CN109139639A - 一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，包括至少一连接链，所述连接链包括至少一运动副和至少一连杆，所述运动副与连杆连接，所述连接链的两端分别设置一端面接口，所述运动副内设有热致粘接材料，所述运动副内或所述运动副的外表面设有使所述热致粘接材料快速升温的加热装置。本发明不仅可通过位姿可调的连接链实现不同的连接角度，还可以通过若干连接链的任意组合实现不同的连接长度，减少了连接组件的种类。

Description

一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构

技术领域

本发明涉及机械连接技术领域，特别涉及一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构。

背景技术

针对地面或空间任务中将大量的相似模块单元拼接为大型结构的任务，其中有多个不同长度、不同角度、不同尺寸的连接需求，当前一般采用预先定制多种尺寸的连接组件、现场切割—焊接不同尺寸的连接组件、预先研制位姿可调锁定的通用连接组件等措施，但现有的这些连接组件存下以下技术缺陷：

(1)采用专预先定制多种尺寸的连接组件，可以简化单个连接组件的系统结构、减轻连接组件自重，但会导致连接组件种类多、定制生产成本高、彼此通用性低等问题；

(2)采用现场切割-焊接不同尺寸的连接组件，可以减少备件数量、提高装配灵活性，但需在现场设置配套的切割、焊接设备，适用场合受限；

(3)采用预先研制的位姿可调锁定的通用连接组件，可以减少接口种类、降低现场对于辅助设备(如切割、焊接设备等)的依赖，传统的位姿可调锁定连接组件通常由多个运动副(转动副、平移副、球副等)及相应的锁定机构组合而成，存在系统结构复杂、组件自重大、依次调节锁定的操作步骤多等缺点。

因此，现有的连接组件不能满足地面或空间任务中将大量的相似模块装配为大型空间结构对于快速锁定的轻量化位姿可调连接机构的任务需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，以解决现有的连接组件种类多、定制生产成本高、彼此通用性低等技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，包括至少一连接链，所述连接链包括至少一运动副和至少一连杆，所述运动副与连杆连接，所述连接链的两端分别设置一端面接口，所述运动副内(可以是运动副内的间隙，也可以是运动副内设置的粘接槽，本发明不做具体限制)设有热致粘接材料，所述运动副内或所述运动副的外表面设有使所述热致粘接材料快速升温的加热装置。

在本发明中，使用一个连接链的位姿调试与快速锁定过程如下：在外力作用下，通过运动副对连接链进行位姿调节，待达到所需要的位姿后，加热装置对热致粘接材料进行加热，使其具有粘性，冷却后热致粘接固化，实现连接机构的锁定。

在本发明中，使用至少两个连接链的位姿调试与快速锁定时，首先，将两个连接链通过端面接口连接后，然后再对连接好的若干连接链进行位姿调试与快速锁定，即在外力作用下，通过运动副对连接链进行位姿调节，待达到所需要的位姿后，加热装置对热致粘接材料进行加热，使其具有粘性，冷却后热致粘接固化，实现连接机构的锁定。

本发明提供的位姿可调连接机构可以包括一个连接链，也可以包括多个连接链，可以将若干个连接链进行任意组合，相邻的两连接链之间通过端面接口固定连接。

较佳地，所述连接机构包括至少两个连接链，两所述连接链之间通过端面接口固定连接。

在本发明中，连接链的结构可以很多种结构类型，比如，连接链包括两连杆和一运动副，两所述连杆的内端通过所述运动副连接，两所述连杆的外端均设有所述端面接口；比如，连接链包括三个连杆和两个运动副，相邻的两连杆之间分别通过一运动副连接，两端的两连杆的外端均设有端面接口，对于一个连接链里包括两个运动副的情况，这两个运动副的类型可以相同，也可以不同。即一个连接链里还可以包括N个连杆和(N-1)个运动副，N大于2，(N-1)个运动副将N个连杆隔开，相邻的两连杆之间分别通过一运动副连接，两端的两连杆的外端均设有所述端面接口，(N-1)个运动副的类型可以相同，也可以不同。

