CN111688204A - 一种基于熔融沉积3d打印的机械控制臂扭转关节 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节，涉及一种机械控制臂，特别是涉及一种机械控制臂的关节；解决了机械控制臂扭转关节小直径优化方向上实现角度传感器布置、线路对扭转过程无阻碍并且满足熔融沉积3D打印的可行性的技术问题。本发明包括上臂、下臂、角度传感器、连接架、驱动块、滑块；上臂在与下臂相对扭转时，上臂内的止动槽带动驱动块使角度传感器的转轴转动；连接架上的环圈与下臂上部的内部圆柱面之间有用于过线的间隙；滑块能在下臂的环槽内滑动、能通过紧固件与上臂固定，限制上臂相对于下臂沿扭转的轴向移动。本发明在关节小直径优化方向上更进一步，主要用于制造机械控制臂和学习指导。

Description

一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节
技术领域
本发明涉及一种机械控制臂，特别是涉及一种机械控制臂的关节。
背景技术
现有的机械控制臂大多都由传统加工方式制造，传统机械加工方式由于工艺和成本的限制，也决定了零件、产品结构的局限，并且加工周期也是影响成本的一个主要因素。再加结构优化更加依赖于高成本集成度更高的传感器，使机械控制臂在大范围应用和学习上不容易实现。
3D打印能够突破传统加工对结构设计的限制，虽然3D打印能够生产出各种设想出来的结构，但是3D打印包含的各种技术也都存在其各自的优缺点。现今，熔融沉积3D打印技术正快速走进车间和实验室的桌面上，为生产和科研提供了一个强有力的帮手，但是熔融沉积3D打印产生的支撑，有时会在打印出来的零件进行后处理上带来比较大的难度。所以，基于熔融沉积3D打印虽然一定程度上摆脱了传统加工工艺的束缚，但是，基于此技术进行结构优化设计，仍有不小的难度。
发明内容
要解决的技术问题：
机械控制臂扭转关节小直径优化方向上实现角度传感器布置、线路对扭转过程无阻碍并且满足熔融沉积3D打印的可行性。
技术方案：
机械控制臂扭转关节，包括上臂、下臂、角度传感器、连接架、驱动块、滑块。
上臂上端设有翻转接头，上臂上端的翻转接头内设有固定角度传感器的环状支架，环状支架下端一侧为止动槽，另一侧为过线孔，上臂下部的内部为圆柱面。下臂下端设有翻转接头，下臂上部的内部和外部均为圆柱面、并且同轴，内部的圆柱面上端设有凹槽，外部的圆柱面下侧设有环槽，环槽内有限位，下臂的内部设有过线槽。角度传感器包括壳体和转轴。连接架设有环圈，环圈外缘设有凸起。驱动块为长条状，一端设有安装孔。
连接架通过其上的环圈固定在角度传感器的壳体上，驱动块通过其上的安装孔固定在角度传感器的转轴上；连接架通过其上的凸起固定到下臂上部的内部圆柱面上端的凹槽上；连接架上的环圈与下臂上部的内部圆柱面之间有用于过线的间隙。上臂下部的内部圆柱面与下臂上部的外部圆柱面间隙配合，驱动块与上臂内的止动槽间隙配合；上臂与下臂相对扭转时，上臂内的止动槽带动驱动块使角度传感器的转轴转动；滑块能在下臂的环槽内滑动、能通过紧固件与上臂固定，限制上臂相对于下臂沿扭转的轴向移动。
为使滑块与下臂更加容易装配，在滑块上设置凸起，上臂下部的内部圆柱面的下侧设置滑槽，滑块的凸起能以间隙配合方式滑入上臂下部的内部圆柱面上的滑槽，在紧固之前进行预安装。
为使下臂内的打印支撑更加容易有效地去除并能实现对驱动块的有效固定，上臂内的止动槽的底面设计为斜面。
有益效果：
以较少的零件实现传感器布置、过线设计、满足打印的可行性，结构精简、巧妙；关节实现扭转和轴向限位的零件更少，集成度更高，在关节小直径优化方向上更进一步。
附图说明
一件发明名称为“一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节”，其说明书包括17幅附图，这些附图的图面说明如下：
图1是总装配图；
图2是下臂一01与下臂二02装配示意图；
图3是角度传感器07与连接架03、驱动块04装配示意图；
图4是连接架03与下臂一01、下臂二02装配示意图；
图5是滑块05与上臂06装配示意图；
图6是下臂01的轴测图；
图7是下臂01的正视图；
图8是下臂01的后视图；
图9是下臂02的轴测图；
图10是下臂02正视图；
图11是下臂02后视图；
图12是连接架03的轴测图；
图13是驱动块04的轴测图；
图14是滑块05的轴测图；
图15是上臂06的轴测图；
图16是上臂06的正视图；
图17是图16中沿A-A的剖视图。
具体实施方式
为了实现发明内容中的技术方案，选择如下设计作为优选实施方式。
本实施例的基于熔融沉积3D打印的设计能够实现控制臂小直径条件下布置角度传感器、满足所有零件的装配要求并且有利于打印支撑的全部拆除。
本实施例包括的零件有：下臂一01、下臂二02、连接架03、驱动块04、滑块05、上臂06、角度传感器07、螺钉一08、螺钉二09。
如图6、图7、图8，下臂一01上设有下臂一连接架固定凹槽01-01、下臂一内圆柱面01-02、下臂一过线槽01-03、下臂一翻转接头01-04、下臂一螺纹孔01-05、下臂一外圆柱面01-06、下臂一环槽01-07、环槽角度限位01-08。下臂一内圆柱面01-02与下臂一过线槽01-03之间的过渡面为圆锥面。
如图9、图10、图11，下臂二02上设有下臂二连接架固定槽02-01、下臂二内圆柱面02-02、下臂二过线槽02-03、下臂二翻转接头02-04、下臂二圆柱头沉孔02-05、下臂二外圆柱面02-06、下臂二环槽02-07。下臂二内圆柱面02-02与下臂二过线槽02-03之间的过渡面为圆锥面。
如图12，连接架03上设有连接架环圈03-01、连接架凸起03-02。
如图13，驱动块04上设有驱动块安装孔04-01、驱动块楔形面04-02。
如图14，滑块05上设有滑块螺纹孔05-01、滑块凸起05-02。
如图15、图16、图17，上臂06上设有驱动块止动槽06-01、上臂内圆柱面06-02、滑槽06-03、上臂通孔06-04、上臂过线孔06-05、上臂角度传感器环状固定架06-06、上臂翻转接头06-07。驱动块止动槽06-01下端面为斜面，上臂内圆柱面06-02上端过渡面为圆锥面。
3D打印
采用熔融沉积方式打印下臂一01、下臂二02、连接架03、驱动块04、滑块05、上臂06。其中，下臂一01按图6状态摆放，下臂二02按图9状态摆放，上臂06按图15状态摆放。上臂06内部的支撑可透过驱动块止动槽06-01的上部空间和上臂过线孔06-05更加方便、有效的拆除。
装配
如图2，将下臂一翻转接头01-04的轴线与下臂二翻转接头02-04的轴线重合、下臂一外圆柱面01-06的轴线与下臂二外圆柱面02-06的轴线重合，用螺钉一08将下臂一01与下臂二02预紧在一起。
如图3,将连接架03装配到角度传感器07上；将角度传感器07的转动轴插入驱动块安装孔04-01内，角度传感器07的转动轴与驱动块安装孔04-01过盈配合。
如图4，将连接架凸起03-02对准下臂一连接架固定凹槽01-01和下臂二连接架固定槽02-01，将连接架03安装在下臂一01和下臂二02上；连接架凸起03-02与下臂一连接架固定凹槽01-01、下臂二连接架固定槽02-01过盈配合；连接架环圈03-01与下臂一内圆柱面01-02、下臂二内圆柱面02-02之间的间隙用于过线。
如图5，将滑块05放置于下臂一环槽01-07和下臂二环槽02-07组成的环槽内；驱动块04对准驱动块止动槽06-01、滑槽06-03对准滑块凸起05-02，将上臂06沿下臂一外圆柱面01-06和下臂二外圆柱面02-06推至上臂通孔06-04与滑块螺纹孔05-01重合，用螺钉二09将滑块05与上臂06紧固在一起，如图1所示。驱动块04与驱动块止动槽06-01间隙配合，上臂内圆柱面06-02与下臂一外圆柱面01-06和下臂二外圆柱面02-06间隙配合，滑块05与下臂一环槽01-07和下臂二环槽02-07间隙配合。
上臂06与下臂01相对扭转时，驱动块止动槽06-01带动驱动块04使角度传感器的转轴转动。滑块05在环槽01-07内滑动的同时限制上臂06相对于下臂01沿扭转的轴向移动。

