專利名稱：一種多功能變胞機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變胞機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種多功能變胞機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
變胞機(jī)構(gòu)是近年來(lái)學(xué)者提出的重要概念，是可變自由度或可變構(gòu)件數(shù)目的新型機(jī)構(gòu)。變胞機(jī)構(gòu)的提出給傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)帶來(lái)了生機(jī)與活力，它改變了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)概念和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。這類機(jī)構(gòu)除了具有類似可展式機(jī)構(gòu)的高度可縮和可展性外，還可改變拓?fù)鋱D并導(dǎo)致變自由度，具有多功能階段變化、多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、多自由度變化等特征，可以根據(jù)功能需求或環(huán)境等的變化，適應(yīng)不同任務(wù)，靈活應(yīng)用于不同場(chǎng)合。目前，變胞機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)有一定熱度和影響，并取得了可喜成果，但是仍舊欠缺結(jié)構(gòu)學(xué)構(gòu)型理論上的創(chuàng)新突破，這一問(wèn)題在某種程度上制約了變胞機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)研究的進(jìn)展，也制約著變胞機(jī)構(gòu)在工程上廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多功能變胞機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，能夠使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種多功能變胞機(jī)構(gòu)，包括底面、三角形構(gòu)件系、連桿系以及翻轉(zhuǎn)桿系構(gòu)成。所述底面為六邊形狀平面，由第一邊桿、第二邊桿、第三邊桿、第四邊桿、第五邊桿和第六邊桿組成，第一邊桿、第二邊桿、第三邊桿、第四邊桿、第五邊桿和第六邊桿首尾通過(guò)第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈連接。所述三角形構(gòu)件系由第一三角形構(gòu)件、第二三角形構(gòu)件、第三三角形構(gòu)件、第四三角形構(gòu)件、第五三角形構(gòu)件和第六三角形構(gòu)件組成。所述第一三角形構(gòu)件由第一三角形第一邊桿、第一三角形第二邊桿和第一三角形第三邊桿組成，第一三角形第一邊桿一端通過(guò)第八鉸鏈與第一三角形第二邊桿一端連接，第一三角形第一邊桿另一端通過(guò)第九鉸鏈與第一三角形第三邊桿一端連接，第一三角形第二邊桿另一端和第一三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第二三角形構(gòu)件由第二三角形第一邊桿、第二三角形第二邊桿和第二三角形第三邊桿組成，第二三角形第一邊桿一端通過(guò)第十鉸鏈與第二三角形第二邊桿一端連接，第二三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十一鉸鏈與第二三角形第三邊桿一端連接，第二三角形第二邊桿另一端和第二三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第三三角形構(gòu)件由第三三角形第一邊桿、第三三角形第二邊桿和第三三角形第三邊桿組成，第三三角形第一邊桿一端通過(guò)第十二鉸鏈與第三三角形第二邊桿一端連接，第三三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十三鉸鏈與第三三角形第三邊桿一端連接，第三三角形第二邊桿另一端和第三三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第四三角形構(gòu)件由第四三角形第一邊桿、第四三角形第二邊桿和第四三角形第三邊桿組成，第四三角形第一邊桿一端通過(guò)第十四鉸鏈與第四三角形第二邊桿一端連接，第四三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十五鉸鏈與第四三角形第三邊桿一端連接，第四三角形第二邊桿另一端和第四三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第五三角形構(gòu)件由第五三角形第一邊桿、第五三角形第二邊桿和第五三角形第三邊桿組成， 