CN108044646A - 双驱动万向关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双驱动万向关节，包括关节座、第一拱梁、第二拱梁及四个驱动电机；所述第一拱梁、第二拱梁均通过传动组件连接于相应的输出轴；所述传动组件包括驱动块、传动块及从动环；所述驱动块固定于输出轴并与输出轴同步转动；所述从动环同轴套设在输出轴外并与拱梁的端部相连；所述传动块的一端固定连接于驱动块、另一端固定连接于从动环以用于在输出轴转动时驱动从动环同轴转动，且所述传动块采用电致伸缩材料制成，使得在传动块通电时产生伸缩变形位移以驱动从动环转动；本发明在拱梁发生位姿误差时可进行微调操作，以消除误差，提高机械臂的定位精度，保证满足飞机壁板钻铆的精度要求以及其他精度的需求。

Description

双驱动万向关节

技术领域

本发明涉及一种万向关节，特别涉及一种双驱动万向关节。

背景技术

随着《中国制造2025》的提出，各行各业对机器人的精度都提出了新的更高的要求。不管是在传统的制造业还是现代化的工厂里都离不开机器人的身影，但是机器人的定位精度仍然还是一个待攻克的技术难点。2017年中国首个大飞机C919试飞成功，便接到了来自世界各地的订单，这不仅说明我国制造业的飞速发展，更表明了我们迫切地需要更加完备的装备和技术支持。制造飞机过程中，飞机装配是其中的主要环节，其劳动量占飞机制造总量的40％～50％。据统计，70％的飞机机体疲劳失效事故起因于结构连接部位，其中80％的疲劳裂纹发生于连接孔处，可见孔的质量极大地影响着飞机的寿命。

中国专利CN 107520859A公开了一种高精度位姿定位机械臂，包括依次连接的臂体、万向关节、伸缩筒及用于安装末端执行器的安装件，通过臂体、万向关节、伸缩筒的有结合，形成具有七个自由度的机械臂，其定位精度高、易于控制且机动性灵活高，在飞机异形曲面装配中可实现高精度的钻铆。其中，万向关节包括关节座、第一拱梁、第二拱梁及四个驱动电机，四个驱动电机以“十”字形式连接于关节座，各驱动电机的输出轴均设在其远离关节座的一端，第一拱梁的两端分别传动连接于两个同轴设置的驱动电机的输出轴，第二拱梁的两端分别传动连接于另外两个同轴设置的驱动电机的输出轴；由于第一拱梁、第二拱梁直接由驱动电机驱动旋转，而在拱梁发生位姿误差时驱动电机难以通过微位移对进行微调操作，使得机械臂的定位精度不足，进而影响飞机壁板钻铆的精度。

因此，为解决上述问题，就需要一种双驱动万向关节，在拱梁发生位姿误差时可进行微调操作，以消除误差，提高机械臂的定位精度，保证满足飞机壁板钻铆的精度要求以及其他精度的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双驱动万向关节，在拱梁发生位姿误差时可进行微调操作，以消除误差，提高机械臂的定位精度，保证满足飞机壁板钻铆的精度要求以及其他精度的需求。

本发明的双驱动万向关节，包括关节座、第一拱梁、第二拱梁及四个驱动电机，四个所述驱动电机以“十”字形式连接于关节座，各所述驱动电机的输出轴均设在其远离关节座的一端；所述第一拱梁的两端分别传动连接于两个同轴设置的驱动电机的输出轴；所述第二拱梁的两端分别传动连接于另外两个同轴设置的驱动电机的输出轴；

所述第一拱梁、第二拱梁均通过传动组件连接于相应的输出轴；所述传动组件包括驱动块、传动块及从动环；所述驱动块固定于输出轴并与输出轴同步转动；所述从动环同轴套设在输出轴外并与拱梁的端部相连；所述传动块的一端固定连接于驱动块、另一端固定连接于从动环以用于在输出轴转动时驱动从动环同轴转动，且所述传动块采用电致伸缩材料制成，使得在传动块通电时产生伸缩变形位移以驱动从动环转动。

进一步，所述驱动块采用绝缘材料制成并包括用于固定套在输出轴上的套筒，所述套筒的侧面设有沿套筒径向延伸的动力臂；所述从动环采用绝缘材料制成且内壁面设有朝向其中心延伸的受力臂；所述传动块呈弧形，传动块的一端固定连接于动力臂的侧面、另一端固定连接于受力臂的侧面。

进一步，所述传动块的弧度为180°-300°。

进一步，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器及分别与控制器通信连接的四个角位移传感器，四个所述角位移传感器分别对应四个驱动电机的输出端设置并用于分别探测相应拱梁的旋转角度，所述传动块与控制器相连。

