一种单自由度球面翻转机构

1.本发明属于航空航天、机器人技术领域，涉及空间折展机构，特别涉及一种单自由度球面翻转机构。


背景技术：

2.中国专利cn101915292b公开了“一种单动力滚动球面四杆机构”，该机构通过单电机驱动四杆机构，实现了平面圆周的运动轨迹，但该机构只能实现单个圆周的滚动。本发明将三个反平行四边形球面单元首尾相连，得到了一个闭环机构，本发明可以在空间实现多个角度的翻转运动，同时保证其具有一个自由度。


技术实现要素：

3.本发明要解决的问题是提供一种单自由度球面翻转机构，通过对机构单元的设计，从而保证机构单元实现单自由度的运动，由三个球面单元首尾相连组成的整体机构，整体可以实现单自由度的空间翻转运动。
4.一种单自由度球面翻转机构包括第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c，第一和第二反平行四边形球面单元a、b通过第二和第五弯杆a-2、b-1的第二、第三连接关节a-2-3、b-1-3形成转动连接，第二和第三反平行四边形球面单元b、c通过第六和第九弯杆b-2、c-1的第四、第五连接关节b-2-3、c-1-3形成转动连接，第三和第一反平行四边形球面单元c、a通过第十和第一弯杆c-2、a-1的第六、第一连接关节c-2-3、a-1-3形成转动连接；第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c结构组成相同，该单自由度球面翻转机构可以实现空间翻转运动。
5.所述的第一反平行四边形球面单元a包括：第一弯杆a-1、第二弯杆a-2、第三弯杆a-3、第四弯杆a-4。
6.所述的第一反平行四边形球面单元a共有三层，最内层为第三弯杆a-3，中间层为第一、第二弯杆a-1、a-2，最外层为第四弯杆a-4；第一、第二弯杆a-1、a-2与第三、第四弯杆a-3、a-4实现转动连接，第一弯杆a-1的第一中心孔a-1-1与第三弯杆a-3的第五中心孔a-3-1实现转动连接，第一弯杆a-1的第二中心孔a-1-2与第四弯杆a-4的第八中心孔a-4-2实现转动连接，第二弯杆a-2的第三中心孔a-2-1与第四弯杆a-4的第七中心孔a-4-1实现转动连接，第二弯杆a-2的第四中心孔a-2-2与第三弯杆a-3的第六中心孔a-3-2实现转动连接。
7.所述的第一弯杆a-1包括第一中心孔、第二中心孔a-1-1、a-1-2和第一连接关节a-1-3，第一和第二中心孔a-1-1、a-1-2的轴线交于一点，第一连接关节a-1-3的中心孔轴线与第一连接关节a-1-3的上端面a-1-3-1垂直，第一连接关节a-1-3的上端面a-1-3-1与第一、第二中心孔a-1-1、a-1-2的轴线所形成的夹角相等。
8.所述的第二弯杆a-2包括第三中心孔、第四中心孔a-2-1、a-2-2和第二连接关节a-2-3，第三和第四中心孔a-2-1、a-2-2的轴线交于一点，第二连接关节a-2-3的中心孔轴线与第二连接关节a-2-3的下端面a-1-3-2垂直，第二连接关节a-2-3的下端面a-1-3-2与第三、
第四中心孔a-2-1、a-2-2的轴线所形成的夹角相等。
9.所述的第三弯杆a-3包括第五中心孔、第六中心孔a-3-1、a-3-2，第五和第六中心孔a-3-1、a-3-2的轴线交于一点。
10.所述的第四弯杆a-4包括第七中心孔、第八中心孔a-4-1、a-4-2，第七和第八中心孔a-4-1、a-4-2的轴线交于一点。
11.所述的第一反平行四边形球面单元a的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第二反平行四边形球面单元b的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第三反平行四边形球面单元c的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第一反平行四边形球面单元a、第二反平行四边形球面单元b、第三反平行四边形球面单元c的安装方式、单元结构、装配方式相同，第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c首尾相连，形成回环结构。
