CN102444674A - 三自由度万向节 - Google Patents

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Abstract

一种三自由度万向节，包括第一连接座、第二连接座、双向铰接件及第三连接座。该第一连接座及第二连接座通过该双向铰接件沿相互垂直的第一轴方向及第二轴方向可旋转地装设于一起。该第三连接座与第二连接座沿垂直于该第一轴方向与第二轴方向的一第三轴方向可旋转的装设于一起。上述三自由度万向节具有结构简单、应用范围广的优点。

Description

三自由度万向节
技术领域
本发明涉及一种万向节，尤其涉及一种三自由度万向节。
背景技术
传统的万向节一般都只有两个自由度，而在一些复杂多自由度运动机构里，例如：并联六轴机器人中，就要求万向节具有三个自由度才能实现其运动，不然在运转时万向节就会卡死，进而对整个并联六轴机器人造成损伤。另外，现有的万向节结构比较复杂，体积比较笨重，运动灵活性也比较低。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种结构简单、运动灵活性高的三自由度万向节。
一种三自由度万向节，包括第一连接座、第二连接座及双向铰接件，该第一连接座及第二连接座通过该双向铰接件沿相互垂直的第一轴方向及第二轴方向可旋转地装设于一起，所述三自由度万向节还包括第三连接座，该第三连接座与第二连接座沿垂直于该第一轴方向与第二轴方向的一第三轴方向可旋转的装设于一起。
上述自由度万向节结构简单、造价成本低、实用性强，广泛应用于对多自由度有需求的机构或装置。通过增设的第三连接座，使得该三自由度万向节可绕相互垂直的三个轴向自由旋转，大大提高了应用该三自由度万向节的机构、装置等的运动灵活性。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的三自由度万向节的立体组装示意图。
图2是图1所示三自由度万向节的立体分解示意图。
图3是图1所示三自由度万向节的另一视角下的立体分解示意图。
图4是图1所示三自由度万向节沿IV-IV方向剖切的一剖视图。
图5是本发明较佳实施方式的三自由度万向节的旋转座的立体分解示意图。
图6是本发明较佳实施方式的三自由度万向节的旋转座的另一视角下的立体分解示意图。
主要元件符号说明
  三自由度万向节   100
  第一连接座   10
  基体   11
  铰接块   13、23
  铰接孔   132、232
  第二连接座   20
  基板   21
  安装顶面   211
  装配底面   212
  装配槽   213
  固定孔   215、8115
  双向铰接件   30
  侧面   31、32
  轴孔   313、323
  铰接轴   40
  连接销   50
  销体   51
  头部   53
  止脱孔   55
  销轴   60
  销孔   61
  螺钉   70、88
  第三连接座   80
  座体   81
  装配端   811
  连接端   812
  阶梯内孔   813
  装配部   8131
  调节部   8132
  抵持部   8135
  转轴   83
  主轴部   831
  固接孔   8315
  连接部   833
  调节轴部   835
  圆锥滚子轴承   85
  轴承压盖   87
  压合面   871
  外表面   873
  安装部   874
  固接孔   875
  轴孔   876
  抵持环   878
  止推滚针轴承   89
具体实施方式
本发明三自由度万向节可广泛应用于各类复杂多自由度运动机构上，以提升该运用该三自由度万向节的机构、装置等的运动灵活性。下面将结合附图及具体实施方式对本发明较佳实施方式的三自由度万向节应用于一并联六轴机器人(图未示)为例作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明较佳实施方式的三自由度万向节100包括第一连接座10、第二连接座20、双向铰接件30、二铰接轴40、连接销50、销轴60及第三连接座80。第一连接座10与第二连接座20通过双向铰接件30、二铰接轴40、连接销50及旋转销轴60沿两个相互垂直的第一轴方向(亦即图1所示第一自由度X轴方向)及第二轴方向(亦即图1所示第二自由度Y轴方向)可旋转地装设于一起。第三连接座80与第二连接座20沿垂直于该第一轴方向与第二轴方向的一第三轴方向(亦即图1所示第三自由度Z轴方向)可旋转的装设于一起。
