CN110159718A - 一种可以转换主、从移动的运动副 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以转换主、从移动的运动副，包括导杆以及设置于导杆上的内套筒、外套筒和转换套筒，导杆的一端置于内套筒中，另一端从内套筒伸出后伸入转换套筒内，内套筒的一端伸入外套筒内并与外套筒螺纹配合；转换套筒具有环形凸缘，外套筒上具有凹槽，环形凸缘置于凹槽内并可在的凹槽转动，在转换套筒的环形凸缘处设置有挡环，挡环通过螺钉与外套筒固定连接；导杆和转换套筒具有固定状态和非固定状态，固定状态下，外套筒可带动转换套筒和导杆一起沿内套筒移动，形成驱动副，非固定状态下，导杆可在内套筒内移动，形成从动副。本发明能够实现主、从移动运动副的相互转化，整体结构简单新颖，加工装配方便，适用于冗余驱动的机构中。

Description

一种可以转换主、从移动的运动副

技术领域

本发明涉及一种运动副，具体涉及一种可以转换主、从移动的运动副，属于机械制造及机器人技术领域。

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，运动副以其结构简单、适用性强、灵活性好等特点，受到越来越多机械行业者们的青睐，应用范围也越来越广泛。运动副是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接，是连接机械结构各个零部件的关节，在机械产品中起着至关重要的作用。运动副按照接触特性通常可分为低副和高副，低副包括移动副和转动副，其中移动副为两个构件之间只做相对移动的运动副。移动副具有2个约束，保留了1个自由度，用于实现运动过程中两构件的直线移动，广泛应用于机器人系统的连接元件。

经检索发现，专利号为201310606428.6的中国专利提供了一种消除机构伴随位移的运动副，具有消除机构伴随位移的功能，伴随位移消除机构由四个平行四边形机构组成，其结构设计复杂、部件较多、安装比较困难；专利号为201620517855.6的中国专利提供了一种简易运动副，采用运动轴主基体和滑套基体构成运动副结构，但其不能直接测量出运动副移动距离，也不能实现主、从移动运动副的相互转化，所以不能看成理想的运动副。

在冗余驱动的机构中，机构运动到某些特殊位置会发生奇异，严重影响机构的正常工作。为解决上述现象，其中一种方法是转换机构中的驱动副。现有技术是将机构中需要转换的从动副和驱动副拆卸下来，然后重新安装到指定位置。这种转换形式操作困难，工作量大，极易造成机构位姿的改变。可以转换主、从移动的运动副的实现要求较高，它要求运动副在不改变机构位姿的情况下，通过简单操作，实现运动副主、从移动的相互转化。目前，尚未见到能够完全实现上述功能的此类运动副的发明创新设计。

综上可知，现有的运动副技术存在以下几个问题：

（1）不能直接测量出运动副移动距离，也不能实现主、从移动运动副的相互转化；

（2）结构设计复杂，部件较多，安装比较困难，且零件与运动副的连接与拆卸也不方便。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种设计合理、使用方便、制造简单的运动副，能够实现主、从移动运动副的相互转化。

为了达到以上目的，本发明提供了一种可以转换主、从移动的运动副，包括导杆以及设置于导杆上的内套筒、外套筒和转换套筒，所述导杆的一端放置于内套筒的中空筒体中，另一端从内套筒伸出后伸入转换套筒内，内套筒筒体内设置有右限位凸缘，所述内套筒的一端伸入所述外套筒内并与所述外套筒螺纹配合，即内套筒的外表面设置有外螺纹，外套筒的内表面设置有内螺纹，这样内套筒与外套筒通过螺纹进行螺旋传动（螺旋传动是指将转动变为精确移动的一种机械运动，其优点是工作方式简单、传递力大）；所述转换套筒的一端设置于外套筒的中空筒体中，所述转换套筒设于外套筒中的一端具有环形凸缘，在所述外套筒的筒体内壁上具有与环形凸缘相配合的凹槽，所述转换套筒的环形凸缘放置于外套筒凹槽内并且所述转换套筒的环形凸缘可在外套筒的凹槽内转动，在所述转换套筒的环形凸缘处设置有挡环，转换套筒通过挡环进行轴向定位，所述挡环通过螺钉与外套筒固定连接；所述导杆和转换套筒具有固定状态和非固定状态，固定状态下，所述导杆固定于转换套筒内，所述外套筒可带动转换套筒和导杆一起沿内套筒移动，形成驱动副，非固定状态下，所述导杆可在内套筒内移动，形成从动副。

