一種基于磁性復合球鉸的五胞體機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種五胞體機構，具體的講是基于磁性連接的一種復合球鉸，和基于此構建的一種五胞體機構。
【背景技術】
[0002]球鉸結構形式多樣，常用于兩構件具有三個相對轉動的情況，由于相對運動情況較為復雜，所以在實現多桿件匯交連接于同一點，并同時實現各個桿件相互為球鉸連接的機械結構設計并不多見。空間連桿機構，結構緊湊，利用自身結構變形，運動形式多樣。
[0003]中國專利CN203035739U公開了一種“球鉸總成”，它提出了一種用于汽車轉向的兩桿球鉸連接結構。該結構方案簡單，加入了帶有剛性卡槽和剛性緊固支撐件的防塵罩，增加防塵罩使用壽命。但該結構僅限于兩桿以球鉸形式連接，且其兩桿間相對運動范圍較小。
[0004]中國專利CN101973319A公開了一種“滾動六面體步行機構”，它提出了一種滾動步行的六面體移動機構。該機構由4個支鏈和2個十字桿組成，每個十字桿分別與四個支鏈的一端連接，并由2個電機驅動，但該機構變形較小。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的問題是提供一種用于多桿件以球鉸匯交連接于一點，并提供大范圍運動的連接方式；并以此為基礎，構建了一種五胞體機構。
[0006]本發明的技術方案:
[0007]—種基于磁性復合球鉸的五胞體機構，該機構包括:完全相同的第一至第五復合球鉸和完全相同的第一至第十伸縮桿。
[0008]第一復合球鉸包括空心鐵球、兩個完全相同的一類接頭、兩個完全相同的二類接頭；一類接頭和二類接頭通過磁力吸附于空心鐵球表面；第二至第五復合球鉸與第一復合球鉸連接方式完全相同。
[0009]—類接頭包括:小端連接件、圓柱磁鐵、套筒、滾珠；連接關系為:圓柱磁鐵放置于套筒端部，并在套筒中部螺紋孔內安裝螺釘，用以將圓柱磁鐵固定在套筒端部；小端連接件用螺釘固定于套筒端部螺紋孔，并使小端連接件連接孔一端朝外；滾珠通過磁力吸附于套筒和空心鐵球之間。
[0010]二類接頭包括:通孔連接件、圓柱磁鐵、套筒、滾珠；二類接頭連接方式與一類接頭連接關系相同，通孔連接件與套筒固定，小孔一端朝外。
[0011]第一伸縮桿與一類接頭和二類接頭的連接關系為:第一伸縮桿小端插入一類接頭的小端連接件，實現固連；大端與二類接頭的通孔連接件通過螺釘連接；第二至第十伸縮桿與相應接頭連接方式與第一伸縮桿和一類接頭和二類接頭的連接方式相同。
[0012]本發明和已有技術相比具有的有益效果:
[0013]本發明利用磁性球鉸構建了一個具有自身穿越運動的五胞體機構。本發明所述的磁性復合球鉸，實現了多桿件以球鉸匯交連接于一點，并在此基礎上實現桿件相互之間大范圍自由運動，結構簡單，對多桿件匯交連接提供了一種有效的解決方案。同時，以此為基礎構造的五胞體機構受益于復合球鉸的特性，實現了一種立體圖形機構的自身穿越運動。為中小學生提供對幾何形體及移動機構的認識，可用于制作機構教具、玩具，也可用于制作軍用探測機器人。
【附圖說明】
[0014]圖1五胞體機構整體三維圖；
[0015]圖2復合球鉸三維圖；
[0016]圖3 —類接頭和二類接頭爆炸視圖；
[0017]圖4 一類接頭內部連接方式示意圖；
[0018]圖5套筒剖視圖；
[0019]圖6小端連接件剖視圖；
[0020]圖7通孔連接件剖視圖；
[0021]圖8伸縮桿三維圖；
[0022]圖9穿越運動步態順序不意圖；
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0024]—種基于磁性復合球鉸的五胞體機構，如圖1所示，五胞體機構包括:完全相同的第一至第五復合球鉸1、2、3、4、5和完全相同的第一至第十伸縮桿6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。
[0025]如圖2所示，每個復合球鉸包括空心鐵球1-1、兩個完全相同的一類接頭1-2、兩個完全相同的二類接頭1-3 類接頭1-2和二類接頭1-3通過磁力吸附于空心鐵球1-1表面；第二至第五復合球鉸2、3、4、5與第一復合球鉸I連接方式完全相同。
[0026]如圖3所示，一類接頭1-2包括:小端連接件1-2-1、圓柱磁鐵1_2_2、套筒1_2_3、滾珠1-2-4 ;如圖4所示，連接關系為:圓柱磁鐵1-2-2放置于套筒1-2-3端部，并在套筒1-2-3中部螺紋孔l-2_3_b內安裝螺釘，用以將圓柱磁鐵1-2-2固定在套筒1-2-3端部；小端連接件1-2-1用螺釘固定于套筒1-2-3端部螺紋孔1-2-3-a，并使小端連接件1_2_1連接孔一端朝外；滾珠1-2-4通過磁力吸附于套筒1-2-3和空心鐵球1-1之間。
