CN101769294A - 一种铰链装置 - Google Patents

Abstract

一种铰链装置，包括三个串联的转动副，其中相互连接的两个转动副的轴线相垂直，另一转动副轴线通过所述相互垂直的轴线交点，三个转动副轴线在空间上汇交于该交点，形成ZYZ的欧拉角构型。本发明通过轴承等标准件将三个转动副三轴线交汇于一点，实现运动分离，可以实现三个自由度的空间旋转运动，而且构造简单，易于实现。三个转动副通过调整可交汇于空间一点，实现球铰同心转动功能，同时也成为欧拉角的一种实现形式，与普通三串联转动副转动机构相比，由于运动同心，使得机构的运动更为灵活，具有精度高、定位准、结构简单等优点。在应用到机器人上时使得控制算法上得以简化，易于求解。可以应用到机器人、机床等加工设备中。

Description

一种铰链装置

技术领域

本发明涉及一种铰链装置。它可用于机器人的球铰关节，完成三自由度运动功能。

技术背景

目前，对于串联机器人均采用各种关节对机器人末端位置和姿态进行调整。对于并联机器人，在调整结构位置和姿态时常常需要具有三个转动自由度的球铰结构。目前普遍应用的球铰，均采用球体加工或者球关节轴承，加工要求精度高，价格昂贵，并且内外存在间隙，难以消除，使得机器人整体精度下降。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种新型的球铰结构。它是由三个方向的转动机构实现整体的三维转动运动，且具有结构简单，易于调整，精度高和使用灵活等特点。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括三个串联的转动副，其中相互连接的两个转动副的轴线相垂直，另一转动副轴线通过所述相互垂直的轴线交点，三个转动副轴线在空间上汇交于该交点，形成ZYZ的欧拉角构型。

所述的三个转动副均包括内轴和外轴，内轴和外轴通过轴承连接。所述的三个转动副中第二转动副内轴固定在第一转动副外轴上，第二转动副外轴与第三转动副外轴通过连杆连接。在所述第二转动副外轴与第二转动副轴承垂直于轴线的接合面上设置垫片。在所述第二转动副轴承端盖和第二转动副外轴间安装垫片，通过调整螺钉固定。

本发明的有益效果为：

1.本发明是通过轴承等标准件将三个转动副三轴线交汇于一点，实现运动分离，可以实现三个自由度的空间旋转运动，而且构造简单，易于实现。

2.三个转动副通过调整可交汇于空间一点，实现球铰同心转动功能，同时也成为欧拉角的一种实现形式，与普通三串联转动副转动机构相比，由于运动同心，使得机构的运动更为灵活，具有精度高、定位准、结构简单等优点。在应用到机器人上时使得控制算法上得以简化，易于求解。

3.本发明采用轴承等标准件进行制造，具有成本低，易于实现，灵活性好、应用范围广等优点，可以应用到机器人、机床等加工设备中。

附图说明

图1为本发明原理结构图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明立体结构示意图。

图4为实施例2结构示意图。

图5为实施例2应用示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，本发明由三个转动副R1、R2和R3串联构成，其中转动副R1和R2，R2和R3的轴线相垂直，转动副R3的轴线通过转动副R1和R2的轴线交点O，转动副R1的轴线通过转动副R2和R3的轴线交点O，三个转动副轴线在空间上汇交于一点O，使整个机构构成ZYZ形式的欧拉角构型。本发明三个转动副形成三个自由度，实现球铰的转动功能。

如图2所示，本发明采用的三个转动副R1、R2和R3均包括内轴和外轴，内轴和外轴通过轴承连接。其中第二转动副内轴5固定在第一转动副外轴8上，第二转动副外轴9与第三转动副外轴10通过连杆3固定连接。

如图3所示，本发明为保证三个转动轴线交于同一中心，在第二转动副外轴9与其轴承4垂直于轴线的接合面上设置垫片；也可以在第二转动副轴承端盖11和第二转动副外轴9间安装垫片，通过调整螺钉12固定。第一转动副R1和第二转动副R2保证整个结构具备在同一坐标系下绕两个方向转动的功能，这两个转动是处于同一运动中心的，即R1和R2两个转动副交于一点O。而对于第三转动副R3绕其自身转动轴心的转动，可以通过调整垫片来保证第三转动副R3轴线与第一、第二转动副R1和R2轴线交于同一点O。此种调整简单易行，使得三个转动副R1、R2和R3轴线汇交于一点O，完成万向转动，代替球铰功能，实现机器位姿调整。

本发明的工作原理：

三个转动副串联到一起实现三自由度转动的位姿调整。假设将第一转动副内轴6固定，则第三转动副内轴1可以相对与O点实现三个自由度形式的旋转，到达空间各个位姿。本发明可做模块化处理，可用于机器人以及机床等各种加工设备中，灵活性较好。

实施例2：如图5所示，本发明应用于并联激光焊接机器人中。本发明的结构，如图4所示，包括两套铰链装置，每套铰链装置结构与实施例1相同，两套铰链共用第一转动副内轴6，即两铰链中的第一转动副外轴8和8’均安装在第一转动副内轴6上。如图1所示，每套转动副结构均包括顺次连接的三个转动副R1、R2和R3，其中转动副R1和R2，R2和R3的轴线相垂直，转动副R3的轴线通过转动副R1和R2的轴线交点O，转动副R1的轴线通过转动副R2和R3的轴线交点O，三个转动副轴线在空间上汇交于一点O，使整个机构构成ZYZ形式的欧拉角构型。

本发明可根据需要使用多组铰链，不限于上述两种形式，均共用一个内轴，即多组铰链的第一转动副外轴均通过轴承安装在第一转动副内轴6上。

Claims (5)

1.一种铰链装置，其特征在于：包括三个串联的转动副，其中相互连接的两个转动副的轴线相垂直，另一转动副轴线通过所述相互垂直的轴线交点，三个转动副轴线在空间上汇交于该交点，形成ZYZ的欧拉角构型。

2.按照权利要求1所述的铰链装置，其特征在于：所述的三个转动副均包括内轴和外轴，内轴和外轴通过轴承连接。

3.按照权利要求2所述的铰链装置，其特征在于：所述的三个转动副中第二转动副内轴固定在第一转动副外轴上，第二转动副外轴与第三转动副外轴通过连杆连接。

4.按照权利要求2所述的铰链装置，其特征在于：在所述第二转动副外轴与第二转动副轴承垂直于轴线的接合面上设置垫片。

5.按照权利要求2所述的铰链装置，其特征在于：在所述第二转动副轴承端盖和第二转动副外轴间安装垫片，通过调整螺钉固定。

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