本发明能保证主、从移动运动副的灵活转化，且两个构件在某方向相对移动时，可通过内套筒平端面上的刻度获得两构件相对移动的距离，以减轻对测量器材的依赖，有利于机构的结构优化。

优选地，所述导杆位于转换套筒处具有一第一通孔，所述转换套筒具有一第二通孔；固定状态下，所述导杆的第一通孔与所述转换套筒的第二通孔对齐后插入螺栓，并采用螺母固定。

当转换套筒与导杆通过螺栓和螺母固定时，外套筒通过螺纹在内套筒上进行螺旋传动，并通过挡环与螺钉带动转换套筒和导杆一起移动，此时为主移动运动副，即驱动副；当所述转换套筒与导杆非固定时，外套筒不起作用，导杆在内套筒的中空筒体内光滑移动，此时为从移动运动副，即从动副。

优选地，所述内套筒的长度大于外套筒的长度，并且所述内套筒的外螺纹长度大于外套筒的内螺纹长度；所述导杆为阶梯轴，所述导杆的长度大于内套筒的长度，且所述导杆的直径较小端从内套筒伸出；所述外套筒呈空心圆柱体状。

优选地，所述内套筒由相连的光滑段和螺纹段组成，所述光滑段的直径大于螺纹段的直径，且在所述光滑段与螺纹段相连处设有退刀槽，所述螺纹段的外端设置有右限位凸缘；所述螺纹段上设置有外螺纹，并且所述螺纹段的表面设有一带刻度的平端面。

优选地，所述导杆、内套筒、外套筒以及转换套筒同轴线布置。

优选地，所述第一通孔垂直于导杆的轴线方向，所述第二通孔垂直于转换套筒的轴线方向。

优选地，所述外套筒的端面以及挡环上均设有一组均匀分布的螺纹孔，所有螺纹孔直径相同，与所述螺纹孔配合设置有螺钉。

优选地，所述导杆固定连接有第一构件，所述内套筒固定连接有第二构件。

优选地，所述第一构件为虎克铰链，所述第二构件为球铰链。

优选地，所述导杆的直径较大端与内套筒的内表面间隙配合，所述转换套筒的环形凸缘与外套筒的凹槽间隙配合。

采用本发明后，能够解决传统技术的不足，带来如下有益效果：

（1）可直接测量出运动副移动距离，并且还可以实现主、从移动运动副的相互转化；

（2）整体结构简单新颖，加工装配方便，适用于冗余驱动的机构中。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的剖视图。

图2为本发明中导杆的结构示意图。

图3为本发明中内套筒的结构示意图。

图4为本发明中外套筒的结构示意图。

图5为本发明中转换套筒的结构示意图。

图6为本发明中挡环的结构示意图。

图7为本发明一个实施例中作为驱动副时右极限位置的剖视图。

图8为本发明一个实施例中作为驱动副时左极限位置的剖视图。

图9为本发明一个实施例中作为从动副时的剖视图。

图中：1. 导杆，2.内套筒，3.外套筒，4.转换套筒，5.挡环，6.螺栓，7.螺母，8.螺钉。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例一

如图1至图6所示，一种可以转换主、从移动的运动副，包括导杆1以及设置于导杆1上的内套筒2、外套筒3和转换套筒4。导杆1为阶梯轴，放置于内套筒2的中空筒体中，导杆1的直径较小端从内套筒2的右端伸出，直径较大端可在内套筒2的中空筒体内光滑移动，导杆1的长度大于内套筒2的长度，且导杆1靠近右端处具有一第一通孔，该第一通孔垂直于导杆1的轴线方向。内套筒2的筒体内设置有右限位凸缘，内套筒2的筒体外表面设置有外螺纹。具体为，内套筒2由相连的光滑段和螺纹段组成，光滑段的直径大于螺纹段的直径，螺纹段上设置有外螺纹，并且螺纹段的外螺纹表面设有一平端面，平端面上设有刻度，在光滑段与螺纹段相连处（螺纹段左端）设有退刀槽，螺纹段右端设置有右限位凸缘。外套筒3呈空心圆柱体状，外套筒3的筒体右端具有凹槽，外套筒3的筒体内表面设置有内螺纹，这样内套筒2的右端伸入外套筒3中并与外套筒3螺纹配合，使得内套筒2与外套筒3通过螺纹进行螺旋传动。导杆1的直径较小端从内套筒2的右端伸出后伸入转换套筒4中，且转换套筒4的左端设置于外套筒3的中空筒体中，转换套筒4的左端具有环形凸缘，环形凸缘放置于外套筒3筒体右端的凹槽内并且环形凸缘可在的凹槽内光滑转动，转换套筒4的环形凸缘处设置有挡环5，挡环5与外套筒3通过螺钉8固定连接，从而实现轴向定位，导杆1、内套筒2、外套筒3以及转换套筒4同轴线布置，转换套筒4靠近右端处具有一第二通孔，第二通孔垂直于转换套筒4的轴线方向。

导杆1和转换套筒4具有固定状态和非固定两种状态。固定状态下，导杆1的第一通孔与转换套筒4的第二通孔对齐后插入螺栓6，并采用螺母7固定，使得导杆1固定于转换套筒4内，这样外套筒3可带动转换套筒4和导杆1一起沿内套筒2移动，形成驱动副；非固定状态下，导杆1可在内套筒2和转换套筒4内移动，形成从动副。需要注意的是：固定状态下，转换套筒4不与外套筒3固定,二者彼此之间还能够相对转动，由于转换套筒4的环形凸缘外直径比凹槽的直径小一些，导致环形凸缘与凹槽底部并未发生接触; 同时转换套筒4的环形凸缘厚度也比凹槽的宽度小一些,导致环形凸缘与凹槽侧壁没有接触。这样就使得外套筒3既能转动,也能移动;但是,转换套筒4只能移动,不会跟着外套筒3一起转动。

因此，当转换套筒4与导杆1通过螺栓6和螺母7固定时，外套筒3通过螺纹在内套筒2上进行螺旋传动，并通过挡环5与螺钉8带动转换套筒4和导杆1一起移动，此时为主移动运动副，即驱动副。当导杆1直径较大端的右端面与内套筒2右限位凸缘的左端面相接触时，此时导杆1处于右极限位置（见图7）；当内套筒2右限位凸缘的右端面与转换套筒4左端环形凸缘的左端面相接触时，此时导杆1处于左极限位置（见图8）。

当转换套筒4与导杆1相互独立、非固定时，外套筒3不起作用，导杆1在内套筒2的中空筒体内光滑移动，此时为从移动运动副，即从动副（见图9）。

另外，导杆1的右端固定连接有第一构件，内套筒2的左端固定连接有第二构件。第一构件为虎克铰链，第二构件为球铰链。内套筒2的长度大于外套筒3的长度，并且内套筒2的外螺纹长度大于外套筒3的内螺纹长度。外套筒3的右端面以及挡环5上均设有8个均匀分布的螺纹孔，所有螺纹孔直径相同，与螺纹孔配合设置螺钉8。导杆1的直径较大端与内套筒2的内表面间隙配合，转换套筒4的环形凸缘与外套筒3筒体右端的凹槽间隙配合。

操作时，本实施例采用以下步骤：

步骤1、装配零部件，以保证导杆1、内套筒2、外套筒3以及转换套筒4同轴线布置。具体地，将导杆1放置于内套筒2的中空筒体中，再将导杆1直径较小端从内套筒2的右端伸出，直径较大端可设置在内套筒2的中空筒体内；将内套筒2与外套筒3通过螺纹进行啮合，并移动到合适位置；将转换套筒4的环形凸缘放置在外套筒3筒体右端的凹槽处，通过螺钉8将外套筒3与挡环5连接。

