CN107322636A - 挠性关节与回转折臂 - Google Patents

Abstract

一种挠性关节，具有第一端与第二端，第一端与第二端铰接于铰接部，铰接部具有至少一个铰接轴，铰接轴依次铰接而形成积木式逐级铰接关系，传动轮组连接于铰接轴上，具有与铰接轴轴向平行的第一传动轮与第二传动轮，第一传动轮具有第一张紧面，第二传动轮具有第二张紧面，连接第一臂与第二臂的挠性件可张紧于第一张紧面和/或第二张紧面上；一种回转折臂，包括第一臂、第二臂、挠性件与挠性关节：第一臂与第二臂通过挠性关节连接，第一臂上设有第一导向轮，第二臂上设有第二导向轮，挠性件依次张紧于第一导向轮、第一传动轮或第二传动轮、第二导向轮上。本发明提供了一种具有全旋转角度、灵敏度高、结构紧凑、省力的挠性关节与回转折臂。

Description

挠性关节与回转折臂

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体地来说，是一种挠性关节与回转折臂。

背景技术

关节是机器人的关键部件，直接决定机器人的运动自由度与灵活性。现有的关节由于结构所限，常常会因为干涉而使旋转角度受到严重限制，使关节旋转灵活度很低。

特别地，若需改善旋转角度，常规的手段需要将关节部外移至机械臂而偏于一侧，这种结构下虽然一定程度上改善了一个方向的旋转角度，但反向旋转则会进一步受限。同时，此一结构亦造成结构臃肿、结构刚强度下降等问题。

另外，采用现有关节的回转折臂，相应存在一些问题。由于回转折臂于水平方向的移动需要操作者手动推动，现有关节结构下，手柄端所需施加的起动力很大，造成操作者负担很重。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种挠性关节与回转折臂，具有全旋转角度、灵敏度高、结构紧凑的优点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种挠性关节，具有：

第一端，其用于连接第一臂；

第二端，其用于连接第二臂；

铰接部，所述第一端与所述第二端铰接于所述铰接部，所述铰接部具有至少一个可旋转的铰接轴，所述铰接轴依次铰接而形成积木式逐级铰接关系；

传动轮组，其连接于所述铰接轴上，具有分别与所述铰接轴轴向平行的第一传动轮及第二传动轮；

所述第一传动轮具有第一张紧面，所述第二传动轮具有第二张紧面，连接所述第一臂与所述第二臂的挠性件可张紧于所述第一张紧面和/或所述第二张紧面上，所述第一张紧面与所述第二张紧面之间包围而成一容纳部，所述挠性件可滑动地保持于所述容纳部。

作为上述技术方案的改进，所述铰接部包括铰接轴连接件：

所述铰接轴连接件具有轴向平行布置的第一铰接位与第二铰接位，所述第一铰接位与所述第二铰接位分别设有所述铰接轴；

所述铰接轴依次铰接而形成积木式多级铰接关系。

作为上述技术方案的进一步改进，所述传动轮组具有传动连接座：

所述传动连接座具有平行布置的第一转轴部、第二转轴部与第三转轴部，所述第一传动轮可旋转地保持于所述第一转轴部上，所述第二传动轮可旋转地保持于所述第二转轴部上，所述第三转轴部连接于所述铰接轴且二者保持同轴。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一传动轮与所述第二传动轮于水平面内的轴心连接线在其中点处与所述铰接轴的中心轴垂直相交。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一传动轮与所述第二传动轮包括链轮、带轮或绳轮中的一种。

一种回转折臂，包括第一臂、第二臂、挠性件与所述挠性关节：

所述第一臂与所述第二臂通过所述挠性关节连接，所述第一臂上设有第一导向轮，所述第二臂上设有第二导向轮，所述挠性件依次张紧于所述第一导向轮、所述第一传动轮或所述第二传动轮、所述第二导向轮上。

作为上述技术方案的改进，所述第一臂上设有用于驱动所述挠性件收放的的驱动组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二臂上设有手柄组件，所述手柄组件通过所述挠性件而与所述第二导向轮连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一臂远离所述挠性关节的一端设有用于驱动所述第一臂旋转的主旋转组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挠性件包括传动链、传动带或传动绳中的一种。

