基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构

本发明涉及具有锁定能力展开机构，尤其涉及一种基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构设计。

背景技术：

1、展开结构广泛运用在工业、医疗、探索等领域，其优势在易于安置的收缩态，适应不同要求的展开态以及可控路径的展开过程。展开结构在完成变形后，需要通过锁定的设计来抵抗载荷以维持外形。传统的锁定设计通常是在已有的展开结构上设计额外的锁定机构，例如通过插销、桅杆轨道、倒钩凹槽、弹簧装置等将机构的可动关节锁死，使得自由度降低，实现整体结构的锁定。

2、而将展开与锁定结合在一起的多稳态结构设计中，以能量型和接触变胞多稳态结构为主。能量型多稳态结构依靠的是势能在特定姿态下的极小值实现锁定，现有的储能结构为弯曲梁、弹簧、电磁铁、折纸结构。接触变胞依靠的是改变构件之间的接触面或相互作用力，从而改变整体的拓扑结构，实现锁定]。极少数利用机构奇异性的设计，集中在了类bricard单环与万向铰，并且通常不适用于锁定。

3、此外，现有的奇异变胞机构是在并联机构的基础上进行设计，由于传统并联机构的支链设计为单支链直接连接两个平台之间，整体的刚度会在不同方向上受到限制，导致此机构刚度较低。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构，结构简单，具有更高的刚度和稳定性。

2、根据本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构，包括：

3、第一平台和第二平台，所述第一平台和所述第二平台彼此相对设置；

4、多个运动链，多个所述运动链并联于所述第一平台和所述第二平台之间，用于约束所述第一平台相对于所述第二平台的伸缩变形；每个所述运动链包括一个第一耦合构件、两个第二耦合构件、一个主支链、一个耦合支链，所述第一耦合构件与所述第一平台枢转连接，两个所述第二耦合构件与所述第二平台枢转连接且位于所述第二平台的不同位置处，所述主支链的两端分别对应地与所述第一耦合构件和两个所述第二耦合构件中的一个所述第二耦合构件枢转连接，所述耦合支链的两端分别对应地与所述第一耦合构件和两个所述第二耦合构件中的另一个所述第二耦合构件枢转连接；当每个所述运动链在所述伸缩变形过程中出现奇异位置时，所述耦合支链对所述主支链进行锁定和解锁。

5、根据本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构，工作时，通过多个并联的运动链来约束第一平台相对于第二平台的伸缩变形，当运动链在第一平台相对于第二平台伸长变形中出现一个奇异位置时，耦合支链可通过自身的局部自由度对主支链进行锁定，使得运动链变成不可伸缩的固定结构，从而使得伸长状态的本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构成为固定结构，而此时处于锁定状态的主支链303也可以通过耦合支链自身的局部自由度进行解锁，使得运动链可进行伸缩运动，也即使得本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构可进行伸缩变形；当运动链在第一平台相对于第二平台收缩变形中出现另一个奇异位置时，耦合支链可通过自身的局部自由度对主支链进行锁定，使得运动链变成不可伸缩的固定结构，从而使得伸长状态的本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构成为固定结构，而此时处于锁定状态的主支链303也可以通过耦合支链自身的局部自由度进行解锁，使得运动链可进行伸缩运动，也即使得本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构可进行伸缩变形。

6、根据本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构，相比于现有技术而言，具有如下的优势：一方面，由于第一平台和第二平台之间采用了由多个并联的运动链构成的并联机构，并在并联机构的运动链中引入耦合支链，提高了整体机构的刚度；另一方面，每个运动链在第一平台相对于第二平台伸缩变形过程中出现奇异位置时，耦合支链可通过自身的局部自由度对主支链进行锁定，使得本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构成为固定结构，提高了整体机构的稳定性，而此时处于锁定状态的主支链303也可以通过耦合支链自身的局部自由度进行解锁，使得运动链可进行伸缩运动，也即使得本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构可进行伸缩变形。总之，本发明实施例的基于耦合支链奇异变胞的展开锁定一体化机构具有更高的刚度与稳定性。

7、在一些实施例中，所述第一平台上的所述第一耦合构件的数量与所述第二平台上的所述第二耦合构件的数量相同且分别沿周向间隔分布；每个所述第一耦合构件分别通过一个所述主支链和一个所述耦合支链与相邻的两个所述第二耦合构件相连，每个所述第二耦合构件分别通过一个所述主支链和一个所述耦合支链与相邻的两个所述第一耦合构件相连。

8、在一些实施例中，每个所述第一耦合构件包括第一杆和第二杆，所述第一杆和所述第二杆呈v形布置，所述第一杆的一端和所述第二杆的一端固定且与所述第一平台枢转连接，所述第一杆的另一端用于与所述主支链的一端枢转连接，所述第二杆的另一端用于与所述耦合支链的一端枢转连接。

9、在一些实施例中，每个所述第二耦合构件包括第三杆和第四杆，所述第三杆和所述第四杆呈v形布置，所述第三杆的一端和所述第四杆的一端固定且与所述第二平台枢转连接，所述第三杆的另一端用于与所述主支链的另一端枢转连接，所述第四杆的另一端用于与所述耦合支链的另一端枢转连接。

10、在一些实施例中，在同一个所述运动链中，所述主支链包括第五杆，所述第五杆的两端分别与所述第一杆的另一端与两个所述第二耦合构件中的一个所述第二耦合构件的所述第三杆的另一端枢转连接，且所述第五杆的两端枢转轴线彼此平行；所述耦合支链包括第六杆、第七杆和第八杆，所述第六杆的一端与所述第二杆的另一端枢转连接，所述第六杆的另一端与所述第七杆的一端枢转连接，所述第七杆的另一端与所述第八杆的一端枢转连接，所述第八杆的另一端与两个所述第二耦合构件中的另一个所述第二耦合构件的所述第四杆的另一端枢转相连，且所述第七杆的两端枢转轴线彼此平行；

11、当所述运动链出现奇异位置时，所述第七杆的两端枢转轴线与所述第五杆的两端枢转轴线相互平行，所述第六杆的一端枢转轴线与所述第八杆的另一端枢转轴线同轴，此时，所述第七杆可绕所述第六杆和所述第八杆旋转，若所述第七杆的两端枢转轴线与所述第五杆的两端枢转轴线相互之间处于非平行状态，则所述耦合支链锁定所述主支链，若所述第七杆的两端枢转轴线与所述第五杆的两端枢转轴线相互之间处于平行状态，则所述耦合支链解锁所述主支链。

12、在一些实施例中，所述第一平台上固定有与所述第一耦合构件数量相同的第一基座，所述第一基座与所述第一耦合构件一一对应地枢转连接；

13、所述第二平台上固定有与所述第二耦合构件数量相同的第二基座，所述第二基座与所述第二耦合构件一一对应地枢转连接。

14、在一些实施例中，多个所述第一基座与多个所述第二基座在所述伸缩变形的方向上彼此正对。

15、在一些实施例中，在同一所述运动链中，所述耦合支链位于彼此正对的所述第一基座和所述第二基座之间。

16、在一些实施例中，所述第一平台和所述第二平台均为环体，多个所述第一基座均位于所述第一平台的内侧，多个所述第二基座均位于所述第二平台的内侧。

17、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。