CN207044199U - 一种气动锁紧型球铰关节 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种气动锁紧型球铰关节，包括顶盖、球头杆、拉紧弹簧、球关节座、球瓦、球瓦支架、气缸和气缸支架，所述顶盖中心有通孔，侧面有三个连接孔和弹簧安装槽；所述球头杆安装在顶盖中心，顶端为球形；所述拉紧弹簧共有三条，分别连接在相邻两关节的顶盖和球瓦支架上，所述球关节座内壁面为球形，与球头杆相配合，侧面有三个连接孔和弹簧卡槽；所述球瓦安装在球瓦支架内部，与气缸推杆末端相连；所述气缸支架外侧有四个连接孔和三个气缸安装孔，内部有定位板，实现三个气缸的固定与支撑；所述气缸安装在气缸支架内部，实现球铰的锁紧。该装置结构简单，稳定性好，锁紧可靠，在机器人领域中有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人结构设计领域，具体涉及一种气动锁紧型球铰关节。
背景技术
连续型机器人相对于传统离散关节和刚性连接机器人，具有弯曲灵活，对非结构环境适应能力强等优点。不仅可以像传统机器人采用末端执行器实现抓取，还可以利用整个机器人本体实现对物体的抓取。可广泛应用于内部结构复杂与拥挤环境中的导航与操作，表面复杂及易碎物体的抓取，例如人体体内手术操作、坍塌等事故中的搜索与营救、农业果实采摘、航空航天等领域。现有的传统球铰关节无法实现不同角度关节间的自动定位与锁紧，因此要实现在复杂恶劣环境中连续型机器人的应用，就必须对现有的连续机器人关节进行改进。
发明内容
针对现有球铰关节存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种气动锁紧型球铰关节。
为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
包括顶盖、拉紧弹簧、球头杆、球关节座、球瓦支架、气缸支架以及用于压紧球头杆的球瓦，所述顶盖、气缸支架、球瓦支架和球关节座依次相连，球瓦的一端与设置在气缸支架内的气缸相连，另一端设置于球瓦支架内并可相对球瓦支架向球关节座侧移动，球头杆支撑在球关节座上，球头杆的球头位于球关节座与球瓦支架之间，球头杆的杆体由球关节座伸出至关节外部，拉紧弹簧的一端固定在球瓦支架上。
所述顶盖上设置有球头杆安装通孔以及用于连接顶盖与气缸支架的顶盖连接孔，球头杆安装通孔位于顶盖中心。
所述顶盖上设置有用于固定拉紧弹簧的第一弹簧安装槽，球瓦支架上设置有用于固定拉紧弹簧的第二弹簧安装槽，球关节座上设置有弹簧卡槽，拉紧弹簧的一端穿过弹簧卡槽，拉紧弹簧的另一端与第二弹簧安装槽相连。
所述球头杆包括球头以及与球头相连的杆体，杆体上设置有球头杆安装头，球头分别与球关节座的内壁以及球瓦的端部相配合。
所述球关节座包括可以与所述球头杆的球头相配合的球面内壁；球关节座的侧面设置有用于连接球关节座与球瓦支架的关节座连接孔。
所述球瓦支架包括用于限制球瓦运动方向的圆柱形内壁面，球瓦支架的侧面设置有用于将球关节座固定于球瓦支架的球瓦支架连接孔。
所述球瓦包括可沿所述圆柱形内壁面进行滑动的外壁面，设置外壁面一端的可以与球头杆的球头配合的球面，以及设置于外壁面另一端的气缸推杆安装座。
所述气缸支架的一端设置有气缸安装孔以及顶盖安装孔，另一端设置有用于连接球瓦支架与气缸支架的气缸支架连接孔，气缸支架内设置有气缸定位板，气缸设置在气缸定位板上，气缸的推杆通过设置于气缸定位板上的通孔与气缸推杆安装座相连。
所述拉紧弹簧为三个，各拉紧弹簧沿球瓦支架侧面间隔均匀布置。
本发明的有益效果体现在：
本实用新型所述气动锁紧型球铰关节可以实现多个关节串联使用。利用拉紧弹簧可以对相邻关节进行定位与拉紧，方便串联关节整体结构的调节；在关节间调整到合适角度之后，可以利用气缸推动球瓦压紧球头杆，实现关节间的锁紧。本实用新型结构简单、稳定性好、锁紧可靠、操作方便，在机器人领域中有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型所述气动锁紧型球铰关节的爆炸示意图；
图2为本实用新型所述气动锁紧型球铰关节的结构示意图；
图3为本实用新型所述顶盖的结构示意图；
图4为本实用新型所述球头杆的结构示意图；
图5为本实用新型所述球关节座的结构示意图；
图6为本实用新型所述球瓦支架的结构示意图；
图7为本实用新型所述球瓦的结构示意图；其中，(a)一侧端面视图，(b)另一侧端面视图；