本发明的有益效果是：通过设置具有至少一个铰接轴的铰接部，铰接部依次铰接而形成积木式逐级铰接关系，传动轮组连接于各个铰接轴上，并具有用于挠性传动的第一传动轮与第二传动轮，挠性件可滑动地保持于第一传动轮与第二传动轮之间，以挠性传动而实现多级旋转折叠，避免干涉限制，并具有双向挠性传动结构，提供了一种具有全旋转角度、灵敏度高、结构紧凑的挠性关节与回转折臂。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的挠性关节的第一示意图；

图2是本发明实施例1提供的挠性关节张紧有挠性件的结构示意图；

图3是图2中挠性关节的局部放大示意图；

图4是本发明实施例提供的回转折臂的立柱安装方式的第一示意图；

图5是本发明实施例提供的回转折臂的立柱安装方式的第二示意图；

图6是图5中回转折臂的M处放大示意图；

图7是图5中回转折臂的N处放大示意图；

图8是本发明实施例提供的回转折臂的天车安装方式的结构示意图；

图9是本发明实施例2提供的挠性关节的第一示意图；

图10是本发明实施例2提供的挠性关节的第二示意图；

图11是本发明实施例2提供的挠性关节的铰接轴连接件的结构示意图；

图12是本发明实施例2提供的回转折臂的立柱安装方式的简约示意图；

图13是本发明实施例2提供的回转折臂的俯视局部放大示意图；

图14是本发明实施例3提供的挠性关节的第一示意图；

图15是本发明实施例3提供的挠性关节的第二示意图；

图16是本发明实施例3提供的回转折臂的立柱安装方式的简约示意图；

图17是图16中回转折臂的局部放大示意图；

图18是本发明实施例3提供的回转折臂的俯视局部放大示意图。

主要元件符号说明：

1000-回转折臂，0100-挠性关节，0110-第一端，0120-第二端，0130-铰接部，0131-铰接轴，0132-铰接轴连接件，0132a-第一铰接位，0132b-第二铰接位，0140-传动轮组，0141-第一传动轮，0141a-第一张紧面，0142-第二传动轮，0142a-第二张紧面，0200-第一臂，0210-第一导向轮，0220-驱动组件，0230-主旋转组件，0300-第二臂，0310-第二导向轮，0320-手柄组件，0400-挠性件，0410-自由端。

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挠性关节与回转折臂进行更全面的描述。附图中给出了挠性关节与回转折臂的优选实施例。但是，挠性关节与回转折臂可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对挠性关节与回转折臂的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。本文中在挠性关节与回转折臂的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。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。

实施例1

请结合参阅图1～3，挠性关节0100包括第一端0110、第二端0120及连接第一端0110与第二端0120的铰接部0130。其中，第一端0110用于连接第一臂0200，第二端0120用于连接第二臂0300。同时，第一端0110与第二端0120铰接于铰接部0130，铰接部0130具有至少一个可旋转的铰接轴0131，铰接轴0131依次铰接而形成积木式逐级铰接关系。

其中，积木式逐级铰接关系，是指第一端0110、铰接部0130与第二端0120依次铰接，并具有至少一级铰接关系，从而形成一可逐级旋转而实现机构折叠的挠性关节0100。换言之，随铰接级数的增加，绕各级铰接轴0131均可发生旋转运动。

每一级铰接轴0131上均设有至少一个传动轮组0140。传动轮组0140具有第一传动轮0141与第二传动轮0142，第一传动轮0141与第二传动轮0142分别与铰接轴0131轴向平行。

第一传动轮0141具有第一张紧面0141a，第二传动轮0142具有第二张紧面0142a，连接第一臂0200与第二臂0300的挠性件0400可张紧于第一张紧面0141a和/或第二张紧面0142a上，第一张紧面0141a与第二张紧面0142a之间包围而成一容纳部，挠性件0400可滑动地保持于容纳部。

挠性件0400依次连接第一端0110、铰接部0130与第二端0120，而形成挠性传动关系，由此而将折弯驱动力予以传递。换言之，铰接部0130具有至少一个传动轮组0140，挠性件0400依次连接第一端0110、各级传动轮组0140与第二端0120，而形成挠性传动关系。

其中，挠性传动关系，是一种常见的机械传动，通常由两个或多个传动轮与挠性件0400组成，通过挠性件0400在传动轮之间传递运动与动力。根据挠性件0400的类型，挠性传动主要有带传动、链传动和绳传动，传动轮分别为带轮、链轮和绳轮，挠性件0400分别为传动带、传动链和传动绳。

