CN108150778A - 一种三自由度复合铰链 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造及机器人技术领域，公开了一种三自由度复合铰链，采用螺母以及台阶环结构，紧固转动环，减小轴向松动与误差；采用台阶环、固定片和螺栓相配合的结构，紧固中心轴承，减小松动与误差，增大承载能力；采用螺母、台阶轴以及小连接件台阶环相结合的配合方式，紧固小连接件，减少小连接件松动误差；大连接件与小连接件可以根据需要外接的零部件结构特征进行设计配合。本发明结构新颖简单，成本低廉，可实现性强；通过陀螺仪原理，采用三个轴向安装的多个轴承，实现了连接在三自由度复合铰链两端零部件的相对三个轴向的大范围转动；结构内部开放性强，便于安装各种检测类元器件。

Description

一种三自由度复合铰链

技术领域

本发明属于机械制造技术及机器人领域，尤其涉及一种广泛用于并联机器人、多自由度机构的三自由度复合铰链。

背景技术

随着机械化水平的提高以及加工制造业的快速发展，球铰链以其机械机构、适用范围以及灵活性上的特点备受机械传动行业者们的青睐，应用也越来越广泛。球铰链一般应用在主动件的连接处，起到连接主动件与被动件的同时，实现主动件与被动件三个轴向自由度的相对转动。传统的球铰链为活动的球头与固定球窝的球面副，在加工制造过程中受其球头与球窝圆度，以及相互装配过程中彼此是否同心的影响，造成制造难度大的问题；又为防止球头从球窝中受外力拉出，球窝外沿近乎将球头整个环包住，导致球头相对球窝转动范围小的现状；还因传统球铰链本身体积很小，为保证球头转动灵活，因而使得球头上不能加装其他控制或者检测元器件。当前存在的一种三自由度铰链实现了三个自由度的转动，但是三个方向上的转动不是存在于一个主动件与一个被动件之间，而是存在于三个不同零件上，每个零件存在一个相对转动的自由度，不能称之为球铰链。目前尚未见到既拥有球铰链的功能，又具能够有较大旋转角度、结构简单、便于制造、可安装控制以及检测类元器件性能的铰链发明创新设计。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的球铰链存在制造难度大、转动范围小，不能加装其他控制或者检测元器件。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种三自由度复合铰链。

本发明是这样实现的，一种三自由度复合铰链，所述三自由度复合铰链设置有：

一个小转接件；

所述小转接件通过对称的两个小轴承和螺母固定在中心轴上；

一个大转接件；

所述大转接件通过对称放置的螺母和小轴承同转动环相连接。

进一步，中心轴承内圈固定有锁轴环且由转动环、锁轴环、大固定环及小固定环紧固；

所述中心轴承固定在转动环和锁轴环之间；所述中心轴固定在锁轴环上。

进一步，所述转动环内圈与锁轴环外圈带有台阶环，与大固定环和小固定环通过台阶环以及螺栓将中心轴承固定。

进一步，所述小转接件通过螺母与中心轴连接。

进一步，所述中心轴中间部分带有台阶，通过螺母将小轴承固定在中心轴的中间位置。

进一步，所述小连接件轴孔一侧是带有台阶环的轴孔。

进一步，所述小连接件轴孔与连接外部零件平面之间加装肋板。

本发明的另一目的在于提供一种采用所述三自由度复合铰链的球铰链。

本发明采用螺母以及台阶环的结构，紧固转动环，减小轴向松动与误差；采用台阶环、固定片和螺栓相配合的结构，紧固中心轴承，减小松动与误差，增大承载能力；采用螺母、台阶轴以及小连接件台阶环相结合的配合方式，紧固小连接件，减少小连接件松动误差；大连接件与小连接件可以根据需要外接的零部件结构特征进行设计配合。

本发明结构新颖简单，成本低廉，可实现性强。一个精度一般的球铰链费用达上千元，而一个该复合铰链成本仅需上百元；通过陀螺仪原理，采用三个轴向安装的多个轴承，实现了连接在三自由度复合铰链两端零部件的相对三个轴向的大范围转动。传统球铰链转动范围最大为60度，该复合铰链可以实现180度转动；传统铰链结构小，不能加装任何监测元器件，该铰链结构内部开放性强，便于安装各种检测类元器件如旋转编码器。

附图说明

图1是本发明实施例提供的三自由度复合铰链结构示意图；

图2是本发明实施例提供的大固定环、小固定环结构示意图；

图3是本发明实施例提供的大连接件安装结构示意图；

图4是本发明实施例提供的转动环安装结构示意图；

图5是本发明实施例提供的锁轴环安装结构示意图；

图6是本发明实施例提供的转动环结构示意图；

图7是本发明实施例提供的锁轴环结构示意图；

图中：1、大转接件；2、小轴承；3、螺母；4、转动环；5、中心轴承；6、锁轴环；7、大固定环；8、小固定环；9、中心轴；10、小连接件；11、螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于陀螺仪结构原理，利用三个轴向安装的多个轴承，实现了连接在三自由度复合铰链两端零部件的相对三个轴向的大范围转动而且可以在三个轴向上安装检测类元器件。

