CN112664550B - 一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰 - Google Patents
一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及操作臂机械机构技术领域，具体地说是一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于该球铰包括连杆、外罩体、内基体、钢球及锁紧单元，外罩体设为筒状，筒状外罩体的上端设有连杆活动口，筒状外罩体侧面设有竖向槽，内基体上端面中部设有球面凹槽，钢球下端置于球面凹槽内，钢球的上端设有上螺纹孔，钢球的上端与连杆通过上螺纹孔相连接，筒状外罩体和内基体之间球面外侧套有锁紧单元，锁紧单元包括转盘、复位扭簧、锁紧块和驱动线，通过驱动线带动转柄转动使转盘带动锁紧块内缩或外扩实现锁紧和释放功能，具有结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现3自由度自由转动、可以在任意位置锁定、提供足够负载能力、锁定平稳可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及操作臂机械机构技术领域，具体地说是一种结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现3自由度自由转动、可以在任意位置锁定、提供足够负载能力、锁定平稳可靠的基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰。
背景技术
众所周知，操作臂是一种机电一体化的产品，能够携带一种或多种末端执行器，在工作人员的遥控操作或计算机的自动控制下完成多种作业，目前已被广泛应用在多个领域，例如：生产制造领域、安全防爆领域和医疗领域等，具有巨大的应用前景，国内外已经对各类操作臂做了深入的研究。
目前，现有的各类操作臂产品以及研究成果，多为主动式操作臂，分为内置驱动、外置驱动以及混合驱动。对于内置驱动放置，一般部署方式为操作臂的每个关节均设置一个驱动电机，通过电机转动改变转关节的角度，通过多关节姿态的耦合改变末端执行器的位姿。对于外置驱动方式，一般将驱动电机部署在操作臂外部，一般通过驱动电机拉动驱动线改变操作臂的姿态。而这些主动式操作臂均采用控制器控制电机转动角度，进而控制操作臂位姿的正向驱动方式，只能适用于结构化的操作环境。而能够让操作者手动拉动，被动定位的被动式操作臂在国外研究极少，在国内尚属空白。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现3自由度自由转动、可以在任意位置锁定、提供足够负载能力、锁定平稳可靠的基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于该球铰包括连杆、外罩体、内基体、钢球及锁紧单元，所述的外罩体设为筒状，筒状外罩体的上端设有连杆活动口，筒状外罩体侧面设有竖向槽，筒状外罩体罩在内基体上并与内基体固定连接，所述的内基体上端面中部设有球面凹槽，钢球下端置于球面凹槽内，钢球的上端设有上螺纹孔，钢球的上端与连杆通过上螺纹孔相连接，筒状外罩体和内基体之间球面外侧套有锁紧单元，所述的锁紧单元包括转盘、复位扭簧、锁紧块和驱动线，所述的转盘呈环状，环形转盘的外缘设有驱动转盘转动的转柄，转柄由筒状外罩体的竖向槽伸出，驱动线与转柄相连接，环状的转盘的盘面上均布设有至少三个滑块固定孔和一个扭簧上定位槽，转盘的下方设有复位扭簧和锁紧块，复位扭簧的一端与扭簧上定位槽相连接，复位扭簧的另一端与内基体上设有的扭簧下定位槽固定连接，所述的锁紧块包括锁紧本体、定位柱和滑动体，所述的锁紧本体内侧设为与球面相配合的弧形，锁紧本体的上下两端分别连接定位柱和滑动体，所述的定位柱与转盘上的滑块固定孔相连接，滑动体伸至内基体上端面设有的滑动限位槽，所述的滑动限位槽均布在内基体上端面圆周上并倾斜朝向圆心方向，通过驱动线带动转柄转动使转盘带动锁紧块内缩或外扩实现锁紧和释放功能。