第五三角形第一邊桿一端通過(guò)第十六鉸鏈與第五三角形第二邊桿一端連接，第五三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十七鉸鏈與第五三角形第三邊桿一端連接，第五三角形第二邊桿另一端和第五三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第六三角形構(gòu)件由第六三角形第一邊桿、第六三角形第二邊桿和第六三角形第三邊桿組成，第六三角形第一邊桿一端通過(guò)第十八鉸鏈與第六三角形第二邊桿一端連接，第六三角形第一邊桿另一端通過(guò)第七鉸鏈與第六三角形第三邊桿一端連接，第六三角形第二邊桿另一端和第六三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接。所述連桿系由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿和第六連桿組成。所述第一連桿一端連接在第七鉸鏈上，另一端連接在第八鉸鏈上；所述第二連桿一端連接在第九鉸鏈上，另一端連接在第十鉸鏈上；所述第三連桿一端連接在第十一鉸鏈上，另一端連接在第十二鉸鏈上；所述第四連桿一端連接在第十三鉸鏈上，另一端連接在第十四鉸鏈上；所述第五連桿一端連接在第十五鉸鏈上，另一端連接在第十六鉸鏈上；所述第六連桿一端連接在第十七鉸鏈上，另一端連接在第十八鉸鏈上。所述翻轉(zhuǎn)桿系由第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿組成。所述第一翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第一鉸鏈上，另一端連接在第七鉸鏈上；所述第二翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第二鉸鏈上，另一端連接在第九鉸鏈上；所述第三翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第三鉸鏈上，另一端連接在第十一鉸鏈上；所述第四翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第四鉸鏈上，另一端連接在第十三鉸鏈上；所述第五翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第五鉸鏈上，另一端連接在第十五鉸鏈上；所述第六翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第六鉸鏈上，另一端連接在第十七鉸鏈上。一種多功能變胞機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，其方法是所述一種多功能變胞機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時(shí)，底面、三角形構(gòu)件系、連桿系和翻轉(zhuǎn)桿系在同一平面內(nèi)，是一平面構(gòu)型；第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈的形心所在位置在同一圓內(nèi)，圓半徑大小等于第七鉸鏈形心與第八鉸鏈形心距離，等于第八鉸鏈與第九鉸鏈距離，等于第九鉸鏈與第十鉸鏈距離，等于第十鉸鏈與第十一鉸鏈距離，等于第十一鉸鏈與第十二鉸鏈距離，等于第十二鉸鏈與第十三鉸鏈距離，等于第十三鉸鏈與第十四鉸鏈距離，等于第十四鉸鏈與第十五鉸鏈距離，等于第十五鉸鏈與第十六鉸鏈距離，等于第十六鉸鏈與第十七鉸鏈距離，等于第十七鉸鏈與第十八鉸鏈距離，等于第十八鉸鏈與第七鉸鏈距離；第一邊桿長(zhǎng)度等于第一三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第二邊桿長(zhǎng)度等于第二三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第三邊桿長(zhǎng)度等于第三三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第四邊桿長(zhǎng)度等于第四三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第五邊桿長(zhǎng)度等于第五三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第六邊桿長(zhǎng)度等于第六三角形第三邊桿長(zhǎng)度；第一連桿長(zhǎng)度等于第一三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第二連桿長(zhǎng)度等于第二三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第三連桿長(zhǎng)度等于第三三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第四連桿長(zhǎng)度等于第四三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第