CN107627322A - 一种基于螺旋运动的可转轴线转动副 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于螺旋运动的可转轴线转动副，包括滑套，和设在滑套内转动轴，转动轴一端通过转动轴连杆连接在滑套侧壁上，一端转动连接在转动套内，转动套上端连接一转动套连杆，转动套下端固定在环形件的环形槽内，环形件设在滑套内，滑套上开有螺旋通槽和螺旋盲槽，环形件上设有与滑套螺旋槽相配合的凸起，环形件能够沿滑套的螺旋槽相对滑动或螺旋运动。本发明设计新颖、结构紧凑合理、实用性强、便于推广使用。

Description

一种基于螺旋运动的可转轴线转动副

技术领域

本发明属于机械机构技术领域，涉及可用于医疗机器人，仿生机器人，虚拟轴机床及其它需要变构型的机器人或机械设备的可转轴线转动副，具体涉及一种基于螺旋运动的可转轴线转动副。

背景技术

机构是机器人和机械设备的基本组成部分。机构的构件通过运动副(转动副，移动副，虎克铰等)的连接，具有一定的自由度和运动轨迹，使机构形成确定的构型，实现特定的动作过程。转动副连接两个构件，使它们可绕公共轴线作相对转动，是机构设计中最常用的运动副。

机器人是机、电、计算机相结合的产物，其应用几乎涉及现代尖端技术的各个领域，如仿生机器人、数控加工中心、运载工具模拟器、航天设备、医疗手术机器人、家庭娱乐机器人及工业机器人等。机器人的应用环境往往比较特殊，对其机构也常提出一些要求，如,构型可变，工作空间大等，因此，机器人的适应性一直是该领域最突出的问题。目前的转动副大都属于固定轴线的运动副，所连接的构件只能绕着某条特定轴线转动。这种转动副应用于机器人领域，使机器人的工作范围受到限制，无法及时改变构型，难以适应复杂的动作需求。在文献《Constraint analysis on mobility change of a novel metamorphicparallel mechanism》提及的可转轴线转动副，其轴线只能在该轴线和某一构件中心线所形成的平面内转动，且需要增加专门的驱动装置，不便于小空间机器人的应用。因此，亟待研究一种转动副，可以在不增加驱动的条件下，根据特定要求改变转动副的轴线，使机构在组装后具有构型和自由度可变的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖、结构紧凑合理、使用操作便捷、实用性强、便于广泛推广使用的一种基于螺旋运动的可转轴线转动副。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于螺旋运动的可转轴线转动副，包括滑套，和设在滑套内转动轴，转动轴一端通过转动轴连杆连接在滑套侧壁上，一端转动连接在转动套内，转动套上端连接一转动套连杆，转动套下端固定在环形件的环形槽内，环形件设在滑套内，滑套上开有螺旋通槽和螺旋盲槽，环形件上设有与滑套螺旋槽相配合的凸起，环形件能够沿滑套的螺旋槽相对滑动或螺旋运动。

作为优选，所述转动轴与转动轴连杆通过球面副连接在一起。

作为优选，所述滑套为中孔的圆环形结构，滑套的两端分别有滑套左挡板和滑套右挡板，与滑套用紧固螺钉固定，转动轴通过在滑套侧壁上的轴承连接转动轴连杆。

进一步，滑套为整体式的，或是拼接式的。

进一步，所述滑套上设有滑槽a、滑槽b和滑槽c，滑槽a在滑套顶部为通透槽；滑槽b和滑槽c沿滑槽圆环形内壁设为盲槽，滑槽a、滑槽b和滑槽c都分为三段，首段和尾段是直线段，中间段为螺旋线段。

进一步，所述盲槽断面形状为圆弧形。

进一步，所述滑槽b和滑槽c相对呈180°布置，滑槽a和滑槽b呈90°布置。

进一步，所述环形件为半圆环结构，在半圆环外壁设有三个均布的半球状凸起，半球状凸起的弧度与所述滑槽b和滑槽c圆弧相配合。

本发明具有如下优点：

1、本发明通过引入带有球状突起的环形件和带有滑槽的滑套，能够在垂直于主动构件的平面内任意角度改变转动副的轴线以及被动构件的方位角。

2、本发明通过改变转动副轴线相对方向的特性，能够增加转动副的整体灵活性并调整其连接的两构件的工作空间，以适应不同工作需求。

3、本发明通过改变转动副轴线相对方向的特性，可以改变该转动副所在机构的几何约束状态及整个机构的自由度，使机构具有可变构型和变自由度的功能，增大其末端执行器的工作空间。

4、本发明通过其紧凑的滑套和环形件设计，保持了传统转动副结构简单的特点。

5、本发明的转动副采用单一驱动方式，与现有技术相比，该发明的制作成本更低廉，控制方法更简便

综上所述，本发明设计新颖，结构合理，布局紧凑，使用灵活可靠，能够提升机构对环境的适应性，扩大其应用领域，具有宽广的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为滑套的结构图；

图3为滑套的侧视图；

图4为环形件的结构图；

图5为环形件的侧视图。

附图标记说明:

1、转动轴；2、转动套；3、转动轴连杆；4、转动套连杆；5、环形件；5-1、半球状凸起；6、滑套；6-1、滑槽a；6-2、滑槽b；6-3、滑槽c；7、滑套左挡板；8、滑套右挡板；9、紧固螺钉；10、轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

如图1所示，本发明的一种基于螺旋运动的可转轴线转动副，包括转动轴1、转动套2、转动轴连杆3、转动套连杆4、环形件5、滑套6、滑套左挡板7、滑套右挡板8和紧固螺钉9。包括滑套6和设在滑套6内转动轴1，转动轴1通过在滑套6侧壁上的轴承10连接转动轴连杆3，转动轴1与转动轴连杆3用球面副连接在一起，转动轴1连接在转动套2内，两者之间可以相对转动，转动套2上端与转动套连杆4固定在一起，转动套1固定在环形件5的环形槽内，环形件5设在滑套6内，环形件5与滑套6之间可以相对滑动，也可以产生螺旋运动；滑套6的两端分别有滑套左挡板7和滑套右挡板8，与滑套6用紧固螺钉9固定。

如图2、图3所示，滑套6为中孔的圆环形结构，在滑套6上有滑槽a6-1、滑槽b6-2和滑槽c6-3。滑槽a6-1在滑套6上为通透槽；滑槽b6-2和滑槽c6-3均为盲槽，槽断面形状为圆弧形。滑槽b6-2和滑槽c6-3相对呈180°布置，滑槽a6-1和滑槽b6-2呈90°布置。滑槽a6-1、滑槽b6-2和滑槽c6-3都分为三段，用于引导环形件运动，首段和尾段是直线段，中间段为螺旋线段。

如图4、图5所示，环形件5为半圆环结构，在半圆环外壁设有三个均布的半球状凸起5-1，可以配合滑套内的滑槽a6-1、滑槽b6-2和滑槽c6-3引导环形件5在滑套6之内产生螺旋运动。

转动轴连杆3是可转轴线转动副的主动件。假定转动轴连杆3的初始位置为滑套6的左端，此时转动轴1、转动套2、转动套连杆4和环形件5也都在滑套6的左端。在外力的推动下，转动轴连杆3向右侧移动，带动转动轴1、转动套2、转动套连杆4和环形件5一起运动。由于转动套连杆4的另一末端连有外接装置，产生阻滞作用，所以此时转动轴1和转动套2会在一起移动的同时产生相对转动，形成一个转动副。环形件5此时在滑套6的滑槽a6-1、滑槽b6-2和滑槽c6-3的引导作用下，沿滑套6直线运动。当环形件5运动到滑套6的螺旋线段的时候，就会在滑套(6)的滑槽a6-1、滑槽b6-2和滑槽c6-3的引导作用下，产生螺旋运动，同时带动转动轴1、转动套2和转动套连杆4一起螺旋运动。当环形件5运动到滑套6的直线段的时候，又会恢复直线运动，转动轴1、转动套2和转动套连杆4也变为直线运动，直至到达滑套6的右端。在整个运动过程中，转动轴1和转动套2始终形成一个转动副，但是该转动副的轴线却发生了转动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：包括滑套(6)，和设在滑套(6)内转动轴(1)，转动轴(1)一端通过转动轴连杆(3)连接在滑套(6)侧壁上，一端转动连接在转动套(2)内，转动套(2)上端连接一转动套连杆(4)，转动套(2)下端固定在环形件(5)的环形槽内，环形件(5)设在滑套(6)内，滑套(6)上开有螺旋通槽和螺旋盲槽，环形件(5)上设有与滑套(6)螺旋槽相配合的凸起，环形件(5)能够沿滑套(6)的螺旋槽相对滑动或螺旋运动。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述转动轴(1)与转动轴连杆(3)通过球面副连接在一起。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述滑套(6)为中孔的圆环形结构，滑套(6)的两端分别有滑套左挡板(7)和滑套右挡板(8)，与滑套(6)用紧固螺钉(9)固定，转动轴(1)通过在滑套(6)侧壁上的轴承(10)连接转动轴连杆(3)。

4.根据权利要求1所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：滑套(6)为整体式的，或是拼接式的。

5.根据权利要求1所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述滑套(6)上设有滑槽a(6-1)、滑槽b(6-2)和滑槽c(6-3)，滑槽a(6-1)在滑套(6)顶部为通透槽；滑槽b(6-2)和滑槽c(6-3)沿滑槽(6)圆环形内壁设为盲槽，滑槽a(6-1)、滑槽b(6-2)和滑槽c(6-3)都分为三段，首段和尾段是直线段，中间段为螺旋线段。

6.根据权利要求5所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述盲槽断面形状为圆弧形。

7.根据权利要求5所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述滑槽b(6-2)和滑槽c(6-3)相对呈180°布置，滑槽a(6-1)和滑槽b(6-2)呈90°布置。

8.根据权利要求5所述的基于螺旋运动的可转轴线转动副，其特征在于：所述环形件(5)为半圆环结构，在半圆环外壁设有三个均布的半球状凸起(5-1)，半球状凸起(5-1)的弧度与所述滑槽b(6-2)和滑槽c(6-3)圆弧相配合。