一種可實現多自由度的空間變杆長-變扭角機構的製作方法
2023-05-25 04:29:21
專利名稱：一種可實現多自由度的空間變杆長-變扭角機構的製作方法
技術領域：
本項實用新型屬於閉式空間串聯機構領域。
背景技術：
與平面連杆機構相比較，空間連杆機構能夠實現複雜多樣的空間軌跡，還具有結構簡單，控制容易、運動穩定連續等特點。空間連杆機構常應用於農業機械、輕工機械、紡織機械、交通運輸機械、工具機、工業機器人和飛機起落架等。然而對於空間閉鏈機構，其運動取決於機構各結構參數，當構件的參數(數目、杆長、副長和扭角)固定後，該機構運動特性確定，機構上任意點只能實現其相應唯一的空間運動軌跡，使得某些工程因構件固定軌跡單一而受到限制。只有重新設計機構，改變構件參數才能實現另一種所需運動軌跡，於是，這樣使得設計和製造等都相當複雜。
實用新型內容本實用新型目的在於提供一種新型可實現多自由度的空間變杆長-變扭角機構。本實用新型所述變杆長-變扭角機構是在傳統空間似況S 五桿機構的基礎上演變而來。在該機構運動中，給定某杆長(或副長)和扭角大小的變化規律，使其成為運動可控構件，根據需求得到多種相應空間運動軌跡，及多自由度運動方式，從而實現單一機構得到多種空間運動軌跡的目的，簡化工程設計和製造。本實用新型所述的空間變杆長-變扭角機構，由傳統空間似況S 五桿機構組成，其特徵是將機架之外的任一連杆的杆長和該杆及機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運動副副長和機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將上述連杆的杆長、連杆的扭角、運動副副長三者之一設為變量，通過對變量的控制，實現作業所需運動軌跡。本實用新型空間變杆長一邊扭角機構可根據實際作業需求優化參數而對運動軌跡進行規劃，使其為可控空間連杆機構，從而實現精準，連續和可靠的運動路線。該機構可應用於農業工程中的秧苗移栽，果蔬採摘或機械製造領域零件表面加工等需要規劃軌跡的作業領域，簡化工程設計和製造。
圖1為本發明實施例的空間RRRSR-I2- α :機構簡圖。圖2為本發明實施例的傳統空間RRRSR機構簡圖。圖3為本發明實施例的齒輪齒廓面示意圖。圖4為本發明實施例空間變杆長五桿似況S 機構簡圖。圖5為本發明實施例的機構上杆QQ'及動點m的運動軌跡示意圖。圖6為本發明實施例的動點m在θ工=190° 210°內空間運動軌跡。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示為空間變杆長-扭角機構，由傳統空間似況S 五桿機構(如圖2)演變而來，杆2的杆長和杆1的扭角均為變量，命名為工機構。該機構以杆5為機架，杆1為主動件，杆2、3、4為連杆d、召、二々、萬為運動副。取i=￡^=[l，0，0]T,j=e5=[0, 1，0]Ta=i'Xj=[0, 0，1]\建立靜坐標系萬-2'及。Lp 12、 Λ、Λ、Α是各杆杆長，α χ、α 2、α 5是相應構件的扭角，θ γ、θ 2、θ ρ、是相應運動副的相對轉角，·是運動副的副長。Zg為可控轉動副，杆1的扭角α γ為變量-,Hq為可控移動副，連杆2的杆長為變量。其中，Λ、〃ρ ^、θ2、θ ^ 〃5是運動變量，其餘均為結構常量。機構的結構參數有々、々、彳」彳」丄、 、"、/7，α λ、α 2、α 5』 ψ、ξ ,
參數有θ ρ θ 2、θ ρ θ 5。利用MATLAB函數，且根據矢量迴轉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.根據機構中各單位矢量，結構參數與運動變量之間的關係，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，其一側齒廓面F'廠可視為直紋面，即母線Γ沿曲線Γ運動形成。齒輪齒形曲線最常見的是漸開線，假設有基圓半徑為20mm，將基圓沿周長為32等份，根據漸開線定義由等分點i^fe/可求出該基圓上漸開線及其坐標參數。可見該漸開線在一個邊長為IOmm的方形框內。可選取空間似況S 機構為基本機構，如圖4所示為該機構簡圖。W點為杆2端點』點為杆2上任意點，其位置由機構參數/7，/7，A，Γ確定:/ 、/7為連接杆杆長，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至&所經過的角度，r是矢量6 繞與之垂直的單位矢量&旋轉至％所經過的角度。 是湖'杆上一動點，其運動有可控控制項控制，即O 為變量。根據矢量旋轉法，可寫出RRRSR-I2- α :機構工作部位Q點的運動軌跡方程r0= l5e5+sAeA+ ^s^b+ l2e ^s ce ^ne11jTpep結合該方程，給定點m勻速運動規律，利用MATLAB函數可得到Q點和任一連杆相應的空間運動軌跡。分析齒廓面漸開線的特點和空間連杆機構運動特性可知，將機構上連杆湖'作為齒輪齒廓面母線Z，並利用MATLAB軟體編程、計算、調試後可確定該機構各參數數值如表 1，給定主動件曲柄轉角八=0 360°，可得到杆湖'上兩端點的運動軌跡分別為Q1, Ω2，即杆湖'運動軌跡為曲面Σ，如圖5所示。表1空間Tt^KTP機構各參數數據表(長度單位為mm，角度單位為。)
權利要求1. 一種可實現多自由度的空間變杆長-變扭角機構，由空間似況57 五桿機構組成，其特徵是將機架之外的任一連杆的杆長和該杆及機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運動副副長和機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將上述連杆的杆長、連杆的扭角、運動副副長三者之一設為變量，通過對變量的控制，實現作業所需運動軌跡。
專利摘要一種可實現多自由度的空間變杆長-變扭角機構，由傳統空間RRRSR五桿機構組成，其特徵是將機架之外的任一連杆的杆長和該杆及機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將球面副和球銷副之外任一運動副副長和機架之外的任一連杆的扭角設為變量，或者將上述連杆的杆長、連杆的扭角、運動副副長三者之一設為變量，通過對變量的控制，實現作業所需運動軌跡。本實用新型可根據實際作業需求優化參數而對運動軌跡進行規劃，使其為可控空間連杆機構，從而實現精準，連續和可靠的運動路線，該機構可應用於農業工程中的秧苗移栽，果蔬採摘或機械製造領域零件表面加工等需要規劃軌跡的作業領域，簡化工程設計和製造。
文檔編號F16H21/46GK201944213SQ201020684698
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者肖麗萍, 魏文軍 申請人:江西農業大學