CN108662010B - 一种零轴漂簧片式柔性铰链 - Google Patents

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Abstract

一种零轴漂簧片式柔性铰链，包括左交叉簧片组、右交叉簧片组、下转动件和上转动件，所述下转动件与上转动件通过左交叉簧片组连接形成一组柔性铰链体，所述下转动件与上转动件通过右交叉簧片组连接形成另一组柔性铰链体，两组柔性铰链体的理想转动中心轴同轴，并且两组柔性铰链体中的左交叉簧片组和右交叉簧片组镜面对称布设，本发明可以大幅提高转动精度、实现柔性铰链的零轴漂。

Description

一种零轴漂簧片式柔性铰链
技术领域
本发明涉及一种零轴漂簧片式柔性铰链。
背景技术
刚性关节连接会导致滞后、间隙以及磨损问题，大大降低机构整体的精度和寿命。柔性铰链作为传统关节的替代品，是设计在两个相邻刚性部件之间的薄弱环节，通过材料自身的弹性弯曲形变来实现高精度的相对旋转运动，具有无摩擦损耗、无需润滑、无迟滞、无需维护、结构紧凑、易于制造等优点。
由于自身结构的限制，柔性铰链在转动过程中，其材料的弹性变形是分布式的而不是集中于一点，所以其理想转动中心会随着转角的变化而发生一定程度的漂移，称为轴漂。交叉簧片式柔性铰链变形应力特性良好，可实现20°以上的超大行程，国外以Riverhawk为代表的一些公司已经将交叉簧片式柔性铰链进行商品化生产并应用于多种精密运动领域中，但这种柔性铰链具有较大的轴漂，精度特性较差。
针对交叉簧片式柔性铰链转动精度较低的问题，专利号为：2016100840906，专利名称为零轴漂大转角交叉簧片式柔性铰链，此专利中的交叉簧片利用刚性中间件反向串联两柔性铰链体，使得转动过程中两对交叉簧片轴漂方向相反，从而相互抵消，达到所谓的零轴漂精度。但是，根据此发明中提供的内容通过进一步仿真分析，发现在变形过程中，假设右外转动件2固定，此时由于连接在中间转动件3的交叉簧片4相对固定端位置发生偏移，导致两对交叉簧片的轴漂对称点偏离理想转动中心轴，两对交叉簧片的轴漂并未以理想转动中心轴为中心对称，且行程越大对称点离理想转动中心轴越远，并不能实现零轴漂。
发明内容
本发明解决了现有技术的不足而提供一种零轴漂簧片式柔性铰链，可以大幅提高转动精度、实现柔性铰链的零轴漂。
一种零轴漂簧片式柔性铰链，包括左交叉簧片组、右交叉簧片组、下转动件和上转动件，所述下转动件与上转动件通过左交叉簧片组连接形成一组柔性铰链体，所述下转动件与上转动件通过右交叉簧片组连接形成另一组柔性铰链体，两组柔性铰链体的理想转动中心轴同轴，并且两组柔性铰链体中的左交叉簧片组和右交叉簧片组镜面对称布设，
所述左交叉簧片组包括第一交叉簧片和第二交叉簧片，所述右交叉簧片组包括第三交叉簧片和第四交叉簧片，
所述第一交叉簧片的交叉线、第二交叉簧片的交叉线、第四交叉簧片的交叉线和第三交叉簧片的交叉线均与柔性铰链体的理想转动中心轴重合，
所述第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片沿柔性铰链体的理想转动中心轴轴向从左至右依次排布。
进一步的，所述第二交叉簧片与第三交叉簧片之间设有一定间距或第二交叉簧片与第三交叉簧片中相邻的两簧片相互连接为一体。
进一步的，所述左交叉簧片组中的第一交叉簧片和第二交叉簧片为反向并联，所述右交叉簧片组中的第三交叉簧片和第四交叉簧片为反向并联。
进一步的，所述反向并联为第一交叉簧片和第二交叉簧片、且第三交叉簧片和第四交叉簧片的上下两端对齐布设，所述第一交叉簧片的上端与上转动件连接，下端与下转动件连接，所述第二交叉簧片的上端与下转动件连接，下端与上转动件连接，所述第三交叉簧片的上端与下转动件连接，下端与上转动件连接，所述第四交叉簧片的上端与上转动件连接，下端与下转动件连接。
进一步的，所述下转动件和上转动件为刚体结构，且下转动件和上转动件之间沿轴向设有一定间隙，这个间隙指的是轴向间隙，防止相对运动过程中受到平面外的力(非正常作用力)导致接触和摩擦。
进一步的，所述第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片均由两个等长、等宽、等厚的簧片以一定的角度交叉放置构成，第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片的交叉角度相同，两个簧片交叉的位置形成交叉线。
进一步的，所述上转动件和下转动件的结构相同，且以理想转动中心轴为中心对称布设，本例中的上转动件和下转动件特指不包含其它连接件的转动体。