进一步，所述驱动电机均通过支承套筒固定于关节座，支承套筒远离关节座的一端设有与从动环配合的圆盘，所述从动环下部插入圆盘中并形成用于容置传动块的容腔。

进一步，所述从动环与拱梁一体成型。

进一步，所述第一拱梁包括两个弧形且对称设置的第一拱梁单元，两所述第一拱梁单元的一端与从动环相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘。

进一步，所述第二拱梁包括两个弧形且对称设置的第二拱梁单元，两所述第二拱梁单元的一端与从动环相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘。

进一步，所述关节座呈立方体结构，在关节座四个依次相邻的侧面上设有用于与相应驱动电机螺接的螺孔。

本发明的有益效果：

本发明的双驱动万向关节，第一拱梁可连接于机械臂大臂，第二拱梁可连接于机械臂小臂，万向关节通过驱动电机驱动使小臂产生位姿运动，如果小臂端的位姿误差小于最初给定的数值，则停止驱动电机，给传动块通电，采用电致伸缩材料制成的传动块产生伸缩变形微位移，由于驱动块此时是固定不动的，所以传动块带动从动环进行微小的转动，直至小臂端的位姿误差达到允许范围为止；从而在拱梁发生位姿误差时可进行微调操作，以消除误差，提高机械臂的定位精度，保证满足飞机壁板钻铆的精度要求以及其他精度的需求(本发明不仅应用于飞机装配)。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的双驱动万向关节的结构示意图；

图2为本发明的双驱动万向关节除去端盖后的结构示意图；

图3为本发明的双驱动万向关节的局部剖视图。

具体实施方式

如图1至图3所示：本实施例的双驱动万向关节，包括关节座1、第一拱梁2、第二拱梁3及四个驱动电机4，四个所述驱动电机4以“十”字形式连接于关节座1，各所述驱动电机4的输出轴5均设在其远离关节座1的一端；所述第一拱梁2的两端分别传动连接于两个同轴设置的驱动电机4的输出轴5；所述第二拱梁3的两端分别传动连接于另外两个同轴设置的驱动电机4的输出轴5；所述关节座1优选呈立方体结构，在关节座1四个依次相邻的侧面上设有用于与相应驱动电机4螺接的螺孔6，从而便于驱动电机4的安装和拆卸；相邻的两个驱动电机4相垂直；驱动电机4的输出轴5可为其本身的轴，也可以是经过相关减速器减速后的轴；第一拱梁2、第二拱梁3均呈“D”字形。

所述第一拱梁2、第二拱梁3均通过传动组件连接于相应的输出轴5；所述传动组件包括驱动块7、传动块8及从动环9；所述驱动块7固定于输出轴5并与输出轴5同步转动；所述从动环9同轴套设在输出轴5外并与拱梁(包括第一拱梁2及第二拱梁3)的端部相连；所述传动块8的一端固定连接于驱动块7、另一端固定连接于从动环9以用于在输出轴5转动时驱动从动环9同轴转动，且所述传动块8采用电致伸缩材料制成，使得在传动块8通电时产生伸缩变形位移以驱动从动环9转动；从动环9转动时带动拱梁同步转动；电致伸缩材料的应力与电场的平方成正比，介电常数与应变相关，因此，本构方程是非线性的，这种电场二次效应使得电致伸缩材料在某些方面比线性材料更具有优越性，具有将电能和应变能互相转换的功能。

第一拱梁2可通过大臂端连接于机械臂大臂，第二拱梁3可通过小臂端连接于机械臂小臂，万向关节通过驱动电机4驱动使小臂产生位姿运动，当关节的两个竖向驱动电机4(以图1的竖向为准)旋转时带动驱动块7旋转，旋转力通过传动块8传给从动环9，从而带动第一拱梁2运动，使关节产生左右摇摆运动；当关节的两个横向驱动电机4(以图1的横向为准)旋转时带动驱动块7旋转，旋转力通过传动块8传给从动环9，从而带动第二拱梁3运动，使关节产生上下俯仰运动；当关节通过驱动电机4驱动使得小臂端产生运动时，高精度的角位移传感器实时检测并反馈各拱梁的运动信息，如果小臂端的位姿误差小于最初给定的数值，则停止驱动电机4驱动，采用传动块8微驱动；此时，给传动块8通电(电能可来自于外部)，传动块8产生伸缩变形微位移，由于驱动块7此时是固定不动的，所以传动块8带动从动环9进行微小的转动，直至小臂端的位姿误差达到允许范围为止。

