CN110005697A - 一种多自由度快速连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多自由度快速连接装置，其包括三转动机构和三移动机构,三转动机构与三移动机构通过连接轴和连接套筒连接在一起，连接套筒设置有用于对其高度进行调整的第一手轮，连接轴设置有用于对其转动方向进行调整的第二手轮，三移动机构包括固定底座、固定板以及支撑板，支撑板安装在固定底座与固定板之间，固定底座的上表面为凹槽结构，凹槽结构的两侧上端面通过紧固件与固定板连接在一起，三转动机构包括虎克铰和连接筒，连接筒的内部上端与连接轴相连，连接筒的下端与虎克铰的一侧的螺纹轴相连，虎克铰另一侧为销轴结构。本发明连接可靠，体积小而紧凑，刚度大，操作简单方便，连接所需时间较短，且不依赖工具便可完成连接作业。

Description

一种多自由度快速连接装置

技术领域

本发明涉机械技术领域，特别涉及一种多自由度快速连接装置。

背景技术

当前在货运码头或仓库搬运货物过程中，一般都是吊机通过抓钩来完成对货物的搬运工作，其简便快捷，但是同样存在着安全隐患，而且只能完成一些对位置精度要求不高的作业，稍需要一定精度，其工作效率就会大大下降，操作控制起来也变得复杂。

尤其对一些大部件的精密装配和分解场合，比如卫星舱和卫星本体间的装配，航空发动机检修时的装配，火箭筒间的装配等，一般采用钢丝绳和抓钩操作，可便于快速连接，但是其为柔性连接，为了避免在装配过程中发生碰撞损坏部件，目前完全依赖人工全程目测判断、手工长时间扶持装配件进行装配、且需征用众人同时操作，劳动强度较大，效率低下。若直接采用刚性件连接，可能会出现由于多个连接件之间错位产生扭矩而无法同时连接的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多自由度快速连接装置，可以快速完成对被连接件的连接。该快速连接装置能实现小范围三转动、三移动的六自由度运动，可自适应连接点位置，以快速与被连接件进行连接固定，在对被连接件连接固定后，有多个方向的自由度可以被固定，且两组及其以上组合便可以满足对被连接件整体的刚性固定连接。本发明连接可靠，体积小而紧凑，刚度大，操作简单方便，连接所需时间较短，且不依赖工具便可完成连接作业。

本发明是这样实现的：

具体地，本发明提供一种多自由度快速连接装置，其包括三转动机构和三移动机构,所述三转动机构与三移动机构通过连接轴和连接套筒连接在一起，

所述连接套筒设置有用于对其高度进行调整的第一手轮，所述连接轴设置有用于对其转动方向进行调整的第二手轮，

所述三移动机构包括固定底座、固定板以及支撑板，所述支撑板安装在所述固定底座与所述固定板之间，

所述固定底座的上表面为凹槽结构，所述凹槽结构的两侧上端面通过紧固件与固定板连接在一起，所述支撑板在所述凹槽结构内部能移动安装，

所述三转动机构包括虎克铰和连接筒，所述连接筒的内部上端与连接轴相连，所述连接筒的下端与所述虎克铰的一侧的螺纹轴相连，所述虎克铰另一侧为销轴结构，

所述连接套筒为中空结构，所述连接套筒外部中间位置有一段外螺纹，所述连接套筒与所述支撑板连接在一起，所述连接轴下端设置有外螺纹，并通过外螺纹与连接筒固定在一起。

优选地，所述固定板两侧分别设置有一螺纹孔，所述螺纹孔内装有用于对支撑板进行限位的锁止块。

优选地，所述锁止块下部分为扁柱体，所述锁止块上部分为螺杆结构，所述螺杆结构上端设置有四方体形状的立柱，所述锁止块依附在支撑板上表面，所述螺杆结构的上部的一部分伸出固定板的螺纹孔外部。

优选地，所述连接套筒上端处开有键槽，所述连接套筒的下部设置有限位台阶，所述连接套筒与第一手轮通过该键槽安装的键进行周向固定。

优选的，所述连接轴上端有键槽，通过该键槽安装的键与第二手轮进行周向固定，所述连接轴最上端为轴径大于连接套筒外径的台阶结构。

优选地，所述连接筒为内螺纹柱型结构，所述虎克铰的销轴结构距离下端一定距离处有一卡槽。

优选地，所述凹槽结构的两侧上端面通过四个对称分布的紧固螺钉与固定板连接在一起。

优选地，所述固定板以及固定底座中间均有开有通孔，所述支撑板开有螺纹孔，且固定板以及固定底座开的通孔略大于支撑板的螺纹孔。

优选地，所述第二手轮开有两个螺纹孔，所述螺纹孔安装有与其配合的锁止螺钉，所述锁止螺钉能够上下移动，通过锁止螺钉能够将第二手轮固定在第一手轮开设的凹槽的上表面上，完成对三转动机构的一个方向的转动自由度的调节。

