CN106313105B - 一种两自由度关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多自由度关节技术领域，尤其涉及一种两自由度关节结构，其包括U型固定板、与所述U型固定板能够相对转动的U型连接板、第一自由度机构以及设置在所述U型连接板上的第二自由度机构；所述U型固定板的底板与所述U型连接板的底板相对设置，所述U型连接板的第一侧板通过所述第一自由度机构连接在所述U型固定板的第一侧板的内侧，所述U型连接板的第二侧板转动连接在所述U型固定板的第二侧板的内侧。本发明结构简单，设计合理，安装、使用以及控制方便，通用性和实用性较强，使用寿命长，便于推广使用。

Description

一种两自由度关节结构

技术领域

本发明涉及多自由度关节技术领域，尤其涉及一种两自由度关节结构。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人种类不断增多，对机器人关节的灵活性、紧凑性、智能性、可控性的要求越来越高。两自由度关节指具有两个轴线垂直相交自由度的关节，这种关节的原型在人体和动物体上普遍存在，比如人体和其他行走类动物的颈关节、腕关节、踝关节、指根关节、腰关节，螃蟹和其他爬行类动物的腿根关节等。因此，对于各种仿生机器人，制作具有两自由度的关节是需要解决的问题之一。

但是，现有技术中的机器人两自由度关节结构，具有固有缺陷，如结构庞大，制作成本高，结构集成度不高，强度低，定位不精准，控制难度大，载荷能力低等，这些缺陷均限制了仿生机器人的发展，不便于两自由度关节结构的推广使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种两自由度关节结构，用于解决现有技术中的不足，其结构简单，制作成本低，安装、使用以及控制方便，通用性和实用性较强，使用寿命长，便于推广使用。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种两自由度关节结构，包括U型固定板、U型连接板、第一自由度机构以及第二自由度机构；所述U型固定板的底板与所述U型连接板的底板相对设置，所述U型连接板的第一侧板通过所述第一自由度机构连接在所述U型固定板的第一侧板的内侧，所述U型连接板的第二侧板转动连接在所述U型固定板的第二侧板的内侧；

所述第一自由度机构包括第一小齿轮、第一大齿轮以及固定连接所述U型连接板的第一电机和第一轴承连接件，所述第一电机的输出端和所述第一轴承连接件均由所述U型连接板的内侧穿出所述U型连接板的第一侧板，所述第一电机的穿出端连接所述第一小齿轮，所述第一小齿轮啮合有所述第一大齿轮，所述第一大齿轮固定设置在所述U型固定板的第一侧板的内侧，所述第一大齿轮的内圈连接所述第一轴承连接件的穿出端；

所述第二自由度机构包括第二小齿轮、第二大齿轮以及固定连接所述U型连接板的第二电机和第二轴承连接件，所述第二电机的输出端和所述第二轴承连接件均由所述U型连接板的内侧穿出所述U型连接板的底板，所述第二电机的穿出端连接所述第二小齿轮，所述第二小齿轮啮合有所述第二大齿轮，所述第二大齿轮的内圈连接所述第二轴承连接件的穿出端。

其中，所述第一轴承连接件包括第一轴承和第一轴套，所述第一轴套的一端设有凸缘，所述凸缘固定在所述U型连接板的第一侧板上，所述第一轴套的另一端外套设所述第一轴承，所述第一轴承的外圈连接所述第一大齿轮。

其中，所述两自由度关节结构还包括第一检测机构，所述第一检测机构包括第一连接盘、第一连接片以及第一电位器，所述第一连接盘固定连接所述第一轴套的另一端，所述U型固定板的第一侧板设有容置有所述第一连接盘的通孔，所述第一电位器的本体设置在所述第一连接盘上，所述第一电位器的检测端固定连接所述第一连接片的一端，所述第一连接片的另一端设置在所述U型固定板上。

其中，所述第一检测机构还包括第一固定扣，所述第一电位器的检测端通过所述第一固定扣固定连接所述第一连接片的一端。

其中，所述第二轴承连接件包括第二轴承和第二轴套，所述第二轴套的一端设有凸缘，所述凸缘固定在所述U型连接板的底板上，所述第二轴套的另一端外套设所述第二轴承，所述第二轴承的外圈连接所述第二大齿轮。

