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多 自由度组合 连接杆

阅读：306发布：2023-02-05

专利汇可以提供多自由度组合连接杆专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种多自由度组合连接杆，预应力缠绕机器人的运动系统包括主动行走体、从动行走体和连接杆件，主动行走体与从动行走体及从动行走体与从动行走体间通过连接杆件铰接连接，连接杆件为多自由度组合连接杆，该多自由度组合连接杆包括至少三根连杆组件，连杆组件依次铰接。本发明有效减少了仅起连接作用的从动行走体的数量，降低了运动系统的重量，减轻了主动行走体负担，使预应力缠绕机器人缠绕速度更快，同时，本发明使运动系统在被缠绕结构表面，尤其是在其拐弯处的运动即由直线运动变为曲线运动或相反的运动更顺畅，有效解决了连杆与运动轨道干涉的问题，提高了运动系统的可靠性，并且从动行走体数量的减少还节约了制造成本。，下面是多自由度组合连接杆专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多自由度组合连接杆，预应力缠绕机器人的运动系统包括主动行走体(1)、从动行走体(2)和连接杆件(3)，主动行走体(1)与从动行走体(2)及从动行走体(2)与从动行走体(2)间通过连接杆件(3)铰接连接，其特征是：连接杆件(3)为多自由度组合连接杆，该多自由度组合连接杆包括至少三根连杆组件(31)，分别为第一、二边连杆组件(BD、FC)和中央连杆组件(DF)，连杆组件(31)依次铰接。
2.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：各连杆组件(31)长度确定如下：
a.不发生干涉的单一连接杆件(3)的长度为最小的相邻主、从动行走体(1、2)的约束导向轮的轴心距的一半为λmin，λmin，由下式确定：
b.而多自由度组合连接杆长度之半为λ，其值为：
λ＝(1.2-1.8)λmin；
c.第一、二边连杆组件(BD、FC)的长度由下式确定：
d.中央连杆组件(DF)的长度由下式确定：
3.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：连杆组件(31)的数量为三根。
4.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：主、从动行走体(1、2)两侧的连杆组件(31)为刚性连接，该两刚性连接的连杆组件(31)与主、从动行走体(1、2)为铰接。
5.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：所述连杆组件(31)为直线型。
6.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：所述连杆组件(31)为曲线型。
7.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：所述连杆组件(31)分别为直线型与曲线型的组合。
8.如权利要求1所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：所述连杆组件(31)可伸缩长度。
9.如权利要求8所述的一种多自由度组合连接杆，其特征是：连杆组件(31)可伸缩长度的结构为：连杆组件(31)包括至少两段分连杆组件，分连杆组件与分连杆组件之间通过螺纹连接。

说明书全文

多自由度组合 连接杆

技术领域

[0001] 本发明涉及一种预应力预紧缠绕机器人运动系统的连接，特别涉及一种多自由度组合连接杆。

背景技术

[0002] 预应力缠绕机器人运动系统包括主动行走体、从动行走体和连接杆件，主动行走体和从动行走体之间以及从动行走体与从动行走体之间采用连杆件铰接，主动行走体主动运动并带动从动行走体运动，主动行走体和从动行走体均可起承载作用，此外，从动行走体也可以不承载，仅起连接作用，预应力缠绕机器人在处于非水平缠绕时需将其运动系统的主、从动行走体顺序排列并围绕于被缠绕结构指定表面上形成一铰接链环状组合体，这样就需要很多仅起连接作用的从动行走体，从动行走体的增加使整个运动系统重量大大增加，从而增加主动行走体的牵引力和传动功率，也就增加了制造成本和复杂程度，传统的连接杆件是指一根直杆，其两端备有一个铰接孔，此种传统连接杆件不适用于缠绕机器人各主、从动行走体间的连接，主要原因在于与机器人运动导轨干涉的问题。发明内容

[0003] 为了弥补以上不足，本发明提供了一种多自由度组合连接杆，其结构简单，使用方便，可减少预应力缠绕机器人从动行走体的数量，减轻预应力缠绕机器人运动系统中主动行走体的牵引功率。