[0027]二類接頭1-3包括:通孔連接件1-3-1、圓柱磁鐵1_2_2、套筒1_2_3、滾珠1_2_4 ；二類接頭1-3連接方式與一類接頭1-2連接關系相同，通孔連接件1-3-1與套筒1-2-3固定，小孔一端朝外。
[0028]第一伸縮桿6與一類接頭1-2和二類接頭1-3的連接關系為:第一伸縮桿6小端插入一類接頭1-2的小端連接件1-2-1，實現固連；大端與二類接頭1-3的通孔連接件1-3-1通過螺釘連接；第二至第十伸縮桿7、8、9、10、11、12、13、14、15與相應接頭連接方式與第一伸縮桿6和一類接頭1-2和二類接頭1-3的連接方式相同。
[0029]將第一至第十伸縮桿連接到第一支第五復合球鉸后，則構成如圖1所示五胞體機構。
[0030]在機構初始構型如圖1所示的情況下，保持第一復合球鉸I和第三復合球鉸3之間的相互位置不變，使第一復合球鉸1、第三復合球鉸3和第一伸縮桿6整體垂直于第二復合球鉸2、第四復合球鉸4和第五復合球鉸5所構成平面的方向，向平面移動，如圖9a所示。并逐步經歷第三復合球鉸3和所述平面共面，圖％、第三復合球鉸3整體穿過所述平面，圖9c、第一復合球鉸I和所述平面共面，圖9d、第一復合球鉸I整體穿過所述平面，圖9e。當完成圖9所示一個循環后，我們說五胞體機構完成了一次穿越運動。五胞體機構可沿任意兩復合球鉸方向穿越另三個復合球鉸所構成平面完成一次穿越運動，此過程是無限循環的，也是實現機構在伸縮桿為主動的情況下，完成連續運動的基礎。
【主權項】
1.一種基于磁性復合球鉸的五胞體機構，其特征在于:五胞體機構包括完全相同的第一至第五復合球鉸(1、2、3、4、5)和完全相同的第一至第十伸縮桿(6、7、8、9、10、11、12、13、.14、15)； 第一復合球鉸(I)包括空心鐵球(1-1)、兩個完全相同的一類接頭(1-2)、兩個完全相同的二類接頭(1-3)類接頭(1-2)和二類接頭(1-3)通過磁力吸附于空心鐵球(1-1)表面；第二至第五復合球鉸(2、3、4、5)與第一復合球鉸(I)連接方式完全相同； 一類接頭(1-2)包括:小端連接件(1-2-1)、圓柱磁鐵(1-2-2)、套筒(1-2-3)、滾珠(1-2-4);連接關系為:圓柱磁鐵(1-2-2)放置于套筒(1-2-3)端部，并在套筒(1_2_3)中部螺紋孔(1-2-3-b)內安裝螺釘，用以將圓柱磁鐵(1-2-2)固定在套筒(1-2-3)端部；小端連接件(1-2-1)用螺釘固定于套筒(1-2-3)端部螺紋孔(1-2-3-a)，并使小端連接件(1_2_1)連接孔一端朝外；滾珠(1-2-4)通過磁力吸附于套筒(1-2-3)和空心鐵球(1-1)之間； 二類接頭(1-3)包括:通孔連接件(1-3-1)、圓柱磁鐵(1-2-2)、套筒(1-2-3)、滾珠(1-2-4) ;二類接頭(1-3)連接方式與一類接頭(1-2)連接關系相同，通孔連接件(1-3-1)與套筒(1-2-3)固定，小孔一端朝外； 第一伸縮桿(6)與一類接頭(1-2)和二類接頭(1-3)的連接關系為:第一伸縮桿(6)小端插入一類接頭(1-2)的小端連接件(1-2-1)，實現固連；大端與二類接頭(1-3)的通孔連接件(1-3-1)通過螺釘連接；第二至第十伸縮桿(7、8、9、10、11、12、13、14、15)與相應接頭連接方式與第一伸縮桿(6)和一類接頭(1-2)和二類接頭(1-3)的連接方式相同。
【專利摘要】一種基于磁性復合球鉸的五胞體機構，該機構包括：完全相同的第一至第五復合球鉸(1、2、3、4、5)和完全相同的第一至第十伸縮桿(6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)，構成一個空間五胞體機構。該機構可沿任意兩復合球鉸方向穿越另三個復合球鉸所構成平面完成一次穿越運動，此過程是無限循環的，可實現機構在伸縮桿為主動的情況下的連續運動。可為中小學生提供對幾何形體及移動機構的認識，可用于制作機構教具、玩具，也可用于制作軍用探測機器人。
【IPC分類】B62D57/02
【公開號】CN105083406
【申請號】CN201510357532
【發明人】姚燕安, 王志瑞, 李銳明
【申請人】北京交通大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月25日