较佳地，所述运动副为球副、圆柱副、转动副或移动副。

较佳地，所述连接链包括至少一运动副和至少两连杆，相邻的两连杆之间通过一所述运动副连接，所述连接链两端的两连杆的外端部均设有端面接口。

较佳地，相邻的两连杆之间通过一球副连接，所述球副包括球体和球碗，所述球体和球碗分别设置在一连杆上，所述球体活动设置在所述球碗内，所述加热装置设置在所述球碗的外表面或内部空心腔，所述热致粘接材料填充于所述球碗与所述球体之间。

较佳地，相邻的两连杆之间通过一圆柱副连接，所述圆柱副包括圆柱副套和圆柱副轴，所述圆柱副套和圆柱副轴分别设置在一连杆上，所述圆柱副套活动套设在所述圆柱副轴上，所述圆柱副套和圆柱副轴之间设有粘接槽，所述热致粘接材料填充于所述粘接槽内，所述粘接槽为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。

较佳地，相邻的两连杆之间通过一转动副连接，所述转动副包括一转动副套和一转动副轴，所述转动副套与所述转动副轴分别固设在一连杆上，所述转动副套与所述转动副轴轴转连接，所述转动副套与所述转动副轴之间设有粘接槽，所述粘接槽为同心圆环槽、阶梯孔槽或扇形阵列槽。

较佳地，相邻的两连杆之间通过一移动副连接，所述移动副包括一移动副外壳和一移动副芯，所述移动副外壳和移动副芯分别设置在一连杆上，所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳和移动副芯之间设有粘接槽，所述粘接槽为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。

当连接链中包括移动副时，还可以通过缩减连杆的数量节省连接机构的材料，较佳地，所述连杆的一端连接一移动副，所述移动副包括一移动副外壳和一移动副芯，所述移动副芯设置此连杆的一端，所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳的外端设有端面接口；所述连杆的另一端设置一端面接口或连接一运动副，如果另一端为运动副，当此运动副为移动副时，也可以通过此端的移动副的移动副外壳外端直接设置端面接口来缩减连杆的个数，达到节约材料的技术效果。

较佳地，所述端面接口为法兰接口、焊接结构或机械快插接口。

较佳地，所述热致粘接材料为在0-30度下可储存3-12个月、在100-200摄氏度下经过5-30分钟反应固化的高模量特性的粘合剂，或者是在100-200摄氏度下能够快速熔化粘接的粉末状热熔性粘接材料，该热致粘接材料预先填充于所述运动副间隙或运动副的粘接槽中。

较佳地，所述加热装置为螺旋电阻丝加热管、预埋于硅橡胶中的网状电阻丝、印制的加热膜或硅胶加热片、电磁感应加热电路及发热元件。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

首先，本发明提供一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，可实现连接机构的位姿可调及快速锁定，本发明不仅可通过位姿可调的连接链实现不同的连接角度，还可以通过若干连接链的任意组合实现不同的连接长度，减少了连接组件的种类。

其次，本发明还通过热致快速粘接锁定，省去传统的机械锁定操作，简化的锁定操作的复杂度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为本发明实施例1的局部剖视图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明的转动副的粘接槽的三种可实施结构示意图；