请一并参阅图2及图3，第一连接座10横截面大致呈‘ㄇ’形块状，包括基体11及相对间隔的凸设于该基体11上的二铰接块13。二铰接块13的末端分别相对朝向的贯通开设有一铰接孔132，该二铰接块13的铰接孔132位于同一轴线上。
第二连接座20的结构与第一连接座10的结构大致相当，包括基板21及相对凸设于该基板21上的二铰接块23。基板21呈矩形板状，包括安装顶面211及与该安装顶面211相对的装配底面212。基板21的安装顶面211上大致中部位置处朝向装配底面212方向凹设有一大致圆柱形的装配槽213。对应地，装配槽213的底部朝向基板21的装配底面212方向相邻间隔地贯通开设有二固定孔215。二铰接块23相对凸设于基板21的装配底面212上且邻近基板21的二侧缘中部位置处，该二铰接块23相对位于二固定孔215的两侧，每一铰接块23上邻近其末端位置处分别朝向另一铰接块23方向贯通开设有一铰接孔232，该二铰接孔232同轴设置。二铰接块23之间间隔的距离与第一连接座10的二铰接块13之间间隔的距离相当。当第一连接座10的二铰接块13与第二连接座20的二铰接块23交叉组装一起时，第一连接座10的二铰接块13与第二连接座20的二铰接块23相互围成一大致矩形的装设空间(图未示)，以将双向铰接件30装设于该装设空间内。
双向铰接件30在本实施例中大致呈矩形块状，夹设于由第一连接座10的二铰接块13与第二连接座20的二铰接块23围成的装设空间内，以将第一连接座10与第二连接座20可沿两个相互垂直的自由度方向旋转地装设于一起。双向铰接件30的相邻二侧面31、32上朝向其各自相对的另一侧面上分别贯通开设有一轴孔313、323，对应地，于双向铰接件30内形成一与该双向铰接件30的四个侧面均相互连通的十字孔(图未标)。轴孔313、323的直径与第一连接座10的铰接孔132及第二连接座20上的铰接孔232相当。
二铰接轴40为二中空短轴，其内沿轴向贯通开设有一连接内孔(图未标)。该二铰接轴40的一端分别固接于第一连接座10的二铰接块13的铰接孔132内，另一端分别相对可旋转的装设于双向铰接件30的轴孔313的两端内，以将第一连接座10与双向铰接件30可旋转装设于一起。
连接销50大致呈T形轴状，包括大致圆柱体轴状的销体51及设于销体51的一末端的横截面直径大于销体51的头部53。销体51的直径与铰接轴40的连接内孔的直径相当，销体51的长度略大于二铰接轴40及双向铰接件30的轴孔313的长度之和。销体51上与头部53相对的另一端贯通开设有一止脱孔55。
销轴60为一长轴，其大致中部位置处对应连接销50贯通开设有一销孔61，销轴60组装时穿过双向铰接件30的轴孔323，销轴60的两端分别装设于第二连接座20的二铰接块23的铰接孔232内。
请一并参阅图5及图6，第三连接座80包括座体81、调整螺母82、转轴83、圆锥滚子轴承85、轴承压盖87及止推滚针轴承89，座体81呈中空矩形柱体状，包括一装配端811及一与该装配端811相对的连接端812。装配端811端面上邻近其周缘四个角落位置处分别凹设一固定孔8115。座体81内沿轴向方向被贯通并形成孔径由装配端811朝向连接端812方向依次逐渐缩小的阶梯内孔813。阶梯内孔813包括一凹设于该装配端811内的轴孔状的装配部8131及一朝向该连接端812凹设的轴孔状的调节部8132，该装配部8131与该调节部8132相接位置处形成一抵持部8135(请参阅图4所示)。
转轴83通过圆锥滚子轴承85可旋转地装设并容置于该座体81的阶梯内孔813内，转轴83包括主轴部831、连接部833及调节轴部835，主轴部831及调节轴部835相对位于该连接部833的两端，且轴径尺寸均大于该连接部833的轴径尺寸。该主轴部831上远离该调节轴部835的末端端面上对应第二连接座20的基板21上的二固定孔215凹设有二固接孔8315，以将该转轴83的主轴部831与第二连接座20固接于一起。调节轴部835的外周壁上设置有螺纹，以与调整螺母82螺接于一起。
圆锥滚子轴承85套设于转轴83的主轴部831上，随同该转轴83装设于座体81内；组装时，该圆锥滚子轴承85的外周壁对应紧抵于座体81的装配部8131内壁上，该圆锥滚子轴承85朝向连接端812一端的周缘对应抵靠于抵持部8135上。