Claims (4)

1.一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节，包括上臂、下臂、角度传感器，上臂上端设有翻转接头(06-07)，下臂下端设有翻转接头(01-04)，角度传感器包括壳体和转轴，其特征在于：
下臂上部的内部和外部均为圆柱面、并且同轴，内部的圆柱面上端设有凹槽(01-01)，外部的圆柱面下侧设有环槽(01-07)，环槽(01-07)内有限位(01-08)，下臂的内部设有过线槽(01-03)；
上臂上端的翻转接头(06-07)内设有固定角度传感器的环状支架(06-06)，环状支架(06-06)下端一侧为止动槽(06-01)，另一侧为过线孔(06-05)，上臂下部的内部为圆柱面；
包括连接架(03)、驱动块(04)、滑块(05)；连接架(03)设有环圈(03-01)，环圈(03-01)外缘设有凸起(03-02)；驱动块(04)为长条状，一端设有安装孔(04-01)；
连接架通过其上的环圈(03-01)固定在角度传感器的壳体上，驱动块通过其上的安装孔(04-01)固定在角度传感器的转轴上；连接架通过其上的凸起(03-02)固定到下臂上部的内部圆柱面上端的凹槽(01-01)上；连接架上的环圈(03-01)与下臂上部的内部圆柱面之间有用于过线的间隙；
上臂下部的内部圆柱面与下臂上部的外部圆柱面间隙配合，驱动块(04)与上臂内的止动槽(06-01)间隙配合；上臂与下臂相对扭转时，上臂内的止动槽(06-01)带动驱动块(04)使角度传感器的转轴转动；
滑块(05)能在下臂的环槽(01-07)内滑动、能通过紧固件与上臂固定，限制上臂相对于下臂沿扭转的轴向移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节，其特征在于：滑块(05)设有凸起(05-02)，上臂下部的内部圆柱面的下侧设有滑槽(06-03)，所述凸起(05-02)能以间隙配合方式滑入所述滑槽(06-03)。
3.根据权利要求2所述的一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节，其特征在于：上臂内的止动槽的底面为斜面。
4.根据权利要求3所述的一种基于熔融沉积3D打印的机械控制臂扭转关节，其特征在于：以垂直下臂翻转接头(01-04)轴线且与扭转轴线重合的平面将下臂分为两部分；环槽(01-07)内的限位(01-08)设置于其中的一部分或者同时设置于两部分；两部分由紧固件在下臂上部的外部圆柱面与下臂翻转接头(01-04)之间的位置紧固。
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