图4为本发明的移动副外壳的两种可实施结构示意图；

图5为本发明的圆柱副套的一种可实施结构示意图；

图6为本发明的圆柱副轴的一种可实施结构示意图；

图7为本发明的球副的球的一种可实施结构示意图；

图8为本发明的球副的球套的一种可实施结构示意图；

图9为本发明的圆形加热片的结构示意图；

图10为本发明的矩形加热片的结构示意图；

图11为本发明的具体实施例2的结构示意图；

图12为本发明的具体实施例5的结构示意图；

图13为本发明的具体实施例4的结构示意图；

图14为本发明的具体实施例6的结构示意图；

图15为本发明的具体实施例7的结构示意图；

图16为本发明的具体实施例8的结构示意图；

图17为本发明的具体实施例9的结构示意图；

图18为本发明的具体实施例10的结构示意图；

图19为本发明的具体实施例11的结构示意图；

图20为本发明的具体实施例12的结构示意图；

图21为本发明的具体实施例13的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图21对本发明提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构进行详细的描述，以下实施例是以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

实施例1

请参考图1和图2，本实施例的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链包括三个连杆5和两个运动副，即由一球副2、一圆柱副3以及第一连杆、第二连杆和第三连杆组成的四自由度连接链，第一连杆和第二连杆之间通过圆柱副3连接，第二连杆和第三连杆通过球副2连接，第一连杆和第三连杆的外端均设有一端面接口1。

所述圆柱副3包括圆柱副套和圆柱副轴，所述圆柱副套固定在所述第一连杆的内端，所述圆柱副轴固定在第二连杆的一端，所述圆柱副套活动套设在所述圆柱副轴上。热致粘接材料6填充于圆柱副套和圆柱副轴之间，在本实施例中，圆柱副套和圆柱副轴之间设有粘接槽8，热致粘接材料6预先填充于粘接槽8中。在初始状态下，热致粘接材料6不具有粘性，两连杆5之间可以通过运动副进行位姿调整。本实施例优选此粘接槽8为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。圆柱副套和圆柱副轴之间或圆柱副套的外表面还设有加热装置7，本实施例优选此加热装置7包裹在圆柱副套的外表面。

所述球副2包括球体和球碗，所述球体固设在第三连杆的内端，所述球碗固设在第二连杆的一端，所述球体活动设置在所述球碗内。热致粘接材料6填充于球体和球碗之间，在本实施例中，球体和球碗之间设有粘接槽8，热致粘接材料6预先填充于粘接槽8中。球体和球碗之间或球碗的外表面还设有加热装置7，本实施例优选此加热装置7包裹在球碗的外表面。

在本实施例中，加热装置7还与电线9相连。

本实施例的工作原理：连接链在使用时，在外力作用下，将各个连杆通过运动副进行位姿调整，待达到所需位姿后，通过加热装置7对热致粘结材料进行加热，使其具有粘性，将运动副的元件进行粘接(在本实施例中，运动副的元件即圆柱副3的圆柱副套和圆柱副轴通过热致粘结材料进行粘接，球副2的球体和球碗通过热致粘结材料进行粘接)，冷却后热致粘接材料6固化，实现连接链的锁定。

在本发明中，加热装置7为螺旋电阻丝加热管、预埋于硅橡胶中的网状电阻丝、印制的加热膜或硅胶加热片，本实施例优选加热装置7为硅胶加热片。

在本发明中，所述端面接口1为法兰接口、焊接结构或机械快插接口。

所述热致粘接材料6为在0-30度下可储存3-12个月、在100-200摄氏度下经过5-30分钟反应固化的高模量特性的粘合剂，或者是在100-200摄氏度下能够快速熔化粘接的粉末状热熔性粘接材料，该热致粘接材料6预先填充于所述运动副的间隙或运动副的粘接槽8中。

实施例2

请参考图3、图9和图11，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链为由两连杆5和一转动副4组成的一自由度连接链，两连杆5的内端通过转动副4连接，两连杆5的外端均有一端面接口1。

在本实施例中，所述转动副4包括一转动副套和一转动副轴，所述转动副套与所述转动副轴分别固设在一连杆5上，所述转动副套与所述转动副轴轴转连接。所述转动副套与所述转动副轴之间设有粘接槽8，所述粘接槽8为同心圆环槽、阶梯孔槽或扇形阵列槽，热致粘接材料6预先填充于粘接槽8内，加热装置7包裹在转动副4的至少一侧。由于转动副4为的截面为圆形，因此，请参考图9，加热装置7优选圆形加热片。