优选地，所述销轴结构能够插入被连接件的销孔内，并通过卡环卡入卡槽进行固定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明可以实现小范围的三转动、三移动的六自由度运动，可以自适应被连接件的连接点位置，使得连接更加快捷、高效。

(2)本发明与被连接件连接后通过锁止块和螺纹连接可以控制三个移动自由度，通过锁止螺钉将第二手轮固定在第一手轮上，可以控制一个方向的自由度，两组及其以上该快速连接装置配合使用即可完成对被连接件整体的刚性固定连接。

(3)本发明不需要借助工具，通过锁止螺钉和锁止块即可完成对自由度的限制，操作简单方便。

(4)本发明采用插销式卡槽固定连接，连接快速可靠。

(5)本发明整体结构尺寸紧凑，所占体积小，操作简单，调节精度高。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的三移动机构的剖视图；以及

图3为本发明的三移动机构的结构示意图。

附图中的部分附图说明如下：

虎克铰1、连接筒2、固定底座3、支撑板4、锁止块5、固定板6、紧固螺钉7、连接套筒8、第一手轮9、连接轴10、第二手轮11、锁止螺钉12；

凹槽结构30；

螺纹轴1111、销轴结构112；

连接套筒外螺纹81、连接套筒键槽82；

连接轴外螺纹100，连接轴键槽101；

卡槽113。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种多自由度快速连接装置，包括三转动机构和三移动机构。三转动机构与三移动机构通过连接轴10和连接套筒8连接在一起。

连接套筒8设置有用于对其高度进行调整的第一手轮9，连接轴10设置有用于对其转动方向进行调整的第二手轮11。第一手轮9为大手轮，第二手轮11为小手轮。

三移动机构包括固定底座3、固定板6以及支撑板4，支撑板4安装在固定底座3与固定板6之间。在使用时，被连接件安装在支撑板4上。

固定底座3的上表面为凹槽结构30，凹槽结构30的两侧上端面通过紧固件与固定板6连接在一起，支撑板4在凹槽结构30内部能移动安装。

在具体应用中。凹槽结构30的两侧上端面通过四个对称分布的紧固螺钉7与固定板6连接在一起。

三转动机构包括虎克铰1和连接筒2，连接筒2的内部上端与连接轴10相连，连接筒2的下端与虎克铰1的一侧的螺纹轴111相连，虎克铰1另一侧为螺纹轴112。

连接套筒8为中空结构，连接套筒8外部中间位置有一段连接套筒外螺纹81，连接套筒8与支撑板4连接在一起，连接轴10下端设置有连接轴外螺纹100，并通过连接轴外螺纹100与连接筒2固定在一起。

固定板6两侧分别设置有一螺纹孔，螺纹孔内装有锁止块5，锁止块5下部分为扁柱体，锁止块5上部分为螺杆结构，螺杆结构上端设置有四方体形状的立柱，锁止块5依附在支撑板4上表面，螺杆结构的上部的一部分伸出固定板6的螺纹孔外部。

连接套筒8上端处开有连接套筒键槽82，连接套筒8的下部设置有限位台阶，连接套筒8与第一手轮9通过连接套筒键槽82安装的键进行周向固定。

优选的，连接轴10上端有连接轴键槽101，通过连接轴键槽101安装的键与第二手轮11进行周向固定，连接轴10最上端为轴径大于连接套筒8外径的台阶结构，连接轴10下端有连接轴外螺纹100，通过连接轴外螺纹与连接筒2固定在一起。

优选地，连接筒2为内螺纹柱型结构，虎克铰1的螺纹轴112距离下端一定距离处有一卡槽113。卡槽113能够安装卡环。在对被连接件装置时可以将螺纹轴112插入被连接件的销孔内，并通过卡环即可将其固定连接。

如图2所示，三移动机构下端为固定底座3，固定底座为矩形结构，侧面可以与装配件固连，从而可以完成对被连接件的连接，固定底座3的上表面为凹槽结构，其凹槽两侧上端面通过四个紧固螺钉7与固定板6连接在一起，对称布置。

