RU2729835C1 - Folding mechanism with integrated kinematic chains - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to mechanical systems used in engineering to obtain a given motion of an output link. Folding mechanism with integrated kinematic chains includes a post and an output link, connected by main kinematic circuits, each of which consists of driving and driven arms of equal length, forming rotary hinges with output link and post, wherein geometrical axes of rotary hinges are parallel. Mechanism is equipped with intermediate links installed between drive and driven levers and conjugated by additional kinematic chains made in the form of pivotally connected linear links.EFFECT: wider field of use and broader functional properties of the mechanism.4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к механическим системам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.The invention relates to mechanical systems used in technology to obtain a given movement of the output link.

Известен механизм-сфера, разработанный Ч. Хоберманом [С. Hoberman. Reversibly expandable doubly-curved truss structure. US Patent No. 4942700, 1990, Fig. 13-16], который имеет возможность трансформирования из разложенного состояния в сложенное и обратно, изменяя размеры сферы. Механизм включает шесть больших кинематических цепей, расположенных на поверхности сферы и образованных сопряжением линейных звеньев, соединенными вращательными шарнирами. Механизм-сфера является одноподвижным, в нем входное движение задается единственному звену. Недостатком данного механизма является то, что он не может трансформироваться в плоскую систему.Known mechanism-sphere, developed by C. Hoberman [S. Hoberman. Reversibly expandable doubly-curved truss structure. US Patent No. 4942700, 1990, Fig. 13-16], which has the ability to transform from unfolded to folded state and back, changing the size of the sphere. The mechanism includes six large kinematic chains located on the surface of the sphere and formed by conjugation of linear links connected by rotary joints. The sphere mechanism is one-movable, in which the input motion is given to a single link. The disadvantage of this mechanism is that it cannot be transformed into a flat system.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является механизм Саррюса [G. Chen, S. Zhang, G. Li. Multistable behaviors of compliant Sarrus mechanisms. Journal of Mechanisms and Robotics, 2013, Vol. 5, 021005-1, Fig. 1], включающий стойку и выходное звено, соединенные между собой двухзвенными кинематическими цепями, каждая из которых состоит из ведущего и ведомого рычагов равной длины, образующих вращательные шарниры между собой и с выходным звеном и стойкой, причем геометрические оси вращательных шарниров параллельны друг другу. Механизм является одноподвижным, в нем движение задается одному из ведущих рычагов.The closest to the proposed device is the Sarrus mechanism [G. Chen, S. Zhang, G. Li. Multistable behaviors of compliant Sarrus mechanisms. Journal of Mechanisms and Robotics, 2013, Vol. 5, 021005-1, Fig. 1], which includes a rack and an output link, interconnected by two-link kinematic chains, each of which consists of a leading and a driven levers of equal length, forming rotary hinges between themselves and with the output link and the stand, and the geometric axes of the rotary hinges are parallel to each other. The mechanism is single-movable, in which the movement is set by one of the leading levers.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в том, что в горизонтальной плоскости между двухзвенными кинематическими цепями, сопрягающими выходное звено со стойкой, отсутствуют какие-либо соединительные звенья, обеспечивающие механизму замкнутость. Этот недостаток ограничивает области применения данного механизма.This mechanism is taken as a prototype of the proposed device. The disadvantage of the prototype is that in the horizontal plane between the two-link kinematic chains connecting the output link with the rack, there are no connecting links that provide the mechanism with closure. This drawback limits the scope of this mechanism.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании конструкции прототипа путем установки соединительных звеньев в горизонтальной плоскости между двухзвенными кинематическими цепями, сопрягающими выходное звено со стойкой.The technical problem solved by the proposed invention is to improve the design of the prototype by installing connecting links in the horizontal plane between two-link kinematic chains that mate the output link with the rack.

