[发明专利]单自由度移动十二面体可展对称耦合机构

摘要

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。

主权项

1.单自由度移动十二面体可展对称耦合机构，其特征在于：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；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，其余的十条棱边A1C、A2D、A3E、A4F、A5G、B1C’、B2D’、B3E’、B4F’和B5G’用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，且相邻轴线之间的夹角均为108°；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；该机构包括机架D1、动平台M1以及连接机架D1与动平台M1的五条分支和五个耦合支链；五条分支包括第一分支、第二分支、第三分支、第四分支、第五分支；五个耦合支链包括第一耦合支链、第二耦合支链、第三耦合支链、第四耦合支链、第五耦合支链；每个耦合支链与其中两条相邻分支连接，五条分支和五个耦合支链间隔连接形成网状耦合结构，将十个等腰三角形构件均定义为节点构件，其中与机架D1直接连接的五个节点构件对应各自所在的分支，分别为机架节点构件一N1、机架节点构件二N2、机架节点构件三N3、机架节点构件四N4和机架节点构件五N5，与动平台M1直接连接的五个节点构件对应各自所在的分支，分别为动平台节点构件一T1、动平台节点构件二T2、动平台节点构件三T3、动平台节点构件四T4和动平台节点构件五T5；第一分支包括第一连杆L1、机架节点构件一N1、第二连杆L2、动平台节点构件一T1、第三连杆L3；第一连杆L1与机架D1通过机架第一转动副R1连接，第一连杆L1与机架节点构件一N1通过机架节点构件一的第一转动副R11连接，第二连杆L2与机架节点构件一N1通过机架节点构件一的第二转动副R12连接，第二连杆L2与动平台节点构件一T1通过动平台节点构件一的第一转动副R14连接，第三连杆L3与动平台节点构件一T1通过动平台节点构件一的第三转动副R16连接，第一分支表示为简单串联运动链R1‑R11‑R12‑R14‑R16‑；第二分支包括第四连杆L4、机架节点构件二N2、第五连杆L5、动平台节点构件二T2、第六连杆L6；第四连杆L4与机架D1通过机架第二转动副R2连接，第四连杆L4与机架节点构件二N2通过机架节点构件二的第一转动副R21连接，第五连杆L5与机架节点构件二N2通过机架节点构件二的第二转动副R22连接，第五连杆L5与动平台节点构件二T2通过动平台节点构件二的第一转动副R24连接，第六连杆L6与动平台节点构件二T2通过动平台节点构件二的第三转动副R26连接，第二分支表示为简单串联运动链R2‑R21‑R22‑R24‑R26‑；第三分支包括第七连杆L7、机架节点构件三N3、第八连杆L8、动平台节点构件三T3、第九连杆L9；第七连杆L7与机架D1通过机架第三转动副R3连接，第七连杆L7与机架节点构件三N3通过机架节点构件三的第一转动副R31连接，第八连杆L8与机架节点构件三N3通过机架节点构件三的第二转动副R32连接，第八连杆L8与动平台节点构件三T3通过动平台节点构件三的第一转动副R34连接，第九连杆L9与动平台节点构件三T3通过动平台节点构件三的第三转动副R36连接，第三分支表示为简单串联运动链R3‑R31‑R32‑R34‑R36‑；第四分支包括第十连杆L10、机架节点构件四N4、第十一连杆L11、动平台节点构件四T4、第十二连杆L12；第十连杆L10与机架D1通过机架第四转动副R4连接，第十连杆L10与机架节点构件四N4通过机架节点构件四的第一转动副R41连接，第十一连杆L11与机架节点构件四N4通过机架节点构件四的第二转动副R42连接，第十一连杆L11与动平台节点构件四T4通过动平台节点构件四的第一转动副R44连接，第十二连杆L12与动平台节点构件四T4通过动平台节点构件四的第三转动副R46连接，第四分支表示为串联运动链R4‑R41‑R42‑R44‑R46‑；第五分支包括第十三连杆L13、机架节点构件五N5、第十四连杆L14、动平台节点构件五T5、第十五连杆L15；第十三连杆L13与机架D1通过机架第五转动副R5连接，第十三连杆L13与机架节点构件五N5通过机架节点构件五的第一转动副R51连接，第十四连杆L14与机架节点构件五N5通过机架节点构件五的第二转动副R52连接，第十四连杆L14与动平台节点构件五T5通过动平台节点构件五的第一转动副R54连接，第十五连杆L15与动平台节点构件五T5通过动平台节点构件五的第三转动副R56连接，第五分支表示为简单串联运动链R5‑R51‑R52‑R54‑R56‑；选择正五边形构件M1为动平台，第一分支通过动平台的第一转动副R61连接到动平台M1，第二分支通过动平台的第二转动副R62连接到动平台M1，第三分支通过动平台的第三转动副R63连接到动平台M1，第四分支通过动平台的第四转动副R64连接到动平台M1，第五分支通过动平台的第五转动副R65连接到动平台M1，所述五条分支并联到动平台M1上；另外，第一分支动平台节点构件一T1和第二分支机架节点构件二N2之间通过第一耦合支链C1耦合连接，第二分支动平台节点构件二T2和第三分支机架节点构件三N3之间通过第二耦合支链C2耦合连接，第三分支动平台节点构件三T3和第四分支机架节点构件四N4之间通过第三耦合支链C3耦合连接，第四分支动平台节点构件四T4和第五分支机架节点构件五N5之间通过第四耦合支链C4耦合连接，第五分支动平台节点构件五T5和第一分支机架节点构件一N1之间通过第五耦合支链C5耦合连接；第一耦合支链C1与动平台节点构件一T1通过动平台节点构件一第二转动副R15连接，第一耦合支链C1与机架节点构件二N2通过机架节点构件二第三转动副R23连接，第一耦合支链表示为R15‑R23‑，第二耦合支链C2与动平台节点构件二T2通过动平台节点构件二第二转动副R25连接，第二耦合支链C2与机架节点构件三N3通过机架节点构件三第三转动副R33连接，第二耦合支链表示为R25‑R33‑，第三耦合支链C3与动平台节点构件三T3通过动平台节点构件三第二转动副R35连接，第三耦合支链C2与机架节点构件四N4通过机架节点构件四第三转动副R43连接，第三耦合支链表示为R35‑R43‑，第四耦合支链C4与动平台节点构件四T4通过动平台节点构件四第二转动副R45连接，第四耦合支链C4与机架节点构件五N5通过机架节点构件五第三转动副R53连接，第四耦合支链表示为R45‑R53‑，第五耦合支链C5与动平台节点构件五T5通过动平台节点构件五第二转动副R55连接，第五耦合支链C5与机架节点构件一N1通过机架节点构件一第三转动副R13连接，第五耦合支链表示为R55‑R13‑。