在本实施例中，铰接部0130具有一级铰接轴0131与一个传动轮组0140。第一传动轮0141与第二传动轮0142分居挠性件0400两侧，随第二臂0300的旋转方向不同，挠性件0400张紧于第一传动轮0141上或第二传动轮0142上，驱动第一传动轮0141或第二传动轮0142旋转，并带动铰接轴0131及连接于铰接轴0131上的第二臂0300旋转，从而实现挠性关节0100的关节功能。

更具体而言，当第二臂0300需要向左旋转时，在外界输入的驱动力作用下，挠性件0400张紧于第一传动轮0141上，并与第二传动轮0142保持分离，挠性件0400通过第一传动轮0141而向第二臂0300施加左旋力，驱动第二臂0300左旋；

当第二臂0300需要向右旋转时，在外界输入的驱动力作用下，挠性件0400张紧于第二传动轮0142上，并与第一传动轮0141保持分离，挠性件0400通过第二传动轮0142而向第二臂0300施加右旋力，驱动第二臂0300右旋。

优选地，传动轮组0140具有传动连接座：

传动连接座具有平行布置的第一转轴部、第二转轴部与第三转轴部，第一传动轮0141可旋转地保持于第一转轴部上，第二传动轮0142可旋转地保持于第二转轴部上，第三转轴部连接于铰接轴0131且二者保持同轴。

优选地，第一传动轮0141与第二传动轮0142于水平面内的轴心连接线在其中点处与铰接轴0131的中心轴垂直相交。

请结合参阅图4～8，一并介绍一种回转折臂1000，包括第一臂0200、第二臂0300、挠性件0400与挠性关节0100。

第一臂0200与第二臂0300通过挠性关节0100连接，第一臂0200上设有第一导向轮0210，第二臂0300上设有第二导向轮0310，挠性件0400依次张紧于第一导向轮0210、第一传动轮0141或第二传动轮0142、第二导向轮0310上。

具体地，第一端0110连接于第一臂0200，第二端0120连接于第二臂0300。第一导向轮0210、第一传动轮0141、第二传动轮0142与柄端连接轮为同类传动轮，并与挠性件0400形成挠性传动关系。第一臂0200连接于立柱或天车上，第二臂0300可旋转张开或折叠于第一臂0200上。

基于挠性关节0100具有的积木式逐级铰接关系，第二臂0300可通过挠性关节0100的逐级铰接而旋转。回转折臂1000具有360°的旋转角度，第一臂0200与第二臂0300可到达相互平行的折叠位置。并且，回转折臂1000在双向旋转折叠时，均可通过传动轮组0140实现传动，具有较佳的传动能力与灵敏度。

其中，挠性件0400的自由端0410用于吊挂重物。在一个示范性的实施例中，自由端0410具有挂钩，用于吊挂重物。

优选地，第一臂0200上设有用于驱动挠性件0400收放的驱动组件0220。具体地，驱动组件0220可以是驱动电机、液压马达、曲柄连杆机构等结构形式，以能驱动挠性件0400为准。通过挠性件0400的收卷与释放，挠性件0400

优选地，第二臂0300上设有手柄组件0320，手柄组件0320通过挠性件0400而与第二导向轮0310连接。

具体地，手柄组件0320用于供用户进行握持。用户握持手柄组件0320并施加初始旋转力，手柄组件0320感应用户的移动意图并接收作用力，驱使第二臂0300沿用户所需的折叠方向旋转。在此过程中，挠性关节0100相应发生旋转折叠，而使第二臂0300达至最佳的折叠角度。

其中，第一臂0200可绕立柱或天车旋转，使回转折臂1000可整体地绕立柱或天车旋转。换言之，第一臂0200与立柱或天车铰接，具有相对的转动自由度。第一臂0200的旋转驱动力可源自用户自自由端0410输入的水平操作力，亦可来自于自动驱动源。

在非手动驱动方式下，优选地，第一臂0200远离挠性关节0100的一端设有用于驱动第一臂0200旋转的主旋转组件0230。主旋转组件0230用于驱动第一臂0200绕立柱或天车而旋转，进一步增加回转折臂1000的作用范围与灵活性。其中，主旋转组件0230可以是驱动电机、液压马达、曲柄连杆机构等结构形式。

回转折臂1000的运转过程如下：

(1)自由端0410吊起重物，驱动组件0220输出驱动力而使挠性件0400保持张紧，挠性件0400上的张紧力与重物的重力保持平衡而使重物保持吊起；

(2)操作者握住手柄组件0320，以微小作用力沿竖直方向移动手柄组件0320，驱动组件0220驱动挠性件0400发生收卷或释放，实现自由端0410的重物提升或下降；