本发明所述的内基体的外端面上设有螺纹槽，所述的外罩体与内基体相同位置处设有沉头孔和螺杆孔，螺栓穿过沉头孔和螺杆孔与内基体上的螺纹槽相连接，进而实现内基体与外罩体的连接。
本发明所述的竖向槽侧面的外罩体上设有两个驱动线穿过孔，驱动线与转柄连接后依次穿过两个驱动线穿过孔并伸出，将驱动线沿外壳轴线的拉力变为沿圆周切向的力。
本发明所述的内基体的下端设有下螺纹孔，下螺纹孔与另一组球铰的连杆相连接，实现球铰的串联连接。
本发明所述的转柄上设有环形槽，环形槽与驱动线相连接，方便驱动线的固定。
本发明所述的锁紧块圆周方向上设有六个，所述的转盘和内基体上对应设有六个滑块固定孔和滑动限位槽，相邻锁紧块之间经锁紧本体经倾斜面相接触，使锁紧块在滑动过程中始终相互接触，并形成整个圆周面，增大锁紧效果。
本发明所述的转盘上设有减重条孔，减轻球铰总重。
本发明由于采用上述结构，具有结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现3自由度自由转动、可以在任意位置锁定、提供足够负载能力、锁定平稳可靠等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的爆炸图。
图3是内基体与锁紧单元连接结构图。
图4是内基体的结构示意图。
图5是锁紧块的结构示意图。
图6是转盘的结构示意图。
图7是本发明释放和锁紧过程锁紧块状态图，其中7-1是释放状态图，7-2是锁紧状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图所示，一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于该球铰包括连杆1、外罩体2、内基体3、钢球4及锁紧单元，所述的外罩体2设为筒状，筒状外罩体2的上端设有连杆活动口5，筒状外罩体2侧面设有竖向槽6，筒状外罩体2罩在内基体3上并与内基体3固定连接，所述的内基体3上端面中部设有球面凹槽7，钢球4下端置于球面凹槽7内，钢球4的上端设有上螺纹孔8，钢球4的上端与连杆1通过上螺纹孔8相连接，筒状外罩体2和内基体3之间球面外侧套有锁紧单元，所述的锁紧单元包括转盘9、复位扭簧10、锁紧块11和驱动线24，所述的转盘9呈环状，环形转盘9的外缘设有驱动转盘9转动的转柄12，转柄12由筒状外罩体2的竖向槽6伸出，驱动线24与转柄12相连接，环状的转盘9的盘面上均布设有至少三个滑块固定孔13和一个扭簧上定位槽27，转盘9的下方设有复位扭簧10和锁紧块11，复位扭簧10的一端与扭簧上定位槽27相连接，复位扭簧10的另一端与内基体3上设有的扭簧下定位槽14固定连接，所述的锁紧块11包括锁紧本体15、定位柱16和滑动体17，所述的锁紧本体15内侧设为与球面相配合的弧形，锁紧本体15的上下两端分别连接定位柱16和滑动体17，所述的定位柱16与转盘9上的滑块固定孔13相连接，滑动体17伸至内基体3上端面设有的滑动限位槽18，所述的滑动限位槽18均布在内基体3上端面圆周上并倾斜朝向圆心方向，通过驱动线24带动转柄12转动使转盘9带动锁紧块11内缩或外扩实现锁紧和释放功能。
进一步，所述的内基体3的外端面上设有螺纹槽19，所述的外罩体2与内基体3相同位置处设有沉头孔26和螺杆孔，螺栓25穿过沉头孔26和螺杆孔与内基体3上的螺纹槽19相连接，进而实现内基体3与外罩体2的连接。
进一步，所述的竖向槽6侧面的外罩体2上设有两个驱动线穿过孔20，驱动线24与转柄12连接后依次穿过两个驱动线穿过孔20并伸出，将驱动线24沿外壳轴线的拉力变为沿圆周切向的力。
进一步，所述的内基体3的下端设有下螺纹孔21，下螺纹孔21与另一组球铰的连杆1相连接，实现球铰的串联连接。
进一步，所述的转柄12上设有环形槽22，环形槽22与驱动线24相连接，方便驱动线24的固定。
进一步，所述的锁紧块11圆周方向上设有六个，所述的转盘9和内基体3上对应设有六个滑块固定孔13和滑动限位槽18，相邻锁紧块11之间经锁紧本体15经倾斜面相接触，使锁紧块11在滑动过程中始终相互接触，并形成整个圆周面，增大锁紧效果。
