CN108098831B - 一种三自由度柔性关节结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三自由度柔性关节结构，属于柔性机器人领域。它包括可与机器人头部相连的第一连接件、可与机器人躯体相连的第二连接件、可相对于第一连接件转动的复合关节主体A、可相对于第二连接件扭转的复合关节主体B，复合关节主体A与复合关节主体B可发生相对转动；每个转动部分均采用磁性吸附的方式装设，且设有可压缩变形的弹性垫，从而使得三自由度关节转动时刻发生微小的压缩变形，改变转动中心，增加关节的柔性。本发明是一种三个正交转动自由度、无稳定的转动中心，具有柔性隔振和保护功能的三自由度柔性关节结构。

Description

一种三自由度柔性关节结构
技术领域
本发明主要涉及柔性机器人领域，特指一种三自由度柔性关节结构。
背景技术
机器人的关节通常需要具有三个转动自由度，现有技术的转动自由度均具有极强的刚性，即相互转动的两部件具有一个稳定的转动中心。尽管这种三自由度的关节能够适用于大型的工业化机器人设备中，但由于其缺乏柔性，一方面难以体现关节的灵活性，另一方面，刚性关节常常导致关节部位磨损严重，从而使得机器人的寿命显著降低。因此，设计一种具有三自由的柔性关节具有重要的应用价值。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种具有三个正交转动自由度、无稳定的转动中心，具有柔性隔振和保护功能的三自由度柔性关节结构。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种三自由度柔性关节结构，它包括可与机器人头部相连的第一连接件、可与机器人躯体相连的第二连接件、可相对于所述第一连接件转动的复合关节主体A、可相对于所述第二连接件扭转的复合关节主体B，所述复合关节主体A与所述复合关节主体B可发生相对转动。
所述第一连接件的底部设有横截面为半圆形的凹槽，所述复合关节主体A的上端为半圆柱凸头，其下端为圆柱凸头，其中部为圆柱形直杆；所述复合关节主体B为轴线沿铅垂方向的圆柱体挖去X向凹槽，所述X向凹槽为一个轴线沿水平面内X向的半圆柱体；所述第二连接件的上部设有一个轴线沿铅垂方向的圆柱型凹槽。
所述半圆柱凸头与所述半圆形的凹槽采用磁性吸附的方式装设，所述圆柱凸头与所述复合关节主体B上的X向凹槽采用磁性吸附的方式装设，所述复合关节主体B采用磁性吸附的方式装设于所述第二连接件的圆柱型凹槽内。
弹性垫A装设于所述第一连接件的凹槽内，弹性垫B装设于所述复合关节主体B的X向凹槽内，旋转弹性垫装设于所述第二连接件与所述复合关节主体B之间。
所述第一连接件与所述复合关节主体A之间沿相对转动方向装设有两根拉伸弹簧；所述复合关节主体A与所述复合关节主体B之间沿相对转动方向装设有扭转弹簧B，所述第二连接件与所述复合关节主体B之间装设有扭转弹簧A。
进一步地，所述弹性垫A与所述弹性垫B为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的壳体。
进一步地，所述旋转弹性垫为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的空心圆柱体。
进一步地，所述半圆柱凸头的轴线、所述圆柱凸头的轴线、所述复合关节主体B的轴线，三者两两相互垂直。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的一种三自由度柔性关节结构具有相互垂直的三个方向转动自由度，每个转动部分均采用磁性吸附的方式装设，且设有可压缩变形的弹性垫，从而使得本发明的三自由度关节转动时刻发生微小的压缩变形，改变转动中心，增加关节的柔性。
(2)本发明的一种三自由度柔性关节结构还设有拉伸弹簧和两根扭转弹簧，分别装设于相互转动的相邻连接件上，从而吸收转动时多余的运动能量，实施隔振。由此可知，本发明的三自由度关节，具有足够的柔性和良好的隔振性能，不仅可以延长关节的使用寿命，而且能够对于此关节相连的两部件实施减振保护。
附图说明
图1是本发明的一种三自由度柔性关节结构的结构原理示意图。
图中，1—第一连接件；10—弹性垫A；2—第二连接件；20—旋转弹性垫；3—复合关节主体A；31—圆柱凸头；32—半圆柱凸头；33—拉伸弹簧；4—复合关节主体B；40—弹性垫B；41—扭转弹簧A；42—扭转弹簧B。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明的一种三自由度柔性关节结构，包括可与机器人头部相连的第一连接件1、可与机器人躯体相连的第二连接件2、可相对于第一连接件1转动的复合关节主体A3、可相对于第二连接件2扭转的复合关节主体B4，复合关节主体A3与复合关节主体B4可发生相对转动。
参见图1所示，第一连接件1的底部设有横截面为半圆形的凹槽，复合关节主体A3的上端为半圆柱凸头32，其下端为圆柱凸头31，其中部为圆柱形直杆；复合关节主体B4为轴线沿铅垂方向的圆柱体挖去X向凹槽，X向凹槽为一个轴线沿水平面内X向的半圆柱体；第二连接件2的上部设有一个轴线沿铅垂方向的圆柱型凹槽。
参见图1所示，半圆柱凸头32与半圆形的凹槽采用磁性吸附的方式装设，圆柱凸头31与复合关节主体B4上的X向凹槽采用磁性吸附的方式装设，复合关节主体B4采用磁性吸附的方式装设于第二连接件2的圆柱型凹槽内。
参见图1所示，弹性垫A10装设于第一连接件1的凹槽内，弹性垫B40装设于复合关节主体B4的X向凹槽内，旋转弹性垫20装设于第二连接件2与复合关节主体B4之间。
参见图1所示，第一连接件1与复合关节主体A3之间沿相对转动方向装设有两根拉伸弹簧33；复合关节主体A3与复合关节主体B4之间沿相对转动方向装设有扭转弹簧B42，第二连接件2与复合关节主体B4之间装设有扭转弹簧A41。
参见图1所示，作为优选的，弹性垫A10与弹性垫B40为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的壳体。
参见图1所示，作为优选的，旋转弹性垫20为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的空心圆柱体。
参见图1所示，作为优选的，半圆柱凸头32的轴线、圆柱凸头31的轴线、复合关节主体B4的轴线，三者两两相互垂直。