[0004] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多自由度组合连接杆，预应力缠绕机器人的运动系统包括主动行走体、从动行走体和连接杆件，主动行走体与从动行走体及从动行走体与从动行走体间通过连接杆件铰接连接，连接杆件为多自由度组合连接杆，该多自由度组合连接杆包括至少三根连杆组件，分别为第一、二边连杆组件和中央连杆组件，连杆组件依次铰接；

[0005] 预应力缠绕机器人的运动系统主要包括三个参数，即：

[0006] 1)被缠绕结构导轨外半径：其值应大于可以缠绕的被缠绕结构导轨外半径最小值，否则将会发生连杆与被缠绕结构导轨的干涉，而发生卡死现象；

[0007] 2)主、从动行走体的外约束导向轮半径，应尽量取小值以保证缠绕机器人紧凑和稳定，然而下降会导致约束轮与导轨的接触应力过高(接触强度下降)且造成节距下降，引起从动行走体个数增加，从而增加了运动系统成本；

[0008] 3)连接杆件节距之半，主、从动行走体之间及两从动行走体之间的轴心连线为连接杆件节距，连接杆件节距越大，则主、从动行走体的数量越少，这样有利于降低成本； [0009] 由上述可见，被缠绕结构导轨外半径为被缠绕结构固有的，主、从动行走体的外约束导向轮半径为满足机器人紧凑和稳定无法大幅增大，减少主、从动行走体的数量，降低成本就只能通过将定长连杆改变为长度和夹角可变的多自由度组合连接杆来有效地增大节距值；

[0010] 作为本发明的进一步改进，各连杆组件长度确定如下：

[0011] a.不发生干涉的单一连接杆件的长度为最小的相邻主、从动行走体的约束导向轮的轴心距的一半为λmin，λmin，由下式确定：

[0012]

[0013] b.而多自由度组合连接杆长度之半为λ，其值为：

[0014] λ＝(1.2-1.8)λmin；

[0015] c.第一、二边连杆组件的长度由下式确定：

[0016]

[0017] d.中央连杆组件的长度由下式确定：

[0018]

[0019] 该多自由度组合连杆的中央连杆组件不与被缠绕结构导轨干涉，应该留有余度，即边连杆组件需要略延长一些。

[0020] 作为本发明的进一步改进，连杆组件的数量为三根。

[0021] 作为本发明的进一步改进，主、从动行走体两侧的连杆组件为刚性连接，该两刚性连接的连杆组件与主、从动行走体为铰接，主、从动行走体两侧均有一个多自由度组合连接杆，该两个多自由度组合连接杆相互靠近的连杆组件之间是刚性固连在一起的，他们形成的共同体可绕主、从动行走体的连接轴自由转动。

[0022] 作为本发明的进一步改进，所述连杆组件为直线型，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成折线的连杆结构。

[0023] 作为本发明的进一步改进，所述连杆组件为曲线型，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成曲线的连杆结构。

[0024] 作为本发明的进一步改进，所述连杆组件分别为直线型与曲线型的组合，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成折线与曲线并存的连杆结构。 [0025] 作为本发明的进一步改进，所述连杆组件可伸缩长度，这样使得本发明可以适用于各种规格的被缠绕结构上，使用时只需要调节连杆组件的长度即可用于不同规格的被缠绕结构上，实现了其通用性，节省制造费用。

[0026] 作为本发明的进一步改进，连杆组件可伸缩长度的结构为：连杆组件包括至少两段分连杆组件，分连杆组件与分连杆组件之间通过螺纹连接。

[0027] 本发明的有益技术效果是：本发明通过将单一的轴线为直线的连接杆件变更为多根连杆组件(依次铰接形成的多自由度组合连接杆)，有效减少了仅起连接作用的从动行走体的数量，降低了整个运动系统的重量，减轻了主动行走体的负担，使预应力缠绕机器人缠绕速度更快，同时，多自由度连接杆的应用使运动系统在被缠绕结构表面，尤其是在其拐弯处的运动即由直线运动变为曲线运动或相反的运动更顺畅，有效解决了连杆与运动轨道干涉的问题，提高了运动系统的可靠性，并且从动行走体数量的减少还节约了制造成本。附图说明