综上所述，本发明将上转动件、下转动件、第一交叉簧片、第二交叉簧片作为一组柔性铰链体，上转动件、下转动件、第三交叉簧片、第四交叉簧片作为另一组柔性铰链体；本装置中每组柔性铰链体中的一对交叉簧片为反向并联，这样可以平均承担外部转矩，产生的弯曲变形大小相同，每组组内的两对交叉簧片两两首尾相连使得变形过程中两对交叉簧片轴漂相互抵消，组间的两组交叉簧片镜面对称使得变形过程中转动件翘曲得以消除，最终实现上转动件、下转动件保持转动中心位置不变，即轴间漂移量为零。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图中，1、上转动件，2、下转动件，3、第一交叉簧片，4、第二交叉簧片，5、第三交叉簧片，6、第四交叉簧片。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种零轴漂簧片式柔性铰链，至少包括上转动件1、下转动件2、第一交叉簧片3、第二交叉簧片4、第三交叉簧片5、第四交叉簧片6；上转动件1、下转动件2同轴放置，两者之间有一定间隙，防止相对运动过程中受到平面外的力(非正常作用力)导致接触和摩擦；
第一交叉簧片3、第二交叉簧片4、第三交叉簧片5、第四交叉簧片6按交叉线共线的方式布置；第一交叉簧片3、第二交叉簧片4的簧片排列方式与第三交叉簧片5、第四交叉簧片6的簧片排列方式沿交叉线对称；
第一交叉簧片3的上端或下端连接上转动件1，下端或上端连接下转动件2；第二交叉簧片的上端或下端连接下转动件2，下端或上端连接上转动件1；第三交叉簧片的上端或下端连接下转动件2，下端或上端连接上转动件1；第四交叉簧片的上端或下端连接上转动件1，下端或上端连接下转动件2；
上转动件1、下转动件2、第一交叉簧片3、第二交叉簧片4作为一组柔性铰链体，上转动件1、下转动件2、第三交叉簧片4、第四交叉簧片5作为另一组柔性铰链体；两组柔性铰链体中的交叉簧片反向并联，平均承担外部转矩，产生的弯曲变形大小相同，组内的两对簧片两两首尾相连使得变形过程中两对交叉簧片轴漂相互抵消，组间的两组交叉簧片关于镜面对称使得变形过程中转动件翘曲得以消除，最终实现上转动件1、下转动件2保持转动中心位置不变，即轴间漂移量为零。
上述为本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种零轴漂簧片式柔性铰链，其特征在于：包括左交叉簧片组、右交叉簧片组、下转动件和上转动件，所述下转动件与上转动件通过左交叉簧片组连接形成一组柔性铰链体，所述下转动件与上转动件通过右交叉簧片组连接形成另一组柔性铰链体，两组柔性铰链体的理想转动中心轴同轴，并且两组柔性铰链体中的左交叉簧片组和右交叉簧片组镜面对称布设，
所述左交叉簧片组包括第一交叉簧片和第二交叉簧片，所述右交叉簧片组包括第三交叉簧片和第四交叉簧片，
所述第一交叉簧片的交叉线、第二交叉簧片的交叉线、第三交叉簧片的交叉线和第四交叉簧片的交叉线均与柔性铰链体的理想转动中心轴重合，
所述第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片沿柔性铰链体的理想转动中心轴轴向从左至右依次排布；
所述左交叉簧片组中的第一交叉簧片和第二交叉簧片为反向并联，所述右交叉簧片组中的第三交叉簧片和第四交叉簧片为反向并联，所述反向并联为第一交叉簧片和第二交叉簧片、且第三交叉簧片和第四交叉簧片的上下两端对齐布设，所述第一交叉簧片的上端与上转动件连接，下端与下转动件连接，所述第二交叉簧片的上端与下转动件连接，下端与上转动件连接，所述第三交叉簧片的上端与下转动件连接，下端与上转动件连接，所述第四交叉簧片的上端与上转动件连接，下端与下转动件连接。
2.根据权利要求1所述的零轴漂簧片式柔性铰链，其特征在于：所述第二交叉簧片与第三交叉簧片之间设有一定间距或第二交叉簧片与第三交叉簧片中相邻的两簧片相互连接为一体。
3.根据权利要求1或2所述的零轴漂簧片式柔性铰链，其特征在于：所述下转动件和上转动件为刚体结构，且下转动件和上转动件之间沿轴向设有一定间隙。
4.根据权利要求3所述的零轴漂簧片式柔性铰链，其特征在于：所述第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片均由两个等长、等宽、等厚的簧片以一定的角度交叉放置构成，第一交叉簧片、第二交叉簧片、第三交叉簧片和第四交叉簧片的交叉角度相同。
5.根据权利要求1所述的零轴漂簧片式柔性铰链，其特征在于：所述上转动件和下转动件的结构相同，且以理想转动中心轴为中心对称布设。
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