Claims (4)

1.一种三自由度柔性关节结构，包括可与机器人头部相连的第一连接件(1)、可与机器人躯体相连的第二连接件(2)、可相对于所述第一连接件(1)转动的复合关节主体A(3)、可相对于所述第二连接件(2)扭转的复合关节主体B(4)，所述复合关节主体A(3)与所述复合关节主体B(4)可发生相对转动，其特征在于：
所述第一连接件(1)的底部设有横截面为半圆形的凹槽，所述复合关节主体A(3)的上端为半圆柱凸头(32)，其下端为圆柱凸头(31)，其中部为圆柱形直杆；所述复合关节主体B(4)为轴线沿铅垂方向的圆柱体挖去X向凹槽，所述X向凹槽为一个轴线沿水平面内X向的半圆柱体；所述第二连接件(2)的上部设有一个轴线沿铅垂方向的圆柱型凹槽；
所述半圆柱凸头(32)与所述半圆形的凹槽采用磁性吸附的方式装设，所述圆柱凸头(31)与所述复合关节主体B(4)上的X向凹槽采用磁性吸附的方式装设，所述复合关节主体B(4)采用磁性吸附的方式装设于所述第二连接件(2)的圆柱型凹槽内；
弹性垫A(10)装设于所述第一连接件(1)的凹槽内，弹性垫B(40)装设于所述复合关节主体B(4)的X向凹槽内，旋转弹性垫(20)装设于所述第二连接件(2)与所述复合关节主体B(4)之间；
所述第一连接件(1)与所述复合关节主体A(3)之间沿相对转动方向装设有两根拉伸弹簧(33)；所述复合关节主体A(3)与所述复合关节主体B(4)之间沿相对转动方向装设有扭转弹簧B(42)，所述第二连接件(2)与所述复合关节主体B(4)之间装设有扭转弹簧A(41)。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性关节结构，其特征在于：所述弹性垫A(10)与所述弹性垫B(40)为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的壳体。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性关节结构，其特征在于：所述旋转弹性垫(20)为非金属材质制作的摩擦系数极小的、可发生微小弹性变形的空心圆柱体。
4.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性关节结构，其特征在于：所述半圆柱凸头(32)的轴线、所述圆柱凸头(31)的轴线、所述复合关节主体B(4)的轴线，三者两两相互垂直。
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