其中，所述两自由度关节结构还包括第二检测机构，所述第二检测机构包括第二连接盘、第二连接片、第二电位器以及固定连接所述第二大齿轮的大齿轮连动盘，所述大齿轮连动盘设有容置所述第二连接盘的通孔，所述第二连接盘固定连接所述第二轴套的另一端，所述大齿轮连动盘设有容置有所述第二连接盘的通孔，所述第二电位器的本体设置在所述第二连接盘上，所述第二电位器的检测端固定连接所述第二连接片的一端，所述第二连接片的另一端设置在所述大齿轮连动盘上。

其中，所述第二检测机构还包括第二固定扣，所述第二电位器的检测端通过第二固定扣固定连接所述第二连接片的一端。

(三)有益效果

本发明提供的两自由度关节结构，相对于现有技术具有以下优点：

1、本发明提供的两自由度关节结构，结构简单，制作成本低，安装、使用以及控制方便，通用性和实用性较强，使用寿命长，便于推广使用；

2、采用两个U型板、两个电机以及轴承连接件的合理结合，实现两自由度关节结构的两个自由度的运动；

3、通过设置第一电位器和第二电位器，能够精确测量第一自由度机构和第二自由度机构转动的角度，控制方便；

4、除了可以用于机器人的关节驱动外，还能够用于两自由度平台的驱动，通用性强，这些领域的应用，决定了对其进行深入研究和分析的重要意义与价值，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明提供的两自由度关节结构的结构示意图；

图2为本发明提供的第一自由度机构的结构示意图；

图3为本发明提供的第二自由度机构的结构示意图；

图4为本发明提供的第二自由度机构的第二轴承连接件的结构示意图；

图5为本发明提供的第一连接盘和第二连接盘的结构示意图；

图中，1：第一电机；2：第一小齿轮；3：第一大齿轮；4：第一轴套；5：第一轴承；6：第一连接盘；7、第一电位器；8、第一连接片；9、第一固定扣；10、U型固定板；11、第二电机；12、第二小齿轮；13、第二大齿轮；14、第二轴套；15、第二轴承；16、第二连接盘；17、第二电位器；18、第二连接片；19、U型连接板；20、第二固定扣；21、大齿轮连动盘。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种两自由度关节结构，用于解决现有技术中的不足，其结构简单，制作成本低，安装、使用以及控制方便，通用性和实用性较强，使用寿命长，便于推广使用。

如图1-5所示，本发明实施例中提供一种两自由度关节结构，包括U型固定板10、U型连接板19、第一自由度机构以及第二自由度机构；U型固定板10的底板与U型连接板19的底板相对设置，U型连接板19的第一侧板通过第一自由度机构连接在U型固定板10的第一侧板的内侧，U型连接板19的第二侧板转动连接在U型固定板10的第二侧板的内侧；第一自由度机构包括第一小齿轮2、第一大齿轮3以及固定连接U型连接板19的第一电机1和第一轴承连接件，第一电机1的输出端和第一轴承连接件均由U型连接板19的内侧穿出U型连接板19的第一侧板，第一电机1的穿出端连接第一小齿轮2，第一小齿轮2啮合有第一大齿轮3，第一大齿轮3固定设置在U型固定板10的第一侧板的内侧，第一大齿轮3的内圈连接第一轴承连接件的穿出端；第二自由度机构包括第二小齿轮12、第二大齿轮13以及固定在U型连接板19上的第二电机11和第二轴承连接件，第二电机11的输出端和所述第二轴承连接件均由U型连接板19的内侧穿出U型连接板19的底板，第二电机11的穿出端连接第二小齿轮12，第二小齿轮12啮合第二大齿轮13，第二大齿轮13的内圈连接第二轴承连接件的穿出端。本发明提供的两自由度关节结构，第一电机1带动第一小齿轮2旋转，通过第一小齿轮2与第一大齿轮3的啮合，第一小齿轮2绕着固定在U型固定板10上的第一大齿轮3做旋转运动，从而实现了U型连接板19能够相对U型固定板10转动，完成该两自由度关节结构的第一个自由度的运动；第二电机11带动第二小齿轮12旋转，通过第二小齿轮12与第二大齿轮3的啮合，带动第二大齿轮3做旋转运动，从而实现了该两自由度关节结构的第二个自由度的运动。

