[发明专利]一种面向管道环境操作的可重构折展机构有效

专利信息
申请号: 202110768113.6 申请日: 2021-07-07
公开(公告)号: CN113374981B 公开(公告)日: 2022-05-20
发明(设计)人: 吕胜男;徐天烨;丁希仑 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: F16L55/28 分类号: F16L55/28;F16L55/40;F16C11/04;A61B1/005;A61B1/008;A61B10/04;F16L101/10;F16L101/30
代理公司: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 周长琪
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 面向 管道 环境 操作 可重构折展 机构
【说明书】:

发明公开一种面向管道环境操作的可重构折展机构,整体由前后变胞剪叉机构、两侧各两对辅助剪叉机构构成。其中变胞剪叉机构由四根连杆组成,各杆件间连接形成转动副。两侧的辅助剪叉机构由两根连杆构成,通过转动副连接。变胞剪叉机构与两侧的辅助剪叉机构通过连接件连接,连接方式同样为转动副连接。为了更好的适应管道环境,机构各杆件均设计成圆弧状。由此构成具有两种运动模式的可重构折展机构,在其收拢状态下可弯曲以通过具有不同曲率的管道环境;到达目标位置后,可从弯曲运动模式切换到折展运动模式,以此适应不同内径尺寸的管道环境;两种运动模式下机构自由度均为一,只需一个驱动即可实现在两种模式下的运动与切换控制。

技术领域

本发明属于机械技术领域,涉及一种面向管道环境操作的可重构折展机构。

背景技术

随着科技的发展,各类工业设备中出现了许许多多的管道装置,如石油、天然气输送管道,液压设备的液压油输送管道回路等。同时,随着医疗技术的发展,人体腔道内环境的病理检测和手术操作技术逐渐成熟,而人体内部腔道也多为管道环境。这类管道环境都具有以下两方面的特点:

1.管道不同位置处内径尺寸复杂多变

2.管道不同位置处曲率变化大

由于管道环境具有内径尺寸复杂多变以及曲率变化大的特点,仅仅具有单一运动模式的传统机构很难适应在这种复杂环境下的操作要求。在机构学发展的早期阶段,人们研究的主要是具有固定自由度和单一操作模式的传统机构。然而,随着科技的发展,许多现代化生产过程需要具有多功能,多操作模式的机构。可重构机构可根据作业任务的变化而重构其拓扑结构、变换其自由度及工作模式,以实现一套机构可以满足不同的工作模式。因而非常适合应用于管道环境这种复杂多变环境下的操作。

为了满足管道环境这种复杂多变环境下的操作要求,需要一种既可以在收拢状态下能够弯曲以通过具有不同曲率的管道环境,而在到达指定位置后又能够进行自身尺寸的变化以适应不同内径尺寸的管道环境操作的机构。

发明内容

本发明旨在提供一种面向管道环境操作的可重构折展机构,通过机构自身的重构可以实现折展以及弯曲两种不同的运动模式,其弯曲运动模式用于通过带有曲率的管道,折展运动模式可以适应不同的管道内径,并作为前端工作部分,配合末端的输送和驱动装置可以实现在复杂管道内转弯到达指定位置,以满足管道环境这类复杂多变环境下的操作要求。

本发明面向管道环境操作的可重构折展机构是一种面向管道环境操作的可重构折展机构,具有前后一对变胞剪叉机构与左右两侧各两对辅助剪叉机构。前后变胞剪叉机构与两侧的两对辅助剪叉机构间通过连接件铰接。其中,变胞剪叉机构为由连杆杆件构成的具有两个纵向布置的交叉结构;辅助剪叉机构为由连杆杆件构成的一个交叉结构。

令变胞剪叉机构中上方与下方交叉结构铰接处的转动副为侧方转动副;则相邻变胞剪叉机构与两个辅助剪叉机构间,通过纵向的四个连接件相连;由上至下四个连接件一端分别与两个辅助剪叉机构中各连杆同侧端部端铰接;另一端分别与变胞剪叉机构同侧的四个连接位置铰接,分别为顶端端部连接位、侧方转动副处两个连杆杆件上靠近侧方转动副设计的中间连接位,以及底端端部连接位。

上述一个侧方转动副处的两连杆杆件铰接一端端部分别设计有可接触配合的机械限位;且在两个侧方转动副处设计有相互配合的凸台与卡槽。

本发明面向管道环境操作的可重构折展机构,初始状态为径向直径最大状态,运动输入为设计有卡槽的转动副的转角θ,θ顺时针转动,进而可重构折展机构做单自由度的折展运动,径向尺寸逐渐减小,整体收拢,直至到达分岔位形处时,可重构折展机构发生奇异,此时瞬时自由度为2,具有两种运动倾向;且此时变胞剪叉机构中的卡槽与凸台插入配合限制了可重构折展机构继续收拢;可重构折展机构过渡到弯曲运动模式。

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