本实施例的工作原理与实施例1相同。

实施例3

请参考图5、图6和图10，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链为由两个圆柱副3和三个连杆5组成的二自由度连接链，相邻的两连杆5之间通过一个圆柱副3连接，即此连接链包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第一圆柱副和第二圆柱副，第一连接杆和第二连接杆之间通过第一圆柱副连接，第二连接杆和第三连接杆之间通过第二圆柱副连接，第一连接杆和第三连接杆的外端均设置一端面接口1。

本实施例的两圆柱副3的结构与实施例1的圆柱副3结构相同，此处不再赘述。

实施例4

请参考图3、图9、图11和图13，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括两个连接链，每个连接链的结构与实施例2相同，这两个连接链通过其端面接口1固定连接，即第一连接链的一端面接口1与第二连接链的一端面接口1固定连接。

本实施例的工作原理：

首相将两个连接链固定连接，然后进行位姿调试与快速锁定过程如下：在外力作用下，通过运动副对连接链进行位姿调节，待达到所需要的位姿后，加热装置7对热致粘接材料6进行加热，使其具有粘性，冷却后热致粘接固化，实现连接机构的锁定。

实施例5

请参考图10和图12，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链为由一个移动副10和一个连杆5组成的一自由度连接链，所述移动副10包括一移动副外壳和一移动副芯，移动副芯与连杆5的一端连接，连杆5的另一端设有端面接口1；所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳的外端设有端面接口1。所述移动副外壳和移动副芯之间设有粘接槽8，所述粘接槽8为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。移动副10的外围也安装有一片硅胶加热片7，由于移动副外壳的截面为矩形，本实施例优选矩形加热片。

此实施例的工作原理与实施例1相同。

实施例6

请参考图3、图4、图9、图10、图11和图14，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链为由一个转动副4、一个移动副10和两个连杆5组成的二自由度连接链。

在本实施例中，此连接链包括第一连杆、转动副4、第二连杆和移动副10，第一连杆和第二连杆之间通过转动副4连接，此转动副4的结构与实施例2相同，此第一连杆的外端设置一端面接口1。

第二连杆还与移动副10连接，此移动副10的结构与实施例5相同，即包括一移动副外壳和一移动副芯，移动副芯与第二连杆的一端连接，所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳的外端设有端面接口1。所述移动副外壳和移动副芯之间设有粘接槽8，所述粘接槽8为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。

此实施例的工作原理与实施例1相同。

实施例7

请参考图4、图10和图15，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一个连接链，此连接链为由两个移动副10和一连杆5组成的二自由度连接链，此连杆5的两端分别连接一移动副10，每个移动副10均包括一移动副外壳和一移动副芯，两移动副10的两移动副芯分别设置在此连杆5的两端，对应的移动副外壳活动套设在相应的移动副芯上，两移动副外壳的外端均设有端面接口1。

在本实施例中，连杆5可以是直杆，也可以是弯曲杆。

此实施例的工作原理与实施例1相同。

实施例8

请参考图5—图8以及图10和图16，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括由一球副2和两连杆5组成的三自由度连接链，球副2设置在两连杆5之间，两连杆5的外端分别设置一端面接口1。

本实施例的球副2结构与实施例1的球副2结构相同。

此实施例的工作原理与实施例1相同。

实施例9

请参考图4、图10、图15和图17，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括两个实施例7所述的连接链，这两个连接链通过端面接口1连接组成了三自由度连接链，本实施例的连接机构的工作原理与实施例4相同。

实施例10

请参考图3、图9、图11和图18，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括三个实施例6所述的连接链，这三个连接链通过端面接口1连接组成了三自由度连接链，本实施例的连接机构的工作原理与实施例4相同。