五連桿長(zhǎng)度等于第五三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第六連桿長(zhǎng)度等于第六三角形第二邊桿長(zhǎng)度；第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度相同；所述一種多功能變胞機(jī)構(gòu)在變胞時(shí)，第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿在所述底面的同一面方向分別繞著第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到翻轉(zhuǎn)桿系垂直于所述底面位置，此時(shí)第一連桿與第一三角形第二邊桿重合，第二連桿與第二三角形第二邊桿重合，第三連桿與第三三角形第二邊桿重合，第四連桿與第四三角形第二邊桿重合，第五連桿與第五三角形第二邊桿重合， 第六連桿與第六三角形第二邊桿重合；所述一種多功能變胞機(jī)構(gòu)繼續(xù)變胞時(shí)，所述第一三角形構(gòu)件、第二三角形構(gòu)件、第三三角形構(gòu)件、第四三角形構(gòu)件、第五三角形構(gòu)件和第六三角形構(gòu)件分別繞第一三角形第三邊桿、第二三角形第三邊桿、第三三角形第三邊桿、第四三角形第三邊桿、第五三角形第三邊桿和第六三角形第三邊桿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到第八鉸鏈、第十鉸鏈、第十二鉸鏈、第十四鉸鏈、第十六鉸鏈和第十八鉸鏈重合位置，此時(shí)，所述多功能變胞機(jī)構(gòu)變成空間多面體構(gòu)型，使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于I、該方法能夠使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化，利用該方法實(shí)現(xiàn)變胞的機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于包裝機(jī)器人、捆扎機(jī)器人、簡(jiǎn)易房屋搭建、碼垛機(jī)器手、航空航天等工程領(lǐng)域。2、本發(fā)明是以多功能變胞機(jī)構(gòu)的底面為六邊形的例子來(lái)闡述多功能變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，當(dāng)?shù)酌鏋槿呅巍⑺倪呅?、五邊形、七邊型、八邊形、九邊型其中任意一多邊形狀時(shí)，本發(fā)明也可使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。


圖I為本發(fā)明所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)為平面構(gòu)態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)為平面構(gòu)態(tài)時(shí)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)變胞時(shí)的第一種工作狀態(tài)示意圖。圖4為本發(fā)明所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)變胞時(shí)的第二種工作狀態(tài)示意圖。圖5為本發(fā)明所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)為空間多面體構(gòu)態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，所述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖I所示，所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)，包括底面、三角形構(gòu)件系、連桿系、翻轉(zhuǎn)桿系O所述底面為六邊形狀平面，由第一邊桿6-1、第二邊桿6-2、第三邊桿6-3、第四邊桿6-4、第五邊桿6-5和第六邊桿6-6組成，第一邊桿6-1、第二邊桿6_2、第三邊桿6_3、第四邊桿6-4、第五邊桿6-5和第六邊桿6-6首尾通過(guò)第一鉸鏈5-1、第二鉸鏈5_2、第三鉸鏈 5-3、第四鉸鏈5-4、第五鉸鏈5-5和第六鉸鏈5-6連接。所述三角形構(gòu)件系由第一三角形構(gòu)件4-1、第二三角形構(gòu)件4-2、第三三角形構(gòu)件
4-3、第四三角形構(gòu)件4-4、第五三角形構(gòu)件4-5和第六三角形構(gòu)件4-6組成。所述第一三角形構(gòu)件4-1由第一三角形第一邊桿4-1-1、第一三角形第二邊桿4-1-2和第一三角形第三邊桿4-1-3組成,第一三角形第一邊桿4-1-1 一端通過(guò)第八鉸鏈5-8與第一三角形第二邊桿