轴承压盖87罩设于座体81的装配端811将圆锥滚子轴承85收容于座体81的装配部8131内，并夹设于轴承压盖87与抵持部8135之间。轴承压盖87呈大致矩形板状，其周缘尺寸与座体81的周缘尺寸相当，以使该轴承压盖87可完整地固定罩设于该座体81的装配端811上。该轴承压盖87上邻近其周缘的四个角落位置处对应座体81上的四固定孔8115分别贯通开设有一固接孔875。轴承压盖87包括压合面871及与压合面871相对的外表面873，该外表面873上朝向压合面871方向凹设形成一圆柱形安装部874，该安装部874的中部对应所述转轴83朝向压合面871方向贯通开设有一轴孔876，以利于该转轴83的主轴部831的末端从该轴孔876伸出以与该第二连接座20固接。压合面871上围绕该轴孔876凸设有一圆柱形抵持环878，该抵持环878的外径尺寸与座体81的装配端811的装配部8131的内径尺寸相当。
止推滚针轴承89对应装设于轴承压盖87的安装部874内并套设于该转轴83的主轴部831上邻近其末端位置处。
请一并参阅4，组装第三连接座80时，先将该调整螺母82螺接于转轴83的调节轴部835上，接下来，将圆锥滚子轴承85套设于该转轴83的主轴部831上，并随同该转轴83及调整螺母82从座体81的装配端811伸入直至该圆锥滚子轴承85完整地收容于座体81的装配部8131内。圆锥滚子轴承85朝向调整螺母82的一端抵靠于调整螺母82上，对应地，调节螺母82随同转轴83的调节轴部835收容于调节部8132内，该圆锥滚子轴承85朝向调整螺母82的一端面周缘抵靠于阶梯内孔813的抵持部8135上。再接下来，将轴承压盖87罩设于座体81的装配端811，并通过四个螺钉88穿过轴承压盖87上的固接孔875将该轴承压盖87与座体81固接于一起。该转轴83的主轴部831末端穿过轴承压盖87的轴孔876露出于外，该轴承压盖87的抵持环878对应紧配合收容于座体81的装配端811的装配部8131内。抵持环878抵持于圆锥滚子轴承85上，将圆锥滚子轴承85夹设于轴承压盖87与抵持部8135之间。最后，将止推滚针轴承89装设于轴承压盖87的安装部874内并套设于该转轴83的主轴部831末端上，即完成所述第三连接座80的组装。
组装三自由度万向节100时，先将两个螺钉70穿过第二连接座20的基板21上的二固定孔215，并对应螺接于该转轴83的主轴部831末端的二固接孔8315内，从而将第二连接座20固定装设于该第三连接座80的转轴83的末端。接下来，将双向铰接件30放置于该第二连接座20的二铰接块23之间，将销轴60依次穿过一铰接块23上的铰接孔232、双向铰接件30的轴孔323及另一铰接块23上的铰接孔232，使该销轴60的两端分别装设于第二连接座20的二铰接块23的铰接孔232内，该销轴60中部的销孔61与双向铰接件30的轴孔313对准并位于同一轴线上。再接下来，将第一连接座10的二铰接块13对准该双向铰接件30的两侧，并使该铰接块13上的铰接孔132与双向铰接件30的轴孔313对准，将二铰接轴40分别穿过该二铰接块13上的铰接孔132并铰接于该双向铰接件30的轴孔313的相对两端。最后，将连接销50的销体51依次穿过一铰接轴40、双向铰接件30的轴孔313的一端、销轴60中部的销孔61并从轴孔313的另一端伸出，最后穿过另一铰接轴40，并通过一止脱栓(图未示)穿过设于连接销50末端的止脱孔55防止该连接销50脱出，即完成所述三自由度万向节100的安装。
请再次参阅图1，三自由度万向节100使用时，该第一连接座10通过该双向铰接件30与第二连接座20可旋转地装设于一起，其中，该第一连接座10相对第二连接座20可绕第一轴(即图1所示X轴)及第二轴(即图1所示Y轴)两个自由度方向旋转。第三连接座80相对第二连接座20可绕该垂直于所述X轴及Y轴所在平面的第三轴(即图1所示Z轴)方向旋转地装设于一起。