本实施例中，所述驱动块7采用绝缘材料制成并包括用于固定套在输出轴5上的套筒5a，所述套筒5a的侧面设有沿套筒5a径向延伸的动力臂5b；所述从动环9采用绝缘材料制成且内壁面设有朝向其中心延伸的受力臂9a；所述传动块8呈弧形，传动块8的一端固定连接于动力臂5b的侧面、另一端固定连接于受力臂9a的侧面；套筒5a同轴且固定套在输出轴5上；动力臂5b可呈直板状，与套筒5a同步转动；从动环9的内壁面即靠近输出轴5的一面，从动环9与输出轴5之间设置传动块8；受力臂9a也可呈直板状，其一端延伸至输出轴5附近；此时传动块8呈弧形，在未通电的情况下，传动块8仅用于作为传动部件，在通电时则作为驱动部件，由此形成本关节的双驱动结构；传动块8固定连接于动力臂5b及受力臂9a，在输出轴5正转及反转时均可传递旋转力；所述传动块8优选为优弧结构，其弧度可为180°-300°，从而使其具有更长的长度，便于通电时控制其微位移；所述从动环9与拱梁可一体成型，从而提高拱梁的结构强度，同时便于加工成型。

本实施例中，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器(图中未示出)及分别与控制器通信连接的四个角位移传感器(图中未示出)，四个所述角位移传感器分别对应四个驱动电机4的输出端设置并用于分别探测相应拱梁的旋转角度，所述传动块8与控制器相连；控制器可为现有的单片机，具有数据处理和信号控制的功能；角位移传感器可将相应拱梁的旋转角度实时传至控制器，以进行实时监控；传动块8与控制器相连，并由控制器控制其通电的电压及时间，由此实现对位姿误差的处理。

本实施例中，所述驱动电机4均通过支承套筒10固定于关节座1，支承套筒10远离关节座1的一端设有与从动环9配合的圆盘10a，所述从动环9下部插入圆盘10a中并形成用于容置传动块8的容腔；驱动电机4设在支承套筒10的内腔中；圆盘10a与从动环9之间可设置转动轴承，以利于从动环9的旋转运动；从动环9的上端由端盖11封闭，使容腔形成封闭空间。

本实施例中，所述第一拱梁2包括两个弧形且对称设置的第一拱梁单元2a，两所述第一拱梁单元2a的一端与从动环9相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘12；所述第二拱梁3包括两个弧形且对称设置的第二拱梁单元3a，两所述第二拱梁单元3a的一端与从动环9相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘12；连接盘12为法兰圆盘结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种双驱动万向关节，包括关节座、第一拱梁、第二拱梁及四个驱动电机，四个所述驱动电机以“十”字形式连接于关节座，各所述驱动电机的输出轴均设在其远离关节座的一端；所述第一拱梁的两端分别传动连接于两个同轴设置的驱动电机的输出轴；所述第二拱梁的两端分别传动连接于另外两个同轴设置的驱动电机的输出轴；其特征在于：

所述第一拱梁、第二拱梁均通过传动组件连接于相应的输出轴；所述传动组件包括驱动块、传动块及从动环；所述驱动块固定于输出轴并与输出轴同步转动；所述从动环同轴套设在输出轴外并与拱梁的端部相连；所述传动块的一端固定连接于驱动块、另一端固定连接于从动环以用于在输出轴转动时驱动从动环同轴转动，且所述传动块采用电致伸缩材料制成，使得在传动块通电时产生伸缩变形位移以驱动从动环转动。

2.根据权利要求1所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述驱动块采用绝缘材料制成并包括用于固定套在输出轴上的套筒，所述套筒的侧面设有沿套筒径向延伸的动力臂；所述从动环采用绝缘材料制成且内壁面设有朝向其中心延伸的受力臂；所述传动块呈弧形，传动块的一端固定连接于动力臂的侧面、另一端固定连接于受力臂的侧面。

3.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述传动块的弧度为180°-300°。

4.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括控制器及分别与控制器通信连接的四个角位移传感器，四个所述角位移传感器分别对应四个驱动电机的输出端设置并用于分别探测相应拱梁的旋转角度，所述传动块与控制器相连。

5.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述驱动电机均通过支承套筒固定于关节座，支承套筒远离关节座的一端设有与从动环配合的圆盘，所述从动环下部插入圆盘中并形成用于容置传动块的容腔。

6.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述从动环与拱梁一体成型。

7.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述第一拱梁包括两个弧形且对称设置的第一拱梁单元，两所述第一拱梁单元的一端与从动环相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘。

8.根据权利要求7所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述第二拱梁包括两个弧形且对称设置的第二拱梁单元，两所述第二拱梁单元的一端与从动环相连、另一端相固定连接并在连接处形成用于与机械臂连接的连接盘。

9.根据权利要求2所述的双驱动万向关节，其特征在于：所述关节座呈立方体结构，在关节座四个依次相邻的侧面上设有用于与相应驱动电机螺接的螺孔。