Данная проблема решается тем, что в известном механизме, включающем стойку и выходное звено, соединенные основными кинематическими цепями, каждая из которых состоит из ведущего и ведомого рычагов равной длины, образующих вращательные шарниры с выходным звеном и стойкой, причем геометрические оси вращательных шарниров параллельны друг другу, согласно изобретению, механизм снабжен промежуточными звеньями, установленными между ведущими и ведомыми рычагами и сопряженными между собой дополнительными кинематическими цепями, выполненными в виде шарнирно соединенных линейных звеньев. Кроме этого, дополнительные кинематические цепи выполнены в виде горизонтально расположенных линейных звеньев, соединенных между собой и промежуточными звеньями вращательными шарнирами с вертикально расположенными параллельными осями.This problem is solved by the fact that in the known mechanism, which includes a rack and an output link, connected by main kinematic chains, each of which consists of a driving and a driven levers of equal length, forming rotary hinges with an output link and a rack, and the geometric axes of the rotary hinges are parallel to each other According to the invention, the mechanism is provided with intermediate links installed between the driving and driven levers and additional kinematic chains coupled to each other, made in the form of articulated linear links. In addition, additional kinematic chains are made in the form of horizontally located linear links, connected to each other and by intermediate links by rotary hinges with vertically arranged parallel axes.

Кроме этого, дополнительные кинематические цепи выполнены в виде вертикально расположенных линейных звеньев, соединенных между собой и промежуточными звеньями вращательными шарнирами с горизонтально расположенными параллельными осями.In addition, additional kinematic chains are made in the form of vertically located linear links, connected to each other and intermediate links by rotary hinges with horizontally located parallel axes.

Кроме этого, дополнительные кинематические цепи выполнены в виде линейных звеньев с телескопическими направляющими, причем крайние звенья дополнительных кинематических цепей образуют с промежуточными звеньями вращательные шарниры с вертикально расположенными параллельными осями.In addition, the additional kinematic chains are made in the form of linear links with telescopic guides, and the extreme links of the additional kinematic chains form rotary hinges with intermediate links with vertically arranged parallel axes.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в расширении области его применения и расширении его функциональных свойств за счет введения в его состав интегрированных кинематических цепей, расположенных по периметру.The technical result obtained with the use of the proposed invention is to expand the scope of its application and expand its functional properties by introducing integrated kinematic chains located along the perimeter into its composition.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1, 4 и 7 показаны варианты складного механизма в разложенном (пространственном) состоянии, на фиг. 2, 5 и 8 показаны схемы интегрированных кинематических цепей, на фиг. 3, 6 и 9 показаны варианты складного механизма в сложенном (плоском) состоянии.The invention is illustrated by a drawing, where FIG. 1, 4 and 7 show variants of the folding mechanism in the unfolded (spatial) state, FIG. 2, 5 and 8 show diagrams of integrated kinematic circuits, FIG. 3, 6 and 9 show variants of the folding mechanism in the folded (flat) state.

Предлагаемый механизм включает стойку 1 (неподвижное звено), ведущий рычаг 2, промежуточное звено 3, ведомый рычаг 4 и выходное звено 5. Ведущий рычаг 2 и ведомый рычаг 4 выполнены равной длины и образуют вращательные шарниры со стойкой 1 и выходным звеном 5, при этом геометрические оси данных вращательных шарниров параллельны друг другу. Между ведущими и ведомыми рычагами 2 и 4 установлены промежуточные звенья 3, сопряженные между собой интегрированными кинематическими цепями, выполненными в виде шарнирно соединенных линейных звеньев 6-11. Интегрированные кинематические цепи, приведенные на фиг. 2 и 5, соответствующие схемам механизмов по фиг. 1, 3 и 4, 6, состоят из линейных звеньев 6-11, соединенных между собой вращательными шарнирами. При этом кинематическая цепь на фиг. 2 расположена горизонтально, а кинематическая цепь на фиг. 5 расположена вертикально. Кинематическая цепь, приведенная на фиг. 8, состоит из линейных звеньев 6-8 с телескопическими направляющими, соединенных между собой поступательными шарнирами.The proposed mechanism includes a rack 1 (fixed link), a driving lever 2, an intermediate link 3, a driven lever 4 and an output link 5. The driving lever 2 and the driven lever 4 are made of equal length and form rotary hinges with the rack 1 and the output link 5, while the geometric axes of these rotary joints are parallel to each other. Between the leading and driven levers 2 and 4, intermediate links 3 are installed, coupled to each other by integrated kinematic chains, made in the form of articulated linear links 6-11. The integrated kinematic chains shown in FIG. 2 and 5 corresponding to the mechanisms of FIGS. 1, 3 and 4, 6, consist of linear links 6-11, interconnected by rotary joints. In this case, the kinematic chain in FIG. 2 is located horizontally, and the kinematic chain in FIG. 5 is located vertically. The kinematic chain shown in FIG. 8, consists of linear links 6-8 with telescopic guides, interconnected by translational hinges.