所述三自由度万向节100结构简单、造价成本低、实用性强，广泛应用于对多自由度有需求的机构或装置。通过增设第三连接座80，使得该三自由度万向节100可绕第一轴(即图1所示X轴)、第二轴(即图1所示Y轴)及第三轴(即图1所示Z轴)三个自由度自由旋转，大大提高了应用该三自由度万向节100的机构、装置等的运动灵活性。该三自由度万向节100通过在结构设计上采用高刚性的圆锥滚子轴承85和止推滚针轴承89相结合，大大增强了三自由度万向节100绕Z轴第三自由度的旋转性能，而且通过锁紧调整螺母82可调节、控制第三连接座80旋转时圆锥滚子轴承85相对座体81内壁及轴承压盖87之间的间隙，提高所述三自由度万向节100的旋转精度。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内作其它变化，当然，这些依据本发明精神所作的变化，都包含在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种三自由度万向节，包括第一连接座、第二连接座及双向铰接件，该第一连接座及第二连接座通过该双向铰接件沿相互垂直的第一轴方向及第二轴方向可旋转地装设于一起，其特征在于：所述三自由度万向节还包括第三连接座，该第三连接座与第二连接座沿垂直于该第一轴方向与第二轴方向的一第三轴方向可旋转的装设于一起。
2.如权利要求1所述的三自由度万向节，其特征在于：该第三连接座包括座体、转轴及圆锥滚子轴承，座体呈中空柱体状，包括一装配端及一与该装配端相对的连接端；所述圆锥滚子轴承可旋转地套设于该转轴上并随同该转轴装设于座体内，该转轴的一端从该装配端伸出并固接于所述第二连接座上。
3.如权利要求2所述的三自由度万向节，其特征在于：该座体内沿轴向方向被贯通并形成孔径由该装配端朝向连接端方向依次逐渐缩小的阶梯内孔，该阶梯内孔包括凹设于该装配端内的装配部、朝向该连接端凹设的调节部以及形成于装配部与调节部相接位置处的抵持部；所述第三连接座还包括轴承压盖，该轴承压盖罩设于该座体的装配端，将所述圆锥滚子轴承收容于座体的装配部内，并夹设于该轴承压盖与抵持部之间。
4.如权利要求3所述的三自由度万向节，其特征在于：所述转轴包括主轴部、连接部及调节轴部，主轴部及调节轴部相对位于该连接部的两端，该调节轴部的外周壁上设置有螺纹；该圆锥滚子轴承可旋转地套设于主轴部上，该圆锥滚子轴承的外周壁对应紧抵于座体的装配部内壁上，其朝向调节轴部一端的周缘对应抵靠于抵持部上；第三连接座还包括调整螺母，该调整螺母螺接于调节轴部上并抵靠于该圆锥滚子轴承上。
5.如权利要求3或4所述的三自由度万向节，其特征在于：所述轴承压盖包括压合面及与该压合面相对的外表面，该压合面对应压抵于所述座体的装配端上，该外表面上朝向压合面方向凹设形成一圆柱形安装部，该安装部的中部贯通开设有一轴孔；该转轴的主轴部末端从该轴孔伸出并固接于第二连接座上，第三连接座还包括止推滚针轴承，该止推滚针轴承对应装设于所述轴承压盖的安装部内并套设于该转轴的主轴部上邻近其末端位置处。
6.如权利要求5所述的三自由度万向节，其特征在于：所述压合面上围绕该轴孔凸设有一个圆柱形的抵持环，该抵持环的外径尺寸与所述座体的装配端的装配部的内径尺寸相当；该抵持环对应紧配合收容于座体的装配部内并抵持于该圆锥滚子轴承上，将该圆锥滚子轴承夹设于该轴承压盖与抵持部之间。
7.如权利要求5所述的三自由度万向节，其特征在于：该装配端端面上邻近其周缘四个角落位置处分别凹设一固定孔，该轴承压盖上邻近其周缘的四个角落位置处对应该四固定孔分别贯通开设有一固接孔，该轴承压盖通过四个螺钉固定装设于座体的装配端。
8.如权利要求5所述的三自由度万向节，其特征在于：第二连接座包括基板及相对凸设于该基板上的二铰接块，基板上凹设一个装配槽，该转轴的主轴部末端装设于该基板的装配槽内，并与第二连接座固定装设于一起。
9.如权利要求8所述的三自由度万向节，其特征在于：所述第一连接座包括基体及相对间隔的凸设于该基体上的二铰接块，该第一连接座及第二连接座上的二铰接块上均分别相对朝向的贯通开设有一铰接孔；该第一连接座的二铰接块与第二连接座的二铰接块交叉组装一起，将所述双向铰接件收容于该四铰接块围成的装设空间内，并使该第一连接座与第二连接座可沿两个相互垂直的第一轴及第二轴二个自由度方向可旋转地铰接于一起。
10.如权利要求9所述的三自由度万向节，其特征在于：该双向铰接件的相邻二侧面上分别贯通开设有一轴孔，并于该双向铰接件内形成一与该双向铰接件的四个侧面均相互连通的十字孔；所述三自由度万向节还包括二铰接轴及销轴；该销轴穿过双向铰接件的轴孔，两端分别固定装设于该第二连接座的二铰接块上；所述二铰接轴相对装设于该双向铰接件的另一轴孔的两端，并分别铰接于所述第一连接座的二铰接块的铰接孔内。
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