实施例11

请参考图5—图8以及图10、图12、图16和图19，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一实施例5所述的连接链和一实施例8所述的连接链，这两个连接链通过端面接口1连接组成了五自由度连接链，本实施例的连接机构的工作原理与实施例4相同。

实施例12

请参考图4—图8、图10、图15、图16和图20，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一实施例7所述的连接链和一实施例8所述的连接链，这两个连接链通过端面接口1连接组成了五自由度连接链，本实施例的连接机构的工作原理与实施例4相同。

实施例13

请参考图5—图8、图10、图12、图16和图21，本实施例提供的快速锁定的轻量化位姿可调连接机构包括一实施例2所述的连接链和两个实施例8所述的连接链，这三个连接链通过端面接口1连接组成了五自由度连接链，本实施例的连接机构的工作原理与实施例4相同。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (12)

1.一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，包括至少一连接链，所述连接链包括至少一运动副和至少一连杆，所述运动副与连杆连接，所述连接链的两端分别设置一端面接口，所述运动副内设有热致粘接材料，所述运动副内或所述运动副的外表面设有使所述热致粘接材料快速升温的加热装置。

2.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述连接机构包括至少两个连接链，两所述连接链之间通过端面接口固定连接。

3.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述运动副为球副、圆柱副、转动副或移动副。

4.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述连接链包括至少一运动副和至少两连杆，相邻的两连杆之间通过一所述运动副连接，所述连接链两端的两连杆的外端部均设有端面接口。

5.如权利要求4所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，相邻的两连杆之间通过一球副连接，所述球副包括球体和球碗，所述球体和球碗分别设置在一连杆上，所述球体活动设置在所述球碗内，所述加热装置设置在所述球碗的外表面或内部空心腔，所述热致粘接材料填充于所述球碗与所述球体之间。

6.如权利要求4所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，相邻的两连杆之间通过一圆柱副连接，所述圆柱副包括圆柱副套和圆柱副轴，所述圆柱副套和圆柱副轴分别设置在一连杆上，所述圆柱副套活动套设在所述圆柱副轴上，所述圆柱副套和圆柱副轴之间设有粘接槽，所述热致粘接材料填充于所述粘接槽内，所述粘接槽为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。

7.如权利要求4所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，相邻的两连杆之间通过一转动副连接，所述转动副包括一转动副套和一转动副轴，所述转动副套与所述转动副轴分别固设在一连杆上，所述转动副套与所述转动副轴轴转连接，所述转动副套与所述转动副轴之间设有粘接槽，所述粘接槽为同心圆环槽、阶梯孔槽或扇形阵列槽。

8.如权利要求4所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，相邻的两连杆之间通过一移动副连接，所述移动副包括一移动副外壳和一移动副芯，所述移动副外壳和移动副芯分别设置在一连杆上，所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳和移动副芯之间设有粘接槽，所述粘接槽为光滑槽或带有凸起的非光滑槽。

9.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述连杆的一端连接一移动副，所述移动副包括一移动副外壳和一移动副芯，所述移动副芯设置此连杆的一端，所述移动副外壳活动套设在所述移动副芯上，所述移动副外壳的外端设有端面接口；

所述连杆的另一端设置一端面接口或连接一运动副。

10.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述端面接口为法兰接口、焊接结构或机械快插接口。

11.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述热致粘接材料为在0-30度下可储存3-12个月、在100-200摄氏度下经过5-30分钟反应固化的高模量特性的粘合剂，或者是在100-200摄氏度下能够快速熔化粘接的粉末状热熔性粘接材料，该热致粘接材料预先填充于所述运动副间隙或运动副的粘接槽中。

12.如权利要求1所述的一种快速锁定的轻量化位姿可调连接机构，其特征在于，所述加热装置为螺旋电阻丝加热管、预埋于硅橡胶中的网状电阻丝、印制的加热膜或硅胶加热片、电磁感应加热电路及发热元件。