Принцип работы предлагаемого механизма заключается в следующем. При повороте ведущего рычага 2, движение передается на ведомый рычаг 4 и далее на выходное звено 5, которое смещается прямолинейно вертикально вверх или вниз. При этом звенья интегрированных кинематических цепей приводятся в движение одновременно с движением ведущего рычага 2. При движении выходного звена 5 вверх расстояние между промежуточными звеньями сокращается и интегрированные кинематические цепи сдвигаются. При движении выходного звена 5 вниз расстояние между промежуточными звеньями увеличивается и интегрированные кинематические цепи раздвигаются.The principle of operation of the proposed mechanism is as follows. When the driving lever 2 is turned, the movement is transmitted to the driven lever 4 and then to the output link 5, which shifts in a straight line vertically up or down. In this case, the links of the integrated kinematic chains are set in motion simultaneously with the movement of the driving lever 2. When the output link 5 moves up, the distance between the intermediate links is reduced and the integrated kinematic chains are shifted. When the output link 5 moves down, the distance between the intermediate links increases and the integrated kinematic chains move apart.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве встроенного элемента механической системы, которая трансформируется из плоского состояния в пространственное и обратно. Предлагаемое изобретение также может быть применено в качестве отдельного модуля, имеющего возможность изменения формы.The proposed invention can be used as a built-in element of a mechanical system that transforms from a flat state to a spatial state and back. The proposed invention can also be applied as a separate module with the ability to change the shape.

Claims (4)

1. Складной механизм с интегрированными кинематическими цепями, включающий стойку и выходное звено, соединенные основными кинематическими цепями, каждая из которых состоит из ведущего и ведомого рычагов равной длины, образующих вращательные шарниры с выходным звеном и стойкой, причем геометрические оси вращательных шарниров параллельны друг другу, отличающийся тем, что механизм снабжен промежуточными звеньями, установленными между ведущими и ведомыми рычагами и сопряженными между собой дополнительными кинематическими цепями, выполненными в виде шарнирно соединенных линейных звеньев.1. A folding mechanism with integrated kinematic chains, which includes a rack and an output link, connected by main kinematic chains, each of which consists of a driving and driven levers of equal length, forming rotary hinges with an output link and a rack, and the geometric axes of the rotational hinges are parallel to each other, characterized in that the mechanism is provided with intermediate links installed between the leading and driven levers and additional kinematic chains coupled to each other, made in the form of articulated linear links. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные кинематические цепи выполнены в виде горизонтально расположенных линейных звеньев, соединенных между собой и промежуточными звеньями вращательными шарнирами с вертикально расположенными параллельными осями.2. The mechanism of claim. 1, characterized in that the additional kinematic chains are made in the form of horizontally located linear links, interconnected and intermediate links by rotary hinges with vertically located parallel axes. 3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные кинематические цепи выполнены в виде вертикально расположенных линейных звеньев, соединенных между собой и промежуточными звеньями вращательными шарнирами с горизонтально расположенными параллельными осями.3. The mechanism of claim. 1, characterized in that the additional kinematic chains are made in the form of vertically located linear links, interconnected and intermediate links by rotary hinges with horizontally located parallel axes. 4. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные кинематические цепи выполнены в виде линейных звеньев с телескопическими направляющими, причем крайние звенья дополнительных кинематических цепей образуют с промежуточными звеньями вращательные шарниры с вертикально расположенными параллельными осями.4. The mechanism of claim. 1, characterized in that the additional kinematic chains are made in the form of linear links with telescopic guides, and the extreme links of the additional kinematic chains form rotary hinges with the intermediate links with vertically arranged parallel axes.

Images