下面结合附图对本发明的工作原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的三自由度复合铰链包括：大转接件1、小轴承2、螺母3、转动环4、中心轴承5、锁轴环6、大固定环7、小固定环8、中心轴9、小连接件10、螺栓11。

转动环4由两个小轴承2以及螺母3对称固定在大转接件1上；中心轴承5内圈固定有锁轴环6且由转动环4、锁轴环6、大固定环7以及小固定环8紧固；中心轴9穿过锁轴环6的轴孔被固定在锁轴环6上；小转接件10由对称的两个小轴承2和螺母3固定在中心轴9上；大转接件1由对称放置的螺母3和小轴承2同转动环4相连接；小转接件10由一颗螺母3与同中心轴9相连接。大转接件1通过两个对称放置的小轴承2同转动环4连接在一起；对称放置的两个螺母3将对称放置的两个小轴承2和转动环4固定，防止转动环4轴向方向上的松动和滑移；

中心轴承5固定在转动环4和锁轴环6之间；锁轴环6固定在中心轴承5内圈；转动环4内圈与锁轴环6外圈带有台阶环，与大固定环7和小固定环8通过台阶环以及螺栓11将中心轴承5固定，防止中心轴承5出现轴向松动和滑移；中心轴9固连在锁轴环6上；中心轴9中间部分带有台阶，通过和一颗螺母3组合将小轴承2固定在中心轴9的中间位置，防止小连接件10沿中心轴9轴向方向松动和滑移；小连接件10轴孔一侧是带有台阶环的轴孔，便于小轴承2定位和防止其松动；锁轴环6、小轴承2和螺母3通过中心轴9连接和固定；小连接件10轴孔与连接外部零件平面之间加装有肋板，增强小连接件10轴向承载能力，防止弯曲变形或断裂。

三个轴向的转动自由度分别为：转动环4绕大转接件1两个安装轴承的耳片中轴线转动；锁轴环6绕中心轴承5的中轴线转动；小转接件10绕中心轴9的中轴线转动。三个中轴线相交于一点，构成一个球铰链的三个轴向的自由度。

本发明实施例提供的三自由度复合铰链具体安装的步骤为：

(1)将中心轴带台阶轴一端固定在锁轴环轴孔中，两个小轴承放置于小连接件中，然后将中心轴从两个小轴承中心穿过，直至其中一个轴承内圈紧靠中心轴台阶截面，接着将螺母拧入带有螺纹的中心轴一端，使得螺母和两个小轴承均固定在中心轴中间位置，最后将中心轴未带台阶轴一端也固定在锁轴环上；

(2)中心轴承内圈从锁轴环未带台阶环的一侧装入，使得中心轴承紧贴锁轴环的台阶环；

(3)中心轴承外圈从转动环未带台阶环的一侧转入，直至中心轴承紧贴转动环的台阶环；

(4)将大固定片装在中心轴承外圈和转动环平齐的一面，进行同心安装，并使用四个螺栓安装固定。

(5)将小固定片装在中心轴承内圈和锁轴环平齐的一面，进行同心安装，并使用四个螺栓安装固定；

(6)将转动环置于大转接件两个轴孔等距对称中心处之后，再将两个小轴承对称装入大转接件与转动环中间的轴承孔内，并使得小轴承内侧紧贴转动环轴上的台阶截面，最后将两个小螺母对称安装在转动环轴上；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三自由度复合铰链，其特征在于，所述三自由度复合铰链设置有：

一个小转接件；

所述小转接件通过对称的两个小轴承和螺母固定在中心轴上；

一个大转接件；

所述大转接件通过对称放置的螺母和小轴承同转动环相连接。

2.如权利要求1所述的三自由度复合铰链，其特征在于，中心轴承内圈固定有锁轴环且由转动环、锁轴环、大固定环及小固定环紧固；

所述中心轴承固定在转动环和锁轴环之间；所述中心轴固定在锁轴环上。

3.如权利要求2所述的三自由度复合铰链，其特征在于，所述转动环内圈与锁轴环外圈带有台阶环，与大固定环和小固定环通过台阶环以及螺栓将中心轴承固定。

4.如权利要求1所述的三自由度复合铰链，其特征在于，所述小转接件通过螺母与中心轴连接。

5.如权利要求1所述的三自由度复合铰链，其特征在于，所述中心轴中间部分带有台阶，通过螺母将小轴承固定在中心轴的中间位置。

6.如权利要求1所述的三自由度复合铰链，其特征在于，所述小连接件轴孔一侧是带有台阶环的轴孔。

7.如权利要求1所述的三自由度复合铰链，其特征在于，所述小连接件轴孔与连接外部零件平面之间加装肋板。

8.一种采用权利要求1～7任意一项所述三自由度复合铰链的球铰链。