64-1-2一端連接，第一三角形第一邊桿4-1-1另一端通過(guò)第九鉸鏈5-9與第一三角形第三邊桿4-1-3 —端連接，第一三角形第二邊桿4-1-2另一端和第一三角形第三邊桿4-1-3另一端固結(jié)或鉸接；所述第二三角形構(gòu)件4-2由第二三角形第一邊桿4-2-1、第二三角形第二邊桿4-2-2和第二三角形第三邊桿4-2-3組成，第二三角形第一邊桿4-2-1 —端通過(guò)第十鉸鏈5-10與第二三角形第二邊桿4-2-2 —端連接，第二三角形第一邊桿4-2-1另一端通過(guò)第H^一鉸鏈5-11與第二三角形第三邊桿4-2-3 —端連接，第二三角形第二邊桿4-2-2另一端和第二三角形第三邊桿4-2-3另一端固結(jié)或鉸接；所述第三三角形構(gòu)件4-3由第三三角形第一邊桿4-3-1、第三三角形第二邊桿4-3-2和第三三角形第三邊桿4-3-3組成，第三三角形第一邊桿4-3-1 —端通過(guò)第十二鉸鏈5-12與第三三角形第二邊桿4-3-2 —端連接， 第三三角形第一邊桿4-3-1另一端通過(guò)第十三鉸鏈5-13與第三三角形第三邊桿4-3-3 — 端連接，第三三角形第二邊桿4-3-2另一端和第三三角形第三邊桿4-3-3另一端固結(jié)或鉸接；所述第四三角形構(gòu)件4-4由第四三角形第一邊桿4-4-1、第四三角形第二邊桿4-4-2和第四三角形第三邊桿4-4-3組成，第四三角形第一邊桿4-4-1 一端通過(guò)第十四鉸鏈5-14與第四三角形第二邊桿4-4-2 —端連接，第四三角形第一邊桿4-4-1另一端通過(guò)第十五鉸鏈
5-15與第四三角形第三邊桿4-4-3—端連接，第四三角形第二邊桿4-4-2另一端和第四三角形第三邊桿4-4-3另一端固結(jié)或鉸接；所述第五三角形構(gòu)件4-5由第五三角形第一邊桿
4-5-1、第五三角形第二邊桿4-5-2和第五三角形第三邊桿4-5-3組成，第五三角形第一邊桿4-5-1 —端通過(guò)第十六鉸鏈5-16與第五三角形第二邊桿4-5-2 —端連接，第五三角形第一邊桿4-5-1另一端通過(guò)第十七鉸鏈5-17與第五三角形第三邊桿4-5-3 —端連接,第五三角形第二邊桿4-5-2另一端和第五三角形第三邊桿4-5-3另一端固結(jié)或鉸接；所述第六三角形構(gòu)件4-6由第六三角形第一邊桿4-6-1、第六三角形第二邊桿4-6-2和第六三角形第三邊桿4-6-3組成，第六三角形第一邊桿4-6-1 —端通過(guò)第十八鉸鏈5-18與第六三角形第二邊桿4-6-2 —端連接,第六三角形第一邊桿4-6-1另一端通過(guò)第七鉸鏈5-7與第六三角形第三邊桿4-6-3 —端連接，第六三角形第二邊桿4-6-2另一端和第六三角形第三邊桿4-6-3 另一端固結(jié)或鉸接。所述連桿系由第一連桿3-1、第二連桿3-2、第三連桿3-3、第四連桿3_4、第五連桿
3-5和第六連桿3-6組成。所述第一連桿3-1 —端連接在第七鉸鏈5-7上，另一端連接在第八鉸鏈5-8上；所述第二連桿3-2 —端連接在第九鉸鏈5-9上，另一端連接在第十鉸鏈5-10 上；所述第三連桿3-3 —端連接在第十一鉸鏈5-10上，另一端連接在第十二鉸鏈5-12上； 所述第四連桿3-4 —端連接在第十三鉸鏈5-13上，另一端連接在第十四鉸鏈5-14上；所述第五連桿3-5 —端連接在第十五鉸鏈5-15上，另一端連接在第十六鉸鏈5-16上；所述第六連桿3-6 —端連接在第十七鉸鏈5-17上，另一端連接在第十八鉸鏈5-18上。所述翻轉(zhuǎn)桿系由第一翻轉(zhuǎn)桿2-1、第二翻轉(zhuǎn)桿2-2、第三翻轉(zhuǎn)桿2-3、第四翻轉(zhuǎn)桿 2-4、第五翻轉(zhuǎn)桿2-5和第六翻轉(zhuǎn)桿2-6組成。所述第一翻轉(zhuǎn)桿2-1 —端連接在第一鉸鏈
5-1上，另一端連接在第七鉸鏈5-7上；所述第二翻轉(zhuǎn)桿2-2—端連接在第二鉸鏈5-2上，另一端連接在第九鉸鏈5-9上；所述第三翻轉(zhuǎn)桿2-3 —端連接在第三鉸鏈5-3上，另一端連接在第十一鉸鏈5-11上；所述第四翻轉(zhuǎn)桿2-4 —端連接在第四鉸鏈5-4上，另一端連接在第十三鉸鏈5-13上；所述第五翻轉(zhuǎn)桿2-5 —端連接在第五鉸鏈5-5上，另一端連接在第十五鉸鏈5-15上；所述第六翻轉(zhuǎn)桿2-6 —端連接在第六鉸鏈5-6上，另一端連接在第十七鉸鏈5-17 上。所述多功能變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，在初始狀態(tài)時(shí)，多功能變胞機(jī)構(gòu)的底面、三角形構(gòu)件系、連桿系和翻轉(zhuǎn)桿系在同一平面內(nèi)，是一平面構(gòu)型；第一鉸鏈5-1、第二鉸鏈5-2、第三鉸鏈5-3、第四鉸鏈5-4、第五鉸鏈5-5和第六鉸鏈5-6的形心所在位置在同一圓內(nèi)，圓半徑大小等于第七鉸鏈5-7形心與第八鉸鏈5-8形心距離，等于第八鉸鏈5-8與第九鉸鏈5-9 形心距離，等于第九鉸鏈5-9與第十鉸鏈5-10形心距離，等于第十鉸鏈5-10與第十一鉸鏈