[0028] 图1为本发明第一种结构原理图；图2为本发明第二种结构原理图。

具体实施方式

实施例：一种多自由度组合连接杆，预应力缠绕机器人的
运动系统包括主动行走体1、从动行走体2和连接杆件3，主
动行走体1与从动行走体2及从动行走体2与从动行走体2
间通过连接杆件3铰接连接，连接杆件3为多自由度组合连接
杆，该多自由度组合连接杆包括至少三根连杆组件31，分别
为第一、二边连杆组件BD、Fc和中央连杆组件DF，连杆组件
31依次铰接；
预应力缠绕机器人的运动系统主要包括三个参数，即：
1）被缠绕结构导轨外半径RR：其值应大于可以缠绕的被
缠绕结构导轨外半径最小值，否则将会发生连杆与被缠绕结构
导轨的干涉，而发生卡死现象；
2）主、从动行走体1、2的外约束导向轮半径r，应尽量
取小值以保证缠绕机器人紧凑和稳定，然而r下降会导致约束
轮与导轨的接触应力过高（接触强度下降）且造成节距下降，
引起从动行走体个数增加，从而增加了运动系统成本；
3）连接杆件3节距之半为人，主、从动行走体1、2之间
及两从动行走体2之间的轴心连线：BE和Bc为连接杆件3节

[0029] 距即2λ，连接杆件3节距2λ越大，则主、从动行走体1、2的数量越少，这样有利于降低成本；

[0030] 由上述可见，被缠绕结构导轨外半径RR为被缠绕结构固有的，主、从动行走体1、2的外约束导向轮半径r为满足机器人紧凑和稳定无法大幅增大，减少主、从动行走体1、2的数量，降低成本就只能通过将定长连杆BE改变为长度和夹角α可变的多自由度组合连接杆BDFC来有效地增大节距2λ值；

[0031] 所述各连杆组件31长度确定如下：

[0032] a.不发生干涉的单一连接杆件3的长度为最小的相邻主、从动行走体1、2的约束导向轮的轴心距的一半为λmin，λmin，由下式确定：

[0033]

[0034] b.而多自由度组合连接杆长度之半为λ，其值为：

[0035] λ＝(1.2-1.8)λmin；

[0036] c.第一、二边连杆组件BD、FC的长度由下式确定：

[0037]

[0038] d.中央连杆组件(31)DF的长度由下式确定：

[0039]

[0040] 该多自由度组合连杆的中央连杆组件DF不与被缠绕结构导轨干涉，应该留有余度，即BD和FC需要略延长一些，分别为BD1、D1F1和F1C。

[0041] 所述连杆组件31的数量为三根。

[0042] 所述主、从动行走体1、2两侧的连杆组件31为刚性连接，该两刚性连接的连杆组件31与主、从动行走体1、2为铰接，主、从动行走体1、2两侧均有一个多自由度组合连接杆，该两个多自由度组合连接杆相互靠近的连杆组件31之间是刚性固连在一起的，他们形成的共同体可绕主、从动行走体1、2的连接轴自由转动。

[0043] 所述连杆组件31为直线型，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成折线的连杆结构。

[0044] 所述连杆组件31为曲线型，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成曲线的连杆结构。

[0045] 所述连杆组件31分别为直线型与曲线型的组合，这样该多自由度组合连接杆就在被缠绕结构外侧形成折线与曲线并存的连杆结构。

[0046] 所述连杆组件31可伸缩长度，这样使得本发明可以适用于各种规格的被缠绕结构上，使用时只需要调节连杆组件31的长度即可用于不同规格的被缠绕结构(即不同的RR)上，实现了其通用性，节省制造费用。

[0047] 所述连杆组件31可伸缩长度的结构为：连杆组件31包括至少两段分连杆组件，分连杆组件与分连杆组件之间通过螺纹连接。

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