12.本发明的有益效果：本发明所述的一种单自由度球面翻转机构，可以实现空间翻转运动，同时该机构的各个组成单元之间只有转动关节，使得整体运动更为平稳流畅。该发明的各个组成单元采用反平行四边形球面的设计，使得整体具有更高的强度，结构简单，易于生产加工。本发明可以作为教学用具进行使用，也可以拓展到航天折展机构等相关应用。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。
14.图1一种单自由度球面翻转机构的整体结构图。
15.图2一种单自由度球面翻转机构反平行四边形球面单元结构示意图一。
16.图3一种单自由度球面翻转机构反平行四边形球面单元结构示意图二。
17.图4一种单自由度球面翻转机构中间层弯杆结构示意图一。
18.图5一种单自由度球面翻转机构中间层弯杆结构示意图二。
19.图6一种单自由度球面翻转机构最内层弯杆结构示意图。
20.图7一种单自由度球面翻转机构最外层弯杆结构示意图。
21.图8一种单自由度球面翻转机构反平行四边形球面单元结构示意图三。
22.图9一种单自由度球面翻转机构在空间进行翻转运动的示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.如图1所示，一种单自由度球面翻转机构包括第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c，第一和第二反平行四边形球面单元a、b通过第二和第五弯杆a-2、b-1的第二、第三连接关节a-2-3、b-1-3形成转动连接，第二和第三反平行四边形球面单元b、c通过第六和
第九弯杆b-2、c-1的第四、第五连接关节b-2-3、c-1-3形成转动连接，第三和第一反平行四边形球面单元c、a通过第十和第一弯杆c-2、a-1的第六、第一连接关节c-2-3、a-1-3形成转动连接；第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c结构组成相同，该单自由度球面翻转机构可以实现空间翻转运动。
25.如图2所示，所述的第一反平行四边形球面单元a共有三层，最内层为第三弯杆a-3，中间层为第一、第二弯杆a-1、a-2，最外层为第四弯杆a-4；第一、第二弯杆a-1、a-2与第三、第四弯杆a-3、a-4实现转动连接，第一弯杆a-1的第一中心孔a-1-1与第三弯杆a-3的第五中心孔a-3-1实现转动连接，第一弯杆a-1的第二中心孔a-1-2与第四弯杆a-4的第八中心孔a-4-2实现转动连接，第二弯杆a-2的第三中心孔a-2-1与第四弯杆a-4的第七中心孔a-4-1实现转动连接，第二弯杆a-2的第四中心孔a-2-2与第三弯杆a-3的第六中心孔a-3-2实现转动连接。
26.如图3所示，所述的第一反平行四边形球面单元a包括：第一弯杆a-1、第二弯杆a-2、第三弯杆a-3、第四弯杆a-4。
27.如图4所示，所述的第一弯杆a-1包括第一中心孔、第二中心孔a-1-1、a-1-2和第一连接关节a-1-3，第一和第二中心孔a-1-1、a-1-2的轴线交于一点，第一连接关节a-1-3的中心孔轴线与第一连接关节a-1-3的上端面a-1-3-1垂直，第一连接关节a-1-3的上端面a-1-3-1与第一、第二中心孔a-1-1、a-1-2的轴线所形成的夹角相等。
28.如图5所示，所述的第二弯杆a-2包括第三中心孔、第四中心孔a-2-1、a-2-2和第二连接关节a-2-3，第三和第四中心孔a-2-1、a-2-2的轴线交于一点，第二连接关节a-2-3的中心孔轴线与第二连接关节a-2-3的下端面a-1-3-2垂直，第二连接关节a-2-3的下端面a-1-3-2与第三、第四中心孔a-2-1、a-2-2的轴线所形成的夹角相等。
29.如图6所示，所述的第三弯杆a-3包括第五中心孔、第六中心孔a-3-1、a-3-2，第五和第六中心孔a-3-1、a-3-2的轴线交于一点。
30.如图7所示，所述的第四弯杆a-4包括第七中心孔、第八中心孔a-4-1、a-4-2，第七和第八中心孔a-4-1、a-4-2的轴线交于一点。
31.如图8和图9所示，所述的第一反平行四边形球面单元a的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第二反平行四边形球面单元b的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第三反平行四边形球面单元c的所有中心孔轴线始终变化地交于空间一点，所述的第一反平行四边形球面单元a、第二反平行四边形球面单元b、第三反平行四边形球面单元c的安装方式、单元结构、装配方式相同，第一、第二、第三反平行四边形球面单元a、b、c首尾相连，形成回环结构。