本发明提供的两自由度关节结构，采用U型固定板和U型连接板的结构设计、利用两个电机带动以及轴承连接件的连接，实现了整体结构两个自由度的运动，该结构简单紧凑，制作成本低，安装和操作方便，通用性和实用性强，使用寿命长，便于推广使用。

本实施例中，第一轴承连接件包括第一轴承5和第一轴套4，第一轴套4的一端设有凸缘，凸缘固定在U型连接板19的第一侧板上，第一轴套4的另一端穿出U型连接板19的第一侧板，穿出端外套设第一轴承5，第一轴承5的外圈连接第一大齿轮3。本发明提供的两自由度关节结构的第一自由度机构中通过将第一轴套4的凸缘固定在U型连接板19上以及第一轴承5连接第一轴套4和第一大齿轮3，实现了第一轴套4与第一大齿轮3的相对转动，即实现U型连接板19与U型固定板10的相对转动。

本实施例中，本发明提供的两自由度关节结构还包括第一检测机构，第一检测机构包括第一连接盘6、第一连接片8以及第一电位器7，第一连接盘6固定连接第一轴套4的另一端，U型固定板10的第一侧板设有容置有第一连接盘6的通孔，第一电位器7的本体设置在第一连接盘6上，第一电位器7的检测端固定连接第一连接片8的一端，第一连接片8的另一端设置在U型固定板10。该两自由度关节结构通过第一电位器7能够检测第一个自由度运动的旋转角度，具体的，通过将第一电位器7的本体部分设置在在第一电机1的带动下能够转动的第一连接盘6上，第一电位器的检测端固定连接在固定在U型固定板9的第一连接片8上，从而通过第一电位器7检测第一连接盘6相对于第一连接片的旋转角度，即为U型连接板19相对于U型固定板10的旋转角度。

本实施例中，为了将第一电位器7的检测端固定在第一连接片8上，第一检测机构还包括第一固定扣9，第一电位器7的检测端通过第一固定扣9固定连接第一连接片8。

本实施例中，第二轴承连接件包括第二轴承15和第二轴套14，第二轴套14的一端设有凸缘，凸缘固定在所述U型连接板19的底板上，第二轴套14的另一端外套设第二轴承15，第二轴承15的外圈连接第二大齿轮13。本发明提供的两自由度关节结构的第二自由度机构中将第二轴套14的凸缘固定在U型连接板19上以及通过第二轴承15连接第二轴套14和第二大齿轮13，实现了第二轴套14和第二大齿轮13的相对转动，即在第二小齿轮12的带动下实现第二大齿轮13的旋转运动。

本实施例中，本发明提供的两自由度关节结构还包括第二检测机构，第二检测机构包括第二连接盘16、第二连接片18、第二电位器17以及固定连接第二大齿轮13的大齿轮连动盘21，大齿轮连动盘21上设有容置第二连接盘16的通孔，第二连接盘16固定连接第二轴套14的另一端，第二电位器17的本体设置在第二连接盘16的内侧上，第二电位器17的检测端从第二连接盘16的内侧穿出，穿出的检测端固定连接第二连接片18的一端，第二连接片18的另一端设置在大齿轮连动盘21上。该两自由度关节结构通过第二电位器17能够检测第二个自由度运动的旋转角度，具体的，通过将第二电位器17的本体部分设置在与第二轴套14固定连接的第二连接盘16上，第二电位器17的检测端固定连接设置在大齿轮连动盘21上的第二连接片18，从而通过第二电位器17检测第二连接片18相对于第二连接盘16的旋转角度，即为大齿轮连动盘21相对于U型连接板19的旋转角度。

本实施例中，为了将第二电位器17的检测端固定在第二连接片18上，第二检测机构还包括第二固定扣20，第二电位器17的检测端通过第二固定扣20固定连接第二连接片18。