5-11距離，等于第i^一鉸鏈5-11與第十二鉸鏈5-12形心距離，等于第十二鉸鏈5-12與第十三鉸鏈5-13形心距離，等于第十三鉸鏈5-13與第十四鉸鏈5-14形心距離，等于第十四鉸鏈5-14與第十五鉸鏈5-15形心距離，等于第十五鉸鏈5-15與第十六鉸鏈5_16形心距離，等于第十六鉸鏈5-16與第十七鉸鏈5-17形心距離，等于第十七鉸鏈5-17與第十八鉸鏈5-18形心距離，等于第十八鉸鏈5-18與第七鉸鏈5-7形心距離；第一邊桿長(zhǎng)度1_1等于第一三角形第三邊桿4-1-3長(zhǎng)度，第二邊桿1-2長(zhǎng)度等于第二三角形第三邊桿4-2-3長(zhǎng)度， 第三邊桿1-3長(zhǎng)度等于第三三角形第三邊桿4-3-3長(zhǎng)度，第四邊桿1-4長(zhǎng)度等于第四三角形第三邊桿4-4-3長(zhǎng)度，第五邊桿1-5長(zhǎng)度等于第五三角形第三邊桿4-5-3長(zhǎng)度，第六邊桿 1-5長(zhǎng)度等于第六三角形第三邊桿4-6-3長(zhǎng)度；第一連桿3-1長(zhǎng)度等于第一三角形第二邊桿4-1-2長(zhǎng)度，第二連桿3-2長(zhǎng)度等于第二三角形第二邊桿4-2-2長(zhǎng)度，第三連桿3_3長(zhǎng)度等于第三三角形第二邊桿4-3-2長(zhǎng)度，第四連桿3-4長(zhǎng)度等于第四三角形第二邊桿4-4-2 長(zhǎng)度，第五連桿3-5長(zhǎng)度等于第五三角形第二邊桿4-5-2長(zhǎng)度，第六連桿3-6長(zhǎng)度等于第六三角形第二邊桿4-6-2長(zhǎng)度；第一翻轉(zhuǎn)桿2-1、第二翻轉(zhuǎn)桿2-2、第三翻轉(zhuǎn)桿2-3、第四翻轉(zhuǎn)桿2-4、第五翻轉(zhuǎn)桿2-5和第六翻轉(zhuǎn)桿2-6長(zhǎng)度相同。在變胞時(shí)，多功能變胞機(jī)構(gòu)的第一翻轉(zhuǎn)桿2-1、第二翻轉(zhuǎn)桿2-2、第三翻轉(zhuǎn)桿2-3、 第四翻轉(zhuǎn)桿2-4、第五翻轉(zhuǎn)桿2-5和第六翻轉(zhuǎn)桿2-6在所述底面的同一面方向分別繞著第一鉸鏈5-1、第二鉸鏈5-2、第三鉸鏈5-3、第四鉸鏈5-4、第五鉸鏈5_5和第六鉸鏈5_6轉(zhuǎn)動(dòng)， 轉(zhuǎn)動(dòng)到翻轉(zhuǎn)桿系垂直于所述底面位置，此時(shí)第一連桿3-1與第一三角形第二邊桿4-1-2重合，第二連桿3-2與第二三角形第二邊桿4-2-2重合，第三連桿3-3與第三三角形第二邊桿 4-3-2重合，第四連桿3-4與第四三角形第二邊桿4-4-2重合，第五連桿3_5與第五三角形第二邊桿4-5-2重合，第六連桿3-6與第六三角形第二邊桿4-6-2重合；繼續(xù)變胞時(shí)，所述第一三角形構(gòu)件4-1、第二三角形構(gòu)件4-2、第三三角形構(gòu)件
4-3、第四三角形構(gòu)件4-4、第五三角形構(gòu)件4-5和第六三角形構(gòu)件4-6分別繞第一三角形第二邊桿4-1-3、第二二角形第二邊桿4-2-3、第二二角形第二邊桿4-3-3、第四二角形第二邊桿4-4-3、第五三角形第三邊桿4-5-3和第六三角形第三邊桿4-6-3軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到第八鉸鏈5-8、第十鉸鏈5-10、第十二鉸鏈5-12、第十四鉸5-14鏈、第十六鉸鏈5_16和第十八
5-18鉸鏈重合位置，此時(shí)，所述一種多功能變胞機(jī)構(gòu)變成空間多面體構(gòu)型，使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。
權(quán)利要求
1.一種多功能變胞機(jī)構(gòu)，其特征是該機(jī)構(gòu)由底面、三角形構(gòu)件系、連桿系以及翻轉(zhuǎn)桿系構(gòu)成，所述底面為六邊形狀平面，由第一邊桿、第二邊桿、第三邊桿、第四邊桿、第五邊桿和第六邊桿組成，第一邊桿、第二邊桿、第三邊桿、第四邊桿、第五邊桿和第六邊桿首尾通過(guò)第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈連接；所述三角形構(gòu)件系由第一三角形構(gòu)件、第二三角形構(gòu)件、第三三角形構(gòu)件、第四三角形構(gòu)件、第五三角形構(gòu)件和第六三角形構(gòu)件組成，所述第一三角形構(gòu)件由第一三角形第一邊桿、第一三角形第二邊桿和第一三角形第三邊桿組成，第一三角形第一邊桿一端通過(guò)第八鉸鏈與第一三角形第二邊桿一端連接，第一三角形第一邊桿另一端通過(guò)第九鉸鏈與第一三角形第三邊桿一端連接，第一三角形第二邊桿另一端和第一三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第二三角形構(gòu)件由第二三角形第一邊桿、第二三角形第二邊桿和第二三角形第三邊桿組成，第二三角形第一邊桿一端通過(guò)第十鉸鏈與第二三角形第二邊桿一端連接，第二三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十一鉸鏈與第二三角形第三邊桿一端連接，第二三角形第二邊桿另一端和第二三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第三三角形構(gòu)件由第三三角形第一邊桿、