(3)操作者水平推动手柄组件0320，该推动力经由挠性件0400与挠性关节0100，驱动第二臂0300的旋转，并可进而驱动第一臂0200绕立柱或天车旋转，实现重物于水平方向的平移。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，在本实施例中，挠性关节0100与回转折臂1000具有积木式二级铰接关系。

请结合参阅图9～11，具体地，挠性关节0100具有二级分布的铰接轴0131，该二铰接轴0131轴向平行布置。同时，各个铰接轴0131上均设有至少一个传动轮组0140。由此，挠性件0400依次连接第一端0110、二级分布的传动轮组0140与第二端0120，而形成挠性传动关系。

优选地，铰接部0130包括铰接轴连接件0132：

铰接轴连接件0132具有轴向平行布置的第一铰接位0132a与第二铰接位0132b，第一铰接位0132a与第二铰接位0132b分别设有铰接轴0131；

第一端0110、至少一个铰接轴0131与第二端0120依次铰接而形成积木式多级铰接关系。

具体地，在本实施例中，铰接部0130包括一铰接轴连接件0132。铰接轴连接件0132通过第一铰接位0132a的铰接轴0131而与第一端0110铰接，并通过第二铰接位0132b的铰接轴0131而与第二端0120铰接。

请结合参阅图12～13，进而，在回转折臂1000中，第一端0110连接于第一臂0200，第二端0120连接于第二臂0300，而形成积木式二级铰接关系。挠性件0400依次连接第一导向轮0210、第一铰接位0132a的传动轮组0140、第二铰接位0132b的传动轮组0140、第二导向轮0310，以挠性传动而驱动铰接轴连接件0132与第二臂0300旋转。

其中，在同一传动轮组0140中，挠性件0400仅张紧于其中一个传动轮上；在二级分布的传动轮组0140中，挠性件0400仅张紧于传动轮组0140的同侧传动轮上。

在积木式二级铰接关系下，铰接轴连接件0132可绕第一铰接位0132a的铰接轴0131旋转，第二臂0300可绕第二铰接位0132b的铰接轴0131旋转，进一步增加回转折臂1000的旋转灵活性，避免在旋转过程发生干涉而影响回转折臂1000的旋转角度，同时亦可保证回转折臂1000的结构紧凑。

在一个示范性的实施例中，挠性件0400逐级张紧于各个第一传动轮0141上。当回转折臂1000旋转时，各个铰接轴0131的中心轴为各级转动的中心轴。操作者施加的水平推动力通过挠性件0400直接作用于第一传动轮0141上，使第一传动轮0141旋转而带动铰接轴0131旋转。

同时，挠性件0400保持张紧，张紧力沿挠性件0400的中心处发生，并不直接作用于挠性件0400与第一传动轮0141的接触点处。显然，挠性件0400的张紧力相对于挠性件0400与第一传动轮0141的接触点，存在一作用力臂而引起一阻挠力矩，对第一传动轮0141的旋转发生阻挠作用。

在积木式二级铰接关系下，挠性关节0100具有多级分切作用，张紧力的作用力臂迅速减小，使阻挠力矩得以减小，回转折臂1000具有十分突出的省力作用。亦即，操作者仅需施加极为微小的水平推动力，即可实现重物的水平移动。在一个实际的应用中，操作者的水平推动力不超过重物重力的1/100。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，在本实施例中，挠性关节0100与回转折臂1000具有积木式三级铰接关系。

请结合参阅图11、图14与图15，优选地，铰接部0130包括铰接轴连接件0132。其中，铰接轴连接件0132具有轴向平行布置的第一铰接位0132a与第二铰接位0132b，第一铰接位0132a与第二铰接位0132b分别设有铰接轴0131；第一端0110、至少一个铰接轴0131与第二端0120依次铰接而形成积木式多级铰接关系。

具体地，在本实施例中，铰接部0130包括两个铰接轴连接件0132。两个铰接轴连接件0132依次铰接，使挠性关节0100具有三级分布的铰接轴0131与三级分布的传动轮组0140。

换言之，接近第一端0110的铰接轴连接件0132通过第一铰接位0132a而与第一端0110铰接，并通过第二铰接位0132b而与接近第二端0120的铰接轴连接件0132的第一铰接位0132a铰接，接近第二端0120的铰接轴连接件0132通过其第二铰接位0132b与第二端0120铰接。

