CN106393169B - 两方向离散状态运动关节 - Google Patents

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    • B25J17/00—Joints
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Abstract

一种两方向离散状态运动关节，包括：关节上平台、关节下平台、柔顺铰链和两个条形双稳态弹簧，其中：柔顺铰链两端分别与关节上平台的中部和关节下平台的中部相连，两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台，条形双稳态弹簧与关节上平台之间通过柔韧杆相连，条形双稳态弹簧与关节下平台之间通过直线驱动单元相连，本发明能够通过串联装配形成高度冗余的运动链，实现两个方向四个离散状态，其采用柔顺构件制造，造价成本低廉，铰链不存在间隙，运动精度高，不存在磨损及噪音问题。

Description

两方向离散状态运动关节
技术领域
本发明涉及的是一种仿生机器人领域的技术，具体是一种两方向离散状态运动关节。
背景技术
大多数机器人基于刚体运动关节设计制造，但刚体运动关节存在间隙、磨损、噪音等。现有的并联三自由度柔顺机械手腕，由于在结构中存在多个刚性球铰链，成本较高，同时铰链内部存在间隙，影响机构的运动精度，此外，刚性球铰链还存在磨损及噪音问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种两方向离散状态运动关节，能够通过串联装配形成高度冗余的运动链，实现两个方向四个离散状态，其显著的技术优点在于：采用柔顺构件制造，造价成本低廉，铰链不存在间隙，运动精度高，不存在磨损及噪音问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：关节上平台、关节下平台、柔顺铰链和两个条形双稳态弹簧，其中：柔顺铰链两端分别与关节上平台的中部和关节下平台的中部相连，两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台，条形双稳态弹簧与关节上平台之间通过柔韧杆相连，条形双稳态弹簧与关节下平台之间通过直线驱动单元相连。
所述的条形双稳态弹簧两端通过圆柱形的支脚固定于关节下平台。
所述的柔顺铰链的横截面为方形。
所述的柔顺铰链的截面面积由两端向中部逐渐减小。
所述的柔韧杆横截面为圆形，截面面积由两端向中部保持不变。
所述的直线驱动单元为压电陶瓷驱动器，其一端固定于关节下平台，另一端固定于条形双稳态弹簧的中部。
所述的柔顺铰链和柔韧杆的材料为尼龙、聚丙烯或高密度聚乙烯。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明正视图；
图4为本发明右视图；
图5为柔顺铰链的立体示意图及其截面图；
图6为运动关节的四个离散状态示意图；
图中：1关节上平台、2柔顺铰链、3第一柔韧杆、4第一条形双稳态弹簧、5第一直线驱动单元、6第二柔韧杆、7第二条形双稳态弹簧、8第二直线驱动单元、9支脚、10关节下平台。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：关节上平台1、关节下平台10、柔顺铰链2和两个条形双稳态弹簧，其中：柔顺铰链2两端分别与关节上平台1的中部和关节下平台10的中部相连，两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台10，条形双稳态弹簧与关节上平台1之间通过柔韧杆相连，条形双稳态弹簧与关节下平台10之间通过直线驱动单元相连。
如图2～4所示，所述的关节下平台10的截面为方形，两条形双稳态弹簧分别为第一条形双稳态弹簧4和第二条形双稳态弹簧7。第一条形双稳态弹簧4两端通过圆柱形的支脚9固定于关节下平台10，且平行于关节下平台10的一边。第一条形双稳态弹簧4中部与关节上平台1之间通过第一柔韧杆3相连。第一直线驱动单元5为压电陶瓷驱动器时，其一端固定于关节下平台10，另一端固定于第一条形双稳态弹簧4的中部，以驱动第一条形双稳态弹簧4运动。
所述的第二条形双稳态弹簧7通过圆柱形的支脚9固定于关节下平台10，垂直于第一条形双稳态弹簧4且与关节下平台10一边平行。第二条形双稳态弹簧7一端和第一条形双稳态弹簧4公用一个支脚9。第二条形双稳态弹簧7中部与关节上平台1之间通过第二柔韧杆6相连。第二直线驱动单元8为压电陶瓷驱动器时，其一端固定于关节下平台10，另一端固定于第二条形双稳态弹簧7的中部，以驱动第二条形双稳态弹簧7运动。
所述的柔韧杆横截面为圆形，截面面积由两端向中部保持不变。
所述的条形双稳态弹簧为由条形扁钢两端固定连接于支脚构成，固定连接时条形扁钢处于弯曲状态，其共有两个稳定状态，即弹簧中点处于最低点和最高点两个状态。
如图5所示，所述的柔顺铰链2的横截面为正方形。柔顺铰链2的截面面积由两端向中部逐渐减小。柔顺铰链2和柔韧杆的材料为尼龙、聚丙烯或高密度聚乙烯。
如图6所示，所述的第一条形双稳态弹簧4和第二条形双稳态弹簧7驱动整个运动关节实现四个稳定状态，沿着X轴和Y轴两个方向旋转运动。当第二条形双稳态弹簧7处于最低点，第一条形双稳态弹簧4处于最低点时，关节上平台1为第一状态，即绕X轴负方向转动绕Y轴正方向转动即图6中X’Y’Z’所示的第一状态。当第二条形双稳态弹簧7处于最低点，第一条形双稳态弹簧4处于最高点时，关节上平台1为第二状态，即绕X轴负方向转动，转动角度记为绕Y轴负方向转动，转动角度记为当第二条形双稳态弹簧7处于最高点，第一条形双稳态弹簧4处于最高点时，关节上平台1为第三状态，即绕X轴正方向转动，转动角度记为绕Y轴负方向转动，转动角度记为当第二条形双稳态弹簧7处于最高点，第一条形双稳态弹簧4处于最低点时，关节上平台1为第四状态，即绕X轴正方向转动，转动角度记为绕Y轴正方向转动，转动角度记为和分别表示的是关节上平台1转动的角度。
与现有技术相比，发明能够通过串联装配形成高度冗余的运动链，实现两个方向四个离散状态，采用柔顺构件制造，造价成本低廉，铰链不存在间隙，运动精度高，不存在磨损及噪音问题。

Claims (7)

1.一种两方向离散状态运动关节，其特征在于，包括：关节上平台、关节下平台、柔顺铰链和两个条形双稳态弹簧，其中：柔顺铰链两端分别与关节上平台的中部和关节下平台的中部相连，两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台，条形双稳态弹簧与关节上平台之间通过柔韧杆相连，条形双稳态弹簧与关节下平台之间通过直线驱动单元相连。
2.根据权利要求1所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的条形双稳态弹簧两端通过圆柱形的支脚固定于关节下平台。
3.根据权利要求1所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的柔顺铰链的横截面为方形。
4.根据权利要求3所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的柔顺铰链的截面面积由两端向中部逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的柔韧杆横截面为圆形，截面面积由两端向中部保持不变。
6.根据权利要求5所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的直线驱动单元为压电陶瓷驱动器，其一端固定于关节下平台，另一端固定于条形双稳态弹簧的中部。
7.根据权利要求1所述的两方向离散状态运动关节，其特征是，所述的柔顺铰链和柔韧杆的材料为尼龙、聚丙烯或高密度聚乙烯。
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