在固定底座3和固定板6之间装有支撑板4，支撑板4在凹槽内完成两个方向的水平移动，即有两个移动自由度，在固定板4两侧分别有一螺纹孔，螺纹孔内装有锁止块5。

锁止块5下部分为扁柱体，上部分为螺杆结构，螺杆上端有四方体形状的立柱，锁止块5依附在支撑板4上表面，上部螺杆结构通过固定板6的螺纹孔伸出外部一部分，在与被连接件连接后，为了不让被连接件发生移动，通过手拧锁止块5上部螺杆结构的上端，可以起到对支撑板4进行限位的作用。

固定板6和固定底座3中间均有开设有通孔，支撑板4开有螺纹孔，可以使被连接件完成垂向的移动自由度，且固定板6和固定底座3开设的通孔略大于支撑板4的螺纹孔，这样三转动机构通过支撑板4在平面完成两个方向移动的过程中，不会发生碰撞固定板6和固定底座3。

连接套筒8为中空结构，外部中间位置有一段长度的连接套筒外螺纹81，连接套筒8与支撑板4螺纹孔通过螺纹连接在一起，通过转动第一手轮9既可以完成连接套筒8的上下移动。

连接套筒8上端处开有连接套筒键槽82，在其下部有一限位台阶，通过限位台阶可以起到对第一手轮9的一侧垂向位置的限定，通过连接轴10可以完成对第一手轮9另一侧垂向位置的限定。连接套筒8与第一手轮9通过键完成周向固定，这样，手动摇动第一手轮9即可完连接套筒8的上下移动。

如图3所示，三转动机构与三移动机构通过连接轴10和连接套筒8连接在一起，连接轴10上端有连接轴键槽101，通过连接轴键槽101与第二手轮11完成周向固定，手摇第二手轮11即可完成对连接轴10的一个方向的转动自由度。

连接轴10最上端为轴径大于连接套筒8外径的台阶结构，第二手轮11开有两个螺纹孔，并且锁止螺钉12与螺纹孔配合在一起，可以上下移动，通过锁止螺钉12可以将第二手轮11固定在第一手轮9的凹槽上表面上，完成对三转动机构的一个方向的转动自由度。

连接轴10的下端有外螺纹，通过外螺纹与连接筒2固定在一起，连接筒2为内螺纹柱型结构。

优选的，连接筒2内部上端可与连接轴10相连，下端与组成虎克铰1一侧螺纹轴相连，完成对连接轴10和虎克铰1的固定连接，虎克铰1可以完成另外两个方向的转动自由度，这样就可以完成三个方向的转动自由度，当其余4个自由度均被限定后，若将该快速连接装置两个及其以上配套适用，使其虎克铰1的两个转动轴线不共线即可完成对被连接件的刚性固定连接。

虎克铰1另一侧为螺纹轴112，销轴结构距离下端一定距离处有一卡槽，在对被连接件装置时可以将销轴结构插入被连接件的销孔内，并通过卡环即可将其固定连接。

具体应用实例

本实施例以两组快速连接装置同时使用为例说明。

初始状态下，首先将第一快速连接装置的三移动机构通过锁止块5锁定，防止其自由移动，三移动机构下端固定底座3的侧面与操作臂固连在一起，操作臂起到支撑整个快速连接装置以及与其连接的第一装配件的作用。

当第一快速连接装置与第一装配件进行连接的时候，手动摇动第一手轮9，带动连接套筒8的连接套筒外螺纹81在支撑板4的内螺纹上转动完成向下移动，此时固定在第一手轮9上的三转动机构跟随连接筒8下降，三转动机构上连接轴10通过连接轴外螺纹100与连接筒2上部连接在一起，连接筒2的下部通过虎克铰螺纹轴111与虎克铰1装配在一起，一起向下移动，用于准备与第二装配件连接。

当虎克铰1下降到适当位置时，其上的螺纹轴112与第二装配件上孔结构装置连接，并且通过卡环扣在卡槽113内，此时第一快速连接装置与第一装置配件和第二装配件完成连接，由于虎克铰1两个转动自由度无法限制，此时的连接为柔性连接，第二装配件依然可以相对第一装配件发生位姿变化。然后，第二快速连接装置同样将三移动机构下端固定底座3的侧面与操作臂固连在一起，与第一快速连接装置不同的是，此时的三移动机构并没有被锁止块5锁定，同样转动第一手轮9，带动虎克铰1向下移动，用于与第二装配件连接，但是此时位于第二装配件上的孔结构装置的孔可能会与虎克铰1上的螺纹轴112有位移偏差，无法完成连接，这时可以移动三移动机构来补偿这部分偏差，让螺纹轴112能够顺利插进孔内，然后将卡环扣进卡槽113内锁死，完成连接。