请结合参阅图16～18，在回转折臂1000中，第一端0110连接于第一臂0200，第二端0120连接于第二臂0300。挠性件0400依次连接第一导向轮0210、三级分布的传动轮组0140与第二导向轮0310，而以挠性传动驱动二级分布的铰接轴连接件0132、第二臂0300依次旋转，通过多级折叠而进一步增加折叠柔韧性，避免发生干涉，且结构十分紧凑而刚性良好。

在此，在积木式多级铰接关系下，可逐次增加铰接轴连接件0132之数量，第一端0110、多级铰接轴连接件0132与第二端0120逐级铰接。并且，各个铰接轴0131上至少具有一个传动轮组0140，并形成多级传动轮组0140。挠性件0400依次连接第一导向轮0210、多级传动轮组0140与第二导向轮0310，而以挠性传动驱动多级铰接轴连接件0132、第二臂0300依次旋转。

其中，在同一传动轮组0140中，挠性件0400仅张紧于其中一个传动轮上；在二级分布的传动轮组0140中，挠性件0400仅张紧于传动轮组0140的同侧传动轮上。

在一个示范性的实施例中，挠性件0400逐级张紧于各个第一传动轮0141上。由于积木式多级铰接关系作用，挠性件0400的张紧力相对于挠性件0400与第一传动轮0141的接触点具有的作用力臂，得以分切而迅速减小，进一步减小挠性件0400的张紧力引起的阻挠力矩，使操作者水平推动重物时十分省力。在一个实际引用中，水平推动力小于重物重力的1/100，并随积木式多级铰接关系的铰接轴0131的数量增加而递减。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种挠性关节，其特征在于，具有：

第一端，其用于连接第一臂；

第二端，其用于连接第二臂；

铰接部，所述第一端与所述第二端铰接于所述铰接部，所述铰接部具有至少一个可旋转的铰接轴，所述铰接轴依次铰接而形成积木式逐级铰接关系；

传动轮组，其连接于所述铰接轴上，具有分别与所述铰接轴轴向平行的第一传动轮及第二传动轮；

所述第一传动轮具有第一张紧面，所述第二传动轮具有第二张紧面，连接所述第一臂与所述第二臂的挠性件可张紧于所述第一张紧面和/或所述第二张紧面上，所述第一张紧面与所述第二张紧面之间包围而成一容纳部，所述挠性件可滑动地保持于所述容纳部。

2.根据权利要求1所述的挠性关节，其特征在于，所述铰接部包括铰接轴连接件：所述铰接轴连接件具有轴向平行布置的第一铰接位与第二铰接位，所述第一铰接位与所述第二铰接位分别设有所述铰接轴；所述第一端、至少一个所述铰接轴与所述第二端依次铰接而形成积木式多级铰接关系。

3.根据权利要求1所述的挠性关节，其特征在于，所述传动轮组具有传动连接座：所述传动连接座具有平行布置的第一转轴部、第二转轴部与第三转轴部，所述第一传动轮可旋转地保持于所述第一转轴部上，所述第二传动轮可旋转地保持于所述第二转轴部上，所述第三转轴部连接于所述铰接轴且二者保持同轴。

4.根据权利要求1所述的挠性关节，其特征在于，所述第一传动轮与所述第二传动轮于水平面内的轴心连接线在其中点处与所述铰接轴的中心轴垂直相交。

5.根据权利要求1所述的挠性关节，其特征在于，所述第一传动轮与所述第二传动轮包括链轮、带轮或绳轮中的一种。

6.一种回转折臂，其特征在于，包括第一臂、第二臂、挠性件与权利要求1-5任一项所述的挠性关节，所述第一臂与所述第二臂通过所述挠性关节连接，所述第一臂上设有第一导向轮，所述第二臂上设有第二导向轮，所述挠性件依次张紧于所述第一导向轮、所述第一传动轮或所述第二传动轮、所述第二导向轮上。

7.根据权利要求6所述的回转折臂，其特征在于，所述第一臂上设有用于驱动所述挠性件收放的的驱动组件。

8.根据权利要求6所述的回转折臂，其特征在于，所述第二臂上设有手柄组件，所述手柄组件通过所述挠性件而与所述第二导向轮连接。

9.根据权利要求6所述的回转折臂，其特征在于，所述第一臂远离所述挠性关节的一端设有用于驱动所述第一臂旋转的主旋转组件。

10.根据权利要求6所述的回转折臂，其特征在于，所述挠性件包括传动链、传动带或传动绳中的一种。