各连杆之间需满足平面四边形机构(即平面RRRR机构)，则所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副轴线间相互平行，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆长度可相同，也可不同，但各连杆之间需满足对应平面RRRR机构的尺寸要求。关于平面RRRR机构的详细内容详见“机械原理与机械设计,张策,机械工业出版社,2011.”,该类动平台称为可重构平面RRRR机构。优选的所述平面四边形机构为平行四边形机构，优点是其内接圆半径与机构连杆长度具有特定的函数关系，易于控制且受力均衡。
所述第一主动支链3包括固定连杆15，所述固定连杆15底端与静平台1固定连接，所述固定连杆15上端与第一虎克铰链16一端固定连接，所述第一虎克铰链16另一端与第一连杆固定连接。
所述第二主动支链4，第三主动支链5和第四主动支链6具有相同的机械机构，所述第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链均包括下连杆18，所述的下连杆18一端通过移动副17-1或者第五转动副17-2与静平台1移动或者转动连接，所述下连杆18另一端与第二虎克铰链19一端转动连接，所述第二虎克铰链19另一端与上连杆20底端转动连接，所述上连杆20顶端与球铰链21一端转动连接，所述球铰链21另一端与动平台2上对应设置的连杆固定连接，其中，所述第一虎克铰链另一端与第一连杆在第一连杆上的第一连接点A相连，所述第二主动支链的球铰链另一端与第二连杆在第二连杆上的第二连接点B相连，所述第三主动支链的球铰链另一端与第三连杆在第三连杆上的第三连接点C相连，所述第四主动支链的球铰链另一端与第四连杆在第四连杆上的第四连接点D相连。所述的第一连接点、第二连接点、第三连接点和第四连接点分别设置在对应各连杆中心点或顺次设置在该对应各连杆任意一端的转动副的中心点。
所述第一主动支链3具有绕所述第一虎克铰链转动中心点O的两自由度转动能力，其两条转动轴线可瞬时分解为所述第一虎克铰链具有的两条轴线。所述第二主动支链4，第三主动支链5和第四主动支链6具有相同的机械结构，均由移动副17-1(或者第五转动副17-2)，下连杆18，第二虎克铰链19，上连杆20和球铰链21组成，故所述第二主动支链4，第三主动支链5和第四主动支链6均具有空间六自由度运动能力，分别为沿任意轴线的空间三维移动能力和绕任意轴线的三维转动能力，对动平台无约束作用。所述动平台整体运动能力与第一主动支链相同，即可实现绕所述第一虎克铰链具有的两条轴线的两自由度转动运动。所述动平台1由第一连杆7、第一转动副8、第二连杆9、第二转动副10、第三连杆11、第三转动副12、第四连杆13及第四转动副14组成。该所述动平台自身具有一个可重构自由度，可在外力作用下实现自身尺寸的改变，以实现对于不同尺寸物体的抓放操作。
以移动副17-1或者第五转动副17-2为输入驱动，所述一种新型多闭环两转动抓放机构可实现绕第一虎克铰链转动中心点O的两自由度转动运动及抓放操作，其转动轴线可瞬间分解为所述第一虎克铰链具有的两条轴线。
本发明的第二、第三和第四主动支链具有相同的机械结构，为机构提供了更好的刚度性能。第二、第三和第四主动支链均由移动副驱动，机构驱动方便，控制简单，满足重型物体的抓放操作需求。
以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，所以，本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，如利用将第二、第三和第四主动支链中的移动副替换为转动副所得机构(图2)或以平行四边形连杆角点作为连接点支链所得机构(图3-4)，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多闭环两转动抓放机构,它由静平台、动平台和连接动平台、静平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链及第四主动支链构成,其特征在于：所述动平台为平面四边形机构，所述的平面四边形机构包括第一连杆,所述第一连杆一端通过第一转动副与第二连杆一端转动连接，所述第二连杆另一端通过第二转动副与第三连杆一端转动连接，所述第三连杆另一端通过第三转动副与第四连杆一端转动连接，所述第四连杆另一端通过第四转动副与第一连杆另一端转动连接,所述第一主动支链包括固定连杆，所述固定连杆底端与静平台固定连接，所述固定连杆上端与第一虎克铰链一端固定连接，所述第一虎克铰链另一端与第一连杆在第一连杆上的第一连接点固定相连；所述第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链具有相同的机械机构，所述第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链均包括下连杆，所述的下连杆一端通过移动副或者第五转动副与静平台移动或者转动连接，所述下连杆另一端与第二虎克铰链一端转动连接，所述第二虎克铰链另一端与上连杆底端转动连接，所述上连杆顶端与球铰链一端转动连接，所述球铰链另一端与动平台上对应设置的连杆固定连接,其中所述第二主动支链的球铰链另一端与第二连杆在第二连杆上的第二连接点相连，所述第三主动支链的球铰链另一端与第三连杆在第三连杆上的第三连接点相连，所述第四主动支链的球铰链另一端与第四连杆在第四连杆上的第四连接点相连。
2.根据权利要求1所述的多闭环两转动抓放机构，其特征在于：所述的第一连接点、第二连接点、第三连接点和第四连接点分别设置在对应各连杆中心点或顺次设置在该对应各连杆任意一端的转动副的中心点。
3.根据权利要求1或2所述的多闭环两转动抓放机构，其特征在于：所述平面四边形机构为平行四边形机构。
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