[发明专利]单自由度移动十二面体可展对称耦合机构

说明书

单自由度移动十二面体可展对称耦合机构，将正五边形面A₁A₂A₃A₄A₅和B₁B₂B₃B₄B₅看作一个几何要素，用一个正五边形构件代替，其余的十个顶点分别为C、C’、D、D’、E、E’、F、F’、G、G’，用十个等腰三角形构件代替，其余的二十条棱边A₁C、A₂D、A₃E、A₄F、A₅G、B₁C’、B₂D’、B₃E’、B₄F’和B₅G’用二十个含有两个转动副的连杆代替。每个五边形构件上的五个转动副轴线均位于五边形平面内。将正五边形构件的五个转动副轴线按顺时针方向分别标记为a1、a2、a3、a4、a5，连接a1、a3和a4轴线的中点得到等腰三角形构件，等腰三角形构件上的三个转动副均位于三角形平面内。每个连杆均为包含两个连接转动副的同一类连接杆件，并且这两个转动副的轴线相平行。

技术领域

本发明是一种基于正十二面体结构的对称可展耦合机构，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有单自由度移动的机器人执行机构。

背景技术

构型综合一直是机构学中的研究热点，是机械创新的根本所在。机构的发展经历了由简单到复杂的过程。在一些高强度、重载等这些需要用工业机械臂代替人力劳动的工作场合，往往要求机械臂的执行机构强度高，结构简单，成本低，维修方便，并且末端执行构件需要满足运动平稳，容易控制的需求。现有的并联机构具有承载能力强，刚度大，惯性低等优点，但是工作空间有限；串联机构工作空间大，结构简单灵巧，但强度低，不适用于重载场合。

在这样的发展趋势下，混联机构应运而生。这类机构很好地将串联机构和并联机构的优点有效复合，同时突破各自结构的缺点，近年来成为机构领域的研究热点。结构组成复杂但外观新颖的混联机构，其机架和动平台之间的连接支链相互耦合，彼此之间并不独立，通常以多个相同的环结构连接成网状耦合机构的形式呈现，使得该类机构具备了结构功能及外观的双重优点，符合机构的发展趋势。日常生活中有很多这类机构或机械在偶然或必然中被设计出来满足人类发展的需求，由于耦合机构能满足特定工作场合中大型工业机械装备的工作需求，常常作为核心机构应用于其中。但是，由于现有成熟的构型综合理论适用于具有独立分支的并联机构。与并联机构结构上的迥异，决定了已有的构型综合理论对多环耦合机构并不适用，大大限制了耦合机构，特别是多面体耦合新机构的提出。所以促进这类机构的大量开发和应用是非常必要的。

发明内容

基于以上背景，本发明提供了一种可作为移动机器人执行机构的单自由度移动对称可展耦合机构，该机构具有刚度大、承载能力强、运动平稳、结构简单、装配和维修方便的特点，为国内企业及研究机构提供专利信息和技术支持。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为单自由度移动十二面体可展对称耦合机构，该机构基于正十二面体的几何组成特点和对称性，形成了一种具有单自由度移动对称可展耦合机构。一个正十二面体包含二十个顶点和三十条棱边，由十二个完全相同的正五边形围成。