图8为本实用新型所述气缸支架的结构示意图；其中，(a)侧面视图，(b)端面视图；
图9为四气动锁紧型球铰关节串联机械臂示意图；
图中：1为顶盖，2为拉紧弹簧，3为球头杆，4为球关节座，5为球瓦支架，6为球瓦，7为气缸，8为气缸支架，9为安装通孔，10为顶盖连接孔，11为第一弹簧安装槽，12为球头，13为安装头，14为球面内壁，15为关节座连接孔，16为弹簧卡槽，17为圆柱形内壁面，18为球瓦支架连接孔，19为第二弹簧安装槽，20为球面，21外壁面，22为气缸推杆安装座，23为气缸定位板，24为气缸安装孔，25为顶盖安装孔，26为气缸支架连接孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
如图1、图2和图9所示，单个气动锁紧型球铰关节(简称关节)包括顶盖1、拉紧弹簧2、球头杆3、球关节座4、球瓦支架5、球瓦6、气缸7及气缸支架8。多个所述气动锁紧型球铰关节依次连接在一起，形成连续性机械臂，具体连接方式为：前一关节的球头杆3与后一关节的顶盖1相连接，使多个关节形成机械臂；当球头杆3与顶盖1连接完成之后，采用三根拉紧弹簧2实现相邻关节间的定位与拉紧，提高机械臂的稳定性；当所形成的机械臂调整到既定的位置后，驱动气缸7推动球瓦6运动，从而压紧球头杆3，与球关节座4一起固定球头杆3，使关节间的角度锁紧，从而确定整个机械臂的姿态。
参见图3，所述顶盖1为圆柱形，中心具有安装通孔9以及位于安装通孔9(圆柱)外侧的交错间隔均匀布置的顶盖连接孔10和第一弹簧安装槽11，安装通孔9用于顶盖1与下一个关节的球头杆3进行连接，三个顶盖连接孔10(底部具有通孔)用于顶盖1与气缸支架8连接，三个第一弹簧安装槽11可用于分别固定三个拉紧弹簧2的一端。
参见图4，所述球头杆3一端(图4中下部)为圆柱形安装头13，连接在前一关节的顶盖1上的安装通孔9处，球头杆3另一端(图4中上部)为圆形球头12，通过球关节座4进行支撑固定。球头杆3是关节间的主要连接结构。
参见图5，所述球关节座4的内壁为球面，通过球面内壁14可以支撑球头杆3的圆形球头12的一端(具体为近安装头13端)，球关节座4侧面的三个均匀间隔布置的关节座连接孔15用于球关节座4与球瓦支架5连接，球关节座4侧面还具有与关节座连接孔15交错布置的三个弹簧卡槽16，即任意弹簧卡槽16位于两个关节座连接孔15之间，所述拉紧弹簧2从对应弹簧卡槽16中穿过。
参见图6，所述球瓦支架5(呈阶梯状圆柱体)，具有圆柱形内壁面17(与球瓦外壁面21相配合)，可以限制球瓦6的运动方向，使其在气缸7的推动下，只能沿轴向移动，同时球瓦支架5通过上述内壁面外侧的三个均匀间隔分布的球瓦支架连接孔18以及上述关节座连接孔15将球关节座4固定；上述内壁面外侧还具有与球瓦支架连接孔18交错布置的三个第二弹簧安装槽19，用于分别固定对应拉紧弹簧2的另一端，使拉紧弹簧能够拉紧相邻关节。
参见图7，所述球瓦6整体为圆柱体，其部分(直径较小一端)侧向外壁面21可沿上述圆柱形内壁面17进行轴向滑动，球瓦6一端具有球面20，可以与球头杆3的圆形球头12(具体为远离安装头13的一端)配合，用于实现对球头杆3的锁紧，从而固定关节；球瓦6另一端具有气缸推杆安装座22，该安装座内具有三个气缸推杆安装孔，气缸7推杆末端分别固定在对应气缸推杆安装孔内，当气缸推杆向外运动时，球瓦6可以压紧球头杆的圆形球头12，直至球头杆3在两侧球关节座4和球瓦6的压紧作用下完全固定，实现关节间的锁紧，当气缸推杆向内运动时，则可以恢复至未锁紧状态。以此实现关节位置的固定与调节。
参见图8，气缸支架8整体为阶梯状圆柱体，气缸支架8内部有气缸定位板23，用于固定气缸7的位置，气缸定位板23上具有供气缸推杆伸出至球瓦6的三个通孔；气缸支架8一端的侧向内壁有气缸安装孔24，共有三个，可以将三个气缸7分别固定在气缸支架8侧向内壁；气缸支架8该端端面上具有三个顶盖安装孔25，顶盖1通过上述顶盖连接孔10以及气缸支架上的顶盖安装孔25，固定在气缸支架8上，将气缸7封闭在气缸支架8内，且与球头杆3共同实现相邻两个关节间的连接与固定。气缸支架8另一端上具有用于连接球瓦支架5的气缸支架连接孔26(四个，沿端面圆周均匀布置)，气缸推杆安装座22位于气缸支架8该端内。
在本实施例中，所述的气动锁紧型球铰关节所占空间体积为90(总长)×90(总宽)×255(总高)mm3。