此时若两个虎克铰1的转动轴线共线，第一装配件与第二装配件同样会发生相对转动，无法完成精准调姿装配，为了完成装配件间的刚性连接，在将虎克铰1的螺纹轴112插进孔结构装置的孔内时，松开位于第二手轮11上的锁止螺钉12，转动第二手轮11，带动连接轴10转动，最终使得虎克铰1整体发生转动，此时只要避开第一快速连接装置与第二快速连接装置虎克铰1的转动轴线共线，装配件即失去所有自由度，然后将卡环扣进卡槽113内锁死，完成装配件间的刚性连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明可以实现小范围的三转动、三移动的六自由度运动，可以自适应被连接件的连接点位置，使得连接更加快捷、高效。

(2)本发明与被连接件连接后通过锁止块和螺纹连接可以控制三个移动自由度，通过锁止螺钉将第二手轮固定在第一手轮上，可以控制一个方向的自由度，两组及其以上该快速连接装置配合使用即可完成对被连接件整体的刚性固定连接。

(3)本发明不需要借助工具，通过锁止螺钉和锁止块即可完成对自由度的限制，操作简单方便。

(4)本发明采用插销式卡槽固定连接，连接快速可靠。

(5)本发明整体结构尺寸紧凑，所占体积小，操作简单，调节精度高。

最后应说明的是：以上的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多自由度快速连接装置，其特征在于：其包括三转动机构和三移动机构,所述三转动机构与三移动机构通过连接轴和连接套筒连接在一起，

所述连接套筒设置有用于对其高度进行调整的第一手轮，所述连接轴设置有用于对其转动方向进行调整的第二手轮，

所述三移动机构包括固定底座、固定板以及支撑板，所述支撑板安装在所述固定底座与所述固定板之间，

所述固定底座的上表面为凹槽结构，所述凹槽结构的两侧上端面通过紧固件与固定板连接在一起，所述支撑板在所述凹槽结构内部能移动安装，

所述三转动机构包括虎克铰和连接筒，所述连接筒的内部上端与连接轴相连，所述连接筒的下端与所述虎克铰的一侧的螺纹轴相连，所述虎克铰另一侧为销轴结构，

所述连接套筒为中空结构，所述连接套筒外部中间位置有一段外螺纹，所述连接套筒与所述支撑板连接在一起，所述连接轴下端设置有外螺纹，并通过外螺纹与连接筒固定在一起。

2.根据权利要求1所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述固定板两侧分别设置有一螺纹孔，所述螺纹孔内装有用于对支撑板进行限位的锁止块。

3.根据权利要求2所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述锁止块下部分为扁柱体，所述锁止块上部分为螺杆结构，所述螺杆结构上端设置有四方体形状的立柱，所述锁止块依附在支撑板上表面，所述螺杆结构的上部的一部分伸出固定板的螺纹孔外部。

4.根据权利要求1所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述连接套筒上端处开有键槽，所述连接套筒的下部设置有限位台阶，所述连接套筒与第一手轮通过该键槽安装的键进行周向固定。

5.根据权利要求4所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述连接轴上端有键槽，通过该键槽安装的键与第二手轮进行周向固定，所述连接轴最上端为轴径大于连接套筒外径的台阶结构。

6.根据权利要求1所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述连接筒为内螺纹柱型结构，所述虎克铰的销轴结构距离下端一定距离处有一卡槽。

7.根据权利要求1所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述凹槽结构的两侧上端面通过四个对称分布的紧固螺钉与固定板连接在一起。

8.根据权利要求7所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述固定板以及固定底座中间均有开有通孔，所述支撑板开有螺纹孔，且固定板以及固定底座开的通孔略大于支撑板的螺纹孔。

9.根据权利要求1所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述第二手轮开有两个螺纹孔，所述螺纹孔安装有与其配合的锁止螺钉，所述锁止螺钉能够上下移动，通过锁止螺钉能够将第二手轮固定在第一手轮开设的凹槽的上表面上，完成对三转动机构的一个方向的转动自由度的调节。

10.根据权利要求6所述的多自由度快速连接装置，其特征在于：所述销轴结构能够插入被连接件的销孔内，并通过卡环卡入卡槽进行固定。