第三三角形第二邊桿和第三三角形第三邊桿組成，第三三角形第一邊桿一端通過(guò)第十二鉸鏈與第三三角形第二邊桿一端連接，第三三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十三鉸鏈與第三三角形第三邊桿一端連接，第三三角形第二邊桿另一端和第三三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第四三角形構(gòu)件由第四三角形第一邊桿、第四三角形第二邊桿和第四三角形第三邊桿組成，第四三角形第一邊桿一端通過(guò)第十四鉸鏈與第四三角形第二邊桿一端連接，第四三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十五鉸鏈與第四三角形第三邊桿一端連接，第四三角形第二邊桿另一端和第四三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第五三角形構(gòu)件由第五三角形第一邊桿、第五三角形第二邊桿和第五三角形第三邊桿組成，第五三角形第一邊桿一端通過(guò)第十六鉸鏈與第五三角形第二邊桿一端連接，第五三角形第一邊桿另一端通過(guò)第十七鉸鏈與第五三角形第三邊桿一端連接，第五三角形第二邊桿另一端和第五三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述第六三角形構(gòu)件由第六三角形第一邊桿、第六三角形第二邊桿和第六三角形第三邊桿組成，第六三角形第一邊桿一端通過(guò)第十八鉸鏈與第六三角形第二邊桿一端連接，第六三角形第一邊桿另一端通過(guò)第七鉸鏈與第六三角形第三邊桿一端連接，第六三角形第二邊桿另一端和第六三角形第三邊桿另一端固結(jié)或鉸接；所述連桿系由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿和第六連桿組成，所述第一連桿一端連接在第七鉸鏈上，另一端連接在第八鉸鏈上；所述第二連桿一端連接在第九鉸鏈上，另一端連接在第十鉸鏈上；所述第三連桿一端連接在第十一鉸鏈上，另一端連接在第十二鉸鏈上；所述第四連桿一端連接在第十三鉸鏈上，另一端連接在第十四鉸鏈上； 所述第五連桿一端連接在第十五鉸鏈上，另一端連接在第十六鉸鏈上；所述第六連桿一端連接在第十七鉸鏈上，另一端連接在第十八鉸鏈上；所述翻轉(zhuǎn)桿系由第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿組成，所述第一翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第一鉸鏈上，另一端連接在第七鉸鏈上；所述第二翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第二鉸鏈上，另一端連接在第九鉸鏈上；所述第三翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第三鉸鏈上，另一端連接在第十一鉸鏈上；所述第四翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第四鉸鏈上，另一端連接在第十三鉸鏈上；所述第五翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第五鉸鏈上，另一端連接在第十五鉸鏈上；所述第六翻轉(zhuǎn)桿一端連接在第六鉸鏈上，另一端連接在第十七鉸鏈上。
2.一種多功能變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述多功能變胞機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時(shí)，底面、三角形構(gòu)件系、連桿系和翻轉(zhuǎn)桿系在同一平面內(nèi)，是一平面構(gòu)型；第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈的形心所在位置在同一圓內(nèi)，圓半徑大小等于第七鉸鏈形心與第八鉸鏈形心距離，等于第八鉸鏈與第九鉸鏈距離，等于第九鉸鏈與第十鉸鏈距離，等于第十鉸鏈與第十一鉸鏈距離，等于第十一鉸鏈與第十二鉸鏈距離，等于第十二鉸鏈與第十三鉸鏈距離，等于第十三鉸鏈與第十四鉸鏈距離，等于第十四鉸鏈與第十五鉸鏈距離，等于第十五鉸鏈與第十六鉸鏈距離，等于第十六鉸鏈與第十七鉸鏈距離，等于第十七鉸鏈與第十八鉸鏈距離，等于第十八鉸鏈與第七鉸鏈距離；第一邊桿長(zhǎng)度等于第一三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第二邊桿長(zhǎng)度等于第二三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第三邊桿長(zhǎng)度等于第三三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第四邊桿長(zhǎng)度等于第四三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第五邊桿長(zhǎng)度等于第五三角形第三邊桿長(zhǎng)度，第六邊桿長(zhǎng)度等于第六三角形第三邊桿長(zhǎng)度；第一連桿長(zhǎng)度等于第一三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第二連桿長(zhǎng)度等于第二三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第三連桿長(zhǎng)度等于第三三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第四連桿長(zhǎng)度等于第四三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第五連桿長(zhǎng)度等于第五三角形第二邊桿長(zhǎng)度，第六連桿長(zhǎng)度等于第六三角形第二邊桿長(zhǎng)度；第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度相同；所述多功能變胞機(jī)構(gòu)在變胞時(shí)，第一翻轉(zhuǎn)桿、第二翻轉(zhuǎn)桿、第三翻轉(zhuǎn)桿、第四翻轉(zhuǎn)桿、第五翻轉(zhuǎn)桿和第六翻轉(zhuǎn)桿在所述底面的同一面方向分別繞著第一鉸鏈、第二鉸鏈、第三鉸鏈、 第四鉸鏈、第五鉸鏈和第六鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到翻轉(zhuǎn)桿系垂直于所述底面位置，此時(shí)第一連桿與第一三角形第二邊桿重合，第二連桿與第二三角形第二邊桿重合，第三連桿與第三三角形第二邊桿重合，第四連桿與第四三角形第二邊桿重合，第五連桿與第五三角形第二邊桿重合，第六連桿與第六三角形第二邊桿重合；所述多功能變胞機(jī)構(gòu)繼續(xù)變胞時(shí)，所述第一三角形構(gòu)件、第二三角形構(gòu)件、第三三角形構(gòu)件、第四三角形構(gòu)件、第五三角形構(gòu)件和第六三角形構(gòu)件分別繞第一三角形第三邊桿、第二三角形第三邊桿、第三三角形第三邊桿、第四三角形第三邊桿、第五三角形第三邊桿和第六三角形第三邊桿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到第八鉸鏈、第十鉸鏈、第十二鉸鏈、第十四鉸鏈、第十六鉸鏈和第十八鉸鏈重合位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能變胞機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于當(dāng)多功能變胞機(jī)構(gòu)的底面為三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或九邊形其中任意一多邊形狀時(shí)，多功能變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法能夠使機(jī)構(gòu)在平面構(gòu)型與空間多面體構(gòu)型間轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。
全文摘要
一種多功能變胞機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，所述多功能變胞機(jī)構(gòu)由底面、三角形構(gòu)件系、連桿系以及翻轉(zhuǎn)桿系構(gòu)成。初始狀態(tài)時(shí)，各組成部分在同一平面內(nèi)，為平面構(gòu)型，一種多功能變胞機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法是翻轉(zhuǎn)桿系在所述底面同一側(cè)面方向翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)至與底面垂直狀態(tài)，然后所述三角形構(gòu)件系繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，使所述多功能變胞機(jī)構(gòu)變成空間多面體構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平面拓?fù)渑c空間多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間變化。該方法對(duì)任意多邊形狀的所述底面均可適用，該變胞機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法能夠應(yīng)用于航空航天、碼垛機(jī)器手、包裝機(jī)器人、捆扎機(jī)器人、簡(jiǎn)易房屋搭建等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102601796SQ20121009859
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者王汝貴 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)