进一步，所述的转盘9上设有减重条孔23，减轻球铰总重。
本发明在使用时，分为锁紧和释放两种状态，锁紧状态时驱动线24拉紧，转盘9逆时针转动，锁紧块11沿转盘9和内基体3两个方向的运动复合，实现夹紧钢球4的运动，同时使得复位扭簧10受力。释放状态时驱动线24放松，锁紧块11的复位扭簧10释放弹性势能，使得转盘9顺时针转转动，锁紧块11放松，使得钢球4被放松，钢球4可在内基体3与外壳构成的球面限位区域中进行3自由度转动，锁紧块11的运动被转盘9和内基体3限制，因而实现类似与虹膜的运动实现锁紧和释放，连杆1在连杆活动口5内运动，可多个球铰串联安装，单个球铰释放状态可以实现3自由度自由转动，串联后具有3N自由度，每个球铰、可以在任意位置独立锁定，自由度变为3M（M<N），可以串联使用，自由度可以很多，并且每个可以独立锁定，实现自由度的多种变化，由于采用上述结构，具有结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现3自由度自由转动、可以在任意位置锁定、提供足够负载能力、锁定平稳可靠等优点。
Claims (7)
1.一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于该球铰包括连杆、外罩体、内基体、钢球及锁紧单元，所述的外罩体设为筒状，筒状外罩体的上端设有连杆活动口，筒状外罩体侧面设有竖向槽，筒状外罩体罩在内基体上并与内基体固定连接，所述的内基体上端面中部设有球面凹槽，钢球下端置于球面凹槽内，钢球的上端设有上螺纹孔，钢球的上端与连杆通过上螺纹孔相连接，筒状外罩体和内基体之间球面外侧套有锁紧单元，所述的锁紧单元包括转盘、复位扭簧、锁紧块和驱动线，所述的转盘呈环状，环形转盘的外缘设有驱动转盘转动的转柄，转柄由筒状外罩体的竖向槽伸出，驱动线与转柄相连接，环状的转盘的盘面上均布设有至少三个滑块固定孔和一个扭簧上定位槽，转盘的下方设有复位扭簧和锁紧块，复位扭簧的一端与扭簧上定位槽相连接，复位扭簧的另一端与内基体上设有的扭簧下定位槽固定连接，所述的锁紧块包括锁紧本体、定位柱和滑动体，所述的锁紧本体内侧设为与球面相配合的弧形，锁紧本体的上下两端分别连接定位柱和滑动体，所述的定位柱与转盘上的滑块固定孔相连接，滑动体伸至内基体上端面设有的滑动限位槽，所述的滑动限位槽均布在内基体上端面圆周上并倾斜朝向圆心方向，通过驱动线带动转柄转动使转盘带动锁紧块内缩或外扩实现锁紧和释放功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的内基体的外端面上设有螺纹槽，所述的外罩体与内基体相同位置处设有沉头孔和螺杆孔，螺栓穿过沉头孔和螺杆孔与内基体上的螺纹槽相连接，进而实现内基体与外罩体的连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的竖向槽侧面的外罩体上设有两个驱动线穿过孔，驱动线与转柄连接后依次穿过两个驱动线穿过孔并伸出，将驱动线沿外壳轴线的拉力变为沿圆周切向的力。
4.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的内基体的下端设有下螺纹孔，下螺纹孔与另一组球铰的连杆相连接，实现球铰的串联连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的转柄上设有环形槽，环形槽与驱动线相连接，方便驱动线的固定。
6.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的锁紧块圆周方向上设有六个，所述的转盘和内基体上对应设有六个滑块固定孔和滑动限位槽，相邻锁紧块之间经锁紧本体经倾斜面相接触，使锁紧块在滑动过程中始终相互接触，并形成整个圆周面，增大锁紧效果。
7.根据权利要求1所述的一种基于虹膜机构夹紧的锁定变胞球铰，其特征在于所述的转盘上设有减重条孔。
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