步骤2、在导杆1右端、内套筒2左端，分别固接第一构件和第二构件。

步骤3、将转换套筒4上的第二通孔与导杆1上的第一通孔通过螺栓6和螺母7连接时，驱动外套筒3通过螺纹在内套筒2上进行螺旋传动，并通过挡环5与螺钉8带动转换套筒4和导杆1一起移动，此时为主移动运动副，即驱动副。例如，将上述外套筒3与旋转电机的输出轴固连，这样电机的旋转就驱动相连的外套筒3转动，同时带动转换套筒4和导杆1一起移动。运动副移动前，先读取外套筒3左端对应在内套筒2上的刻度，运动副移动结束后，再次读取外套筒3左端对应在内套筒2上的刻度，通过计算移动前后的刻度差，从而获得两构件相对移动的距离。

步骤4、当转换套筒4与导杆1相互独立时，外套筒3不起作用，导杆1在内套筒2的筒体内光滑移动，此时为从移动运动副，即从动副。导杆1只能横向移动,当运动副作为从动副时,导杆1是被另一个物体拉着或顶着移动的,另一个物体可以是联轴器(用来联接两根轴使之共同运动的机械零件),也可以是该从动副之外的运动副(例如转动副、虎克铰链、球面副等)。运动副移动前，先将转换套筒4上的第二通孔与导杆1上的第一通孔重合，读取外套筒3左端对应在内套筒2上的刻度，然后将外套筒3转动到左极限位置（即内套筒2右限位凸缘的右端面与转换套筒4左端环形凸缘的左端面相接触），以保证外套筒3不会妨碍运动副正常移动。运动副移动结束后，再将转换套筒4上的第二通孔与导杆1上的第一通孔重合，读取此时外套筒3左端对应在内套筒2上的刻度，通过计算移动前后的刻度差，从而获得两构件相对移动的距离。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：包括导杆以及设置于导杆上的内套筒、外套筒和转换套筒，所述导杆的一端放置于内套筒的中空筒体中，另一端从内套筒伸出后伸入转换套筒内，所述内套筒的一端伸入所述外套筒内并与所述外套筒螺纹配合；所述转换套筒的一端设置于外套筒的中空筒体中，所述转换套筒设于外套筒中的一端具有环形凸缘，在所述外套筒的筒体内壁上具有凹槽，所述环形凸缘放置于凹槽内并且所述环形凸缘可在的凹槽内转动，在所述转换套筒的环形凸缘处设置有挡环，所述挡环通过螺钉与外套筒固定连接；所述导杆和转换套筒具有固定状态和非固定状态，固定状态下，所述导杆固定于转换套筒内，所述外套筒可带动转换套筒和导杆一起沿内套筒移动，形成驱动副，非固定状态下，所述导杆可在内套筒内移动，形成从动副。

2.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述导杆位于转换套筒处具有第一通孔，所述转换套筒具有第二通孔；固定状态下，所述第一通孔与所述第二通孔对齐后插入螺栓，并采用螺母固定。

3.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述内套筒的长度大于外套筒的长度，并且所述内套筒的外螺纹长度大于外套筒的内螺纹长度；所述导杆为阶梯轴，所述导杆的长度大于内套筒的长度，且所述导杆的直径较小端从内套筒伸出。

4.根据权利要求3所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述内套筒由光滑段和螺纹段组成，所述光滑段的直径大于螺纹段的直径，且在所述光滑段与螺纹段相连处设有退刀槽，所述螺纹段的外端设置有右限位凸缘；所述螺纹段上设置有外螺纹，并且所述螺纹段的表面设有一带刻度的平端面。

5.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述导杆、内套筒、外套筒以及转换套筒同轴线布置。

6.根据权利要求2所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述第一通孔垂直于导杆的轴线方向，所述第二通孔垂直于转换套筒的轴线方向。

7.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述外套筒的端面以及挡环上均设有一组均匀分布的螺纹孔，与所述螺纹孔配合设置有螺钉。

8.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述导杆固定连接有第一构件，所述内套筒固定连接有第二构件。

9.根据权利要求8所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述第一构件为虎克铰链，所述第二构件为球铰链。

10.根据权利要求1所述一种可以转换主、从移动的运动副，其特征在于：所述导杆的直径较大端与内套筒的内表面间隙配合，所述转换套筒的环形凸缘与外套筒的凹槽间隙配合。