本发明提供的两自由度关节结构使用时，第一电机1带动第一小齿轮2旋转，由于第一小齿轮2与第一大齿轮3的啮合，第一小齿轮2绕着固定在U型固定板上的第一大齿轮3做旋转运动，从而实现了U型连接板19相对于U型固定板10的运动，即实现第一个自由度的运动，运动过程中，通过第一电位器7检测U型连接板的旋转角度；第二电机11带动第二小齿轮12旋转，由于第二小齿轮12与第二大齿轮13的啮合，第二小齿轮12带动第二大齿轮13和大齿轮连动盘21旋转，从而实现了第二个自由度的运动，运动过程中，通过第二电位器17检测大齿轮连动盘21的旋转角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种两自由度关节结构，其特征在于，包括U型固定板、U型连接板、第一自由度机构以及第二自由度机构；所述U型固定板的底板与所述U型连接板的底板相对设置，所述U型连接板的第一侧板通过所述第一自由度机构连接在所述U型固定板的第一侧板的内侧，所述U型连接板的第二侧板转动连接在所述U型固定板的第二侧板的内侧；

所述第一自由度机构包括第一小齿轮、第一大齿轮以及固定连接所述U型连接板的第一电机和第一轴承连接件，所述第一电机的输出端和所述第一轴承连接件均由所述U型连接板的内侧穿出所述U型连接板的第一侧板，所述第一电机的穿出端连接所述第一小齿轮，所述第一小齿轮啮合有所述第一大齿轮，所述第一大齿轮固定设置在所述U型固定板的第一侧板的内侧，所述第一大齿轮的内圈连接所述第一轴承连接件的穿出端；

所述第二自由度机构包括第二小齿轮、第二大齿轮以及固定连接所述U型连接板的第二电机和第二轴承连接件，所述第二电机的输出端和所述第二轴承连接件均由所述U型连接板的内侧穿出所述U型连接板的底板，所述第二电机的穿出端连接所述第二小齿轮，所述第二小齿轮啮合有所述第二大齿轮，所述第二大齿轮的内圈连接所述第二轴承连接件的穿出端；

两自由度关节结构还包括第一检测机构，所述第一检测机构包括第一连接盘、第一连接片以及第一电位器，所述第一连接盘固定连接所述第一轴承连接件中的第一轴套的另一端，所述U型固定板的第一侧板设有容置有所述第一连接盘的通孔，所述第一电位器的本体设置在所述第一连接盘上，所述第一电位器的检测端固定连接所述第一连接片的一端，所述第一连接片的另一端设置在所述U型固定板上；所述第一轴套的另一端外套设第一轴承，所述第一轴承的外圈连接所述第一大齿轮；

所述第二轴承连接件包括第二轴承和第二轴套，所述第二轴套的一端设有凸缘，所述凸缘固定在所述U型连接板的底板上，所述第二轴套的另一端外套设所述第二轴承，所述第二轴承的外圈连接所述第二大齿轮。

2.根据权利要求1所述的两自由度关节结构，其特征在于，所述第一轴承连接件包括第一轴承和第一轴套，所述第一轴套的一端设有凸缘，所述凸缘固定在所述U型连接板的第一侧板上，所述第一轴套的另一端外套设所述第一轴承，所述第一轴承的外圈连接所述第一大齿轮。

3.根据权利要求2所述的两自由度关节结构，其特征在于，所述第一检测机构还包括第一固定扣，所述第一电位器的检测端通过所述第一固定扣固定连接所述第一连接片的一端。

4.根据权利要求1所述的两自由度关节结构，其特征在于，所述两自由度关节结构还包括第二检测机构，所述第二检测机构包括第二连接盘、第二连接片、第二电位器以及固定连接所述第二大齿轮的大齿轮连动盘，所述大齿轮连动盘设有容置所述第二连接盘的通孔，所述第二连接盘固定连接所述第二轴套的另一端，所述大齿轮连动盘设有容置有所述第二连接盘的通孔，所述第二电位器的本体设置在所述第二连接盘上，所述第二电位器的检测端固定连接所述第二连接片的一端，所述第二连接片的另一端设置在所述大齿轮连动盘上。

5.根据权利要求4所述的两自由度关节结构，其特征在于，所述第二检测机构还包括第二固定扣，所述第二电位器的检测端通过第二固定扣固定连接所述第二连接片的一端。