本实用新型利用所述气动锁紧型球铰关节，可形成一种连续性机械臂，操作简单，稳定性高，锁紧可靠，可以实现在复杂情况下连续性机械臂的安装与使用。
Claims (9)
1.一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：包括顶盖(1)、拉紧弹簧(2)、球头杆(3)、球关节座(4)、球瓦支架(5)、气缸支架(8)以及球瓦(6)，所述顶盖(1)、气缸支架(8)、球瓦支架(5)和球关节座(4)依次相连，球瓦(6)的一端与设置在气缸支架(8)内的气缸(7)相连，另一端设置于球瓦支架(5)内并可向球关节座(4)侧移动，球头杆(3)支撑在球关节座(4)上，球头杆(3)的球头(12)位于球关节座(4)与球瓦支架(5)之间，球头杆(3)的杆体由球关节座(4)伸出至外部，拉紧弹簧(2)的一端固定在球瓦支架(5)上。
2.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述顶盖(1)上设置有球头杆安装通孔(9)以及用于连接顶盖(1)与气缸支架(8)的顶盖连接孔(10)，球头杆安装通孔(9)位于顶盖(1)中心。
3.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述顶盖(1)上设置有用于固定拉紧弹簧(2)的第一弹簧安装槽(11)，球瓦支架(5)上设置有用于固定拉紧弹簧(2)的第二弹簧安装槽(19)，球关节座(4)上设置有弹簧卡槽(16)，拉紧弹簧(2)穿过弹簧卡槽(16)，且拉紧弹簧(2)的一端与第二弹簧安装槽(19)相连。
4.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述球头杆(3)的杆体上设置有球头杆安装头(13)，球头杆(3)的球头(12)分别与球关节座(4)的内壁以及球瓦(6)的端部相配合。
5.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述球关节座(4)包括可以与所述球头杆(3)的球头(12)相配合的球面内壁(14)；球关节座(4)的侧面设置有用于连接球关节座(4)与球瓦支架(5)的关节座连接孔(15)。
6.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述球瓦支架(5)包括用于限制球瓦(6)运动方向的圆柱形内壁面(17)，球瓦支架(5)的侧面设置有用于将球关节座(4)固定于球瓦支架(5)的球瓦支架连接孔(18)。
7.根据权利要求6所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述球瓦(6)包括可沿所述圆柱形内壁面(17)进行滑动的外壁面(21)、设置于外壁面(21)一端的可以与球头杆(3)的球头(12)配合的球面(20)，以及设置于外壁面(21)另一端的气缸推杆安装座(22)。
8.根据权利要求7所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述气缸支架(8)的一端设置有气缸安装孔(24)以及顶盖安装孔(25)，另一端设置有用于连接球瓦支架(5)与气缸支架(8)的气缸支架连接孔(26)，气缸支架(8)内设置有气缸定位板(23)，气缸(7)设置在气缸定位板(23)上，气缸(7)的推杆通过设置于气缸定位板(23)上的通孔与气缸推杆安装座(22)相连。
9.根据权利要求1所述一种气动锁紧型球铰关节，其特征在于：所述拉紧弹簧(2)为三个，拉紧弹簧(2)沿球瓦支架(5)侧面间隔布置。
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|---|---|---|---|---|
| CN109356945A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-19 | 盐城哈力动力传动及智能装备产业研究院有限公司 | 一种新型挠性联轴器结构 |
| CN110480668A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-11-22 | 东南大学 | 一种柔性连接与液压驱动的球头关节手指机构 |
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