CN220348446U - 一种操作手的关节结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一种操作手的关节结构，包括：第一轴；第二轴和二轴支架，所述二轴支架的一端固定连接第一轴，另一端固定连接第二轴；第三主轴、第三副轴和三轴支架，第三主轴固定在第二轴远离二轴支架的一端，第三主轴和第三副轴通过三轴支架连接；第四轴和四轴支架，所述第四轴和第三副轴通过四轴支架连接；第五轴和五轴支架，所述第五轴和第四轴通过五轴支架连接；第六轴和六轴支架，所述第六轴和第五轴通过六轴支架连接；所述第六轴中固定操作手柄。本实用新型能够增大操作手柄的活动角度，提高了操作手柄的活动范围和活动效率。

Description

一种操作手的关节结构

技术领域

本实用新型涉及操作手关节领域，尤其涉及一种操作手的关节结构。

背景技术

操作手包括关节以及操作手柄，操作手柄在关节中各个轴的带动下在三维空间内进行移动。现有操作手的关节结构为六轴关节分布，操作手柄在六个关节的作用下能够转动至三维空间指定的位置和姿态。

现有操作手的关节结构中六轴在空间内交错分布，造成关节运动范围被限制，无法达到最大活动角度。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本实用新型的目的在于提供一种操作手的关节结构，能够增大操作手柄的活动角度，提高了操作手柄的活动范围和活动效率。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种操作手的关节结构，包括：

第一轴；

第二轴和二轴支架，所述二轴支架的一端固定连接第一轴，另一端固定连接第二轴，第一轴和第二轴的轴心线平行；

第三主轴、第三副轴和三轴支架，第三主轴固定在第二轴远离二轴支架的一端，第三主轴和第三副轴通过三轴支架连接，且第三主轴和第三副轴的轴心线垂直于第二主轴的轴心线；

第四轴和四轴支架，所述第四轴和第三副轴通过四轴支架连接，且第四轴的轴心线垂直于第三副轴的轴心线；

第五轴和五轴支架，所述第五轴和第四轴通过五轴支架连接，且第五轴的轴心线垂直于第四轴的轴心线；

第六轴和六轴支架，所述第六轴和第五轴通过六轴支架连接，且第六轴的轴心线垂直于第五轴的轴心线；所述第六轴中固定操作手柄。

进一步的，第四轴的轴心线平行于第一轴的轴心线。

进一步的，所述五轴支架为L型结构。

进一步的，所述三轴支架包括平行设置的第一三轴连杆和第二三轴连杆，所述第一三轴连杆和第二三轴连杆的一端转动连接第二轴的侧面，另一端通过法兰转动连接四轴连杆的侧面。

进一步的，第一三轴连杆和第二三轴连杆之间设置有重力补偿组件。

进一步的，所属重力补偿组件为弹簧。

进一步的，所述第一轴、第二轴和第四轴的轴心线为竖直方向，所述第三主轴的轴心线为水平方向，所述五轴支架能够绕着第四轴的轴心线进行转动，所述六轴支架能够绕着第五轴的轴心线进行转动，所述操作手柄能够绕着第六轴的轴心线进行转动。

进一步的，当六轴支架绕着第五轴的轴心线转动至第六轴的轴心线平行于第四轴的轴心线时，第六轴能够和第四轴共线。

进一步的，当操作手柄绕着第六轴的轴心线转动时，操作手柄能够和第五轴共线。

进一步的，所述第一轴连接第一电机，第二轴连接第二电机，第三主轴连接第三电机，第四轴连接第四电机，第五轴连接第五电机，第六轴连接第六电机。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请操作手的关节结构包括六个轴，其中，第三主轴固定在第二轴远离二轴支架的一端，第三主轴和第三副轴通过三轴支架连接，且第三主轴和第三副轴的轴心线垂直于第二主轴的轴心线；本申请将第三主轴设置在二轴支架的侧面上，而不是设置在二轴支架的顶部或底部，这里的侧面指的是远离二轴支架的一侧的侧面，同时设置第四轴的轴心线始终平行于第一轴和第二轴的轴心线，这样可以避免三轴支架移动时与二轴支架或四轴支架发生干涉，使得操作手柄在三维空间内的转动角度更加灵活，进而增大操作手柄的活动角度，提高了操作手柄的活动范围和活动效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本申请中关节结构的第一视角示意图；

图2为本申请中关节结构的第二视角示意图；

图3为本申请中操作手柄和第五轴共线的第一视角示意图；

图4为本申请中操作手柄和第五轴共线的第二视角示意图；

附图标记：11、第一轴；12、一轴支架；21、第二轴；22、二轴支架；31、第三主轴；32、第三副轴；33、三轴支架；34、连接件；41、第四轴；42、四轴支架；51、第五轴；52、五轴支架；61、第六轴；62、六轴支架；71、操作手柄。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的机构或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、机构、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

实施例1

请参阅图1-图4，本申请提供的一种操作手的关节结构，包括：

第一轴11；

第二轴21和二轴支架22，所述二轴支架22的一端固定连接第一轴11，另一端固定连接第二轴21，第一轴11和第二轴21的轴心线平行；

第三主轴31、第三副轴32和三轴支架33，第三主轴31固定在第二轴21远离二轴支架22的一端，第三主轴31和第三副轴32通过三轴支架33连接，且第三主轴31和第三副轴32的轴心线垂直于第二主轴的轴心线；

第四轴41和四轴支架，所述第四轴41和第三副轴32通过四轴支架连接，且第四轴41的轴心线垂直于第三副轴32的轴心线；

第五轴51和五轴支架，所述第五轴51和第四轴41通过五轴支架连接，且第五轴51的轴心线垂直于第四轴41的轴心线；

第六轴61和六轴支架62，所述第六轴61和第五轴51通过六轴支架62连接，且第六轴61的轴心线垂直于第五轴51的轴心线；所述第六轴61中固定操作手柄71。

本申请操作手的关节结构包括六个轴，其中，第三主轴固定在第二轴21远离二轴支架22的一端，第三主轴31和第三副轴32通过三轴支架33连接，且第三主轴31和第三副轴32的轴心线垂直于第二主轴的轴心线；本申请将第三主轴31设置在二轴支架22的侧面上，而不是设置在二轴支架22的顶部或底部，这里的侧面指的是远离二轴支架22的一侧的侧面，同时设置第四轴41的轴心线始终平行于第一轴11和第二轴21的轴心线，这样可以避免三轴支架33移动时与二轴支架22或四轴支架发生干涉，使得操作手柄71在三维空间内的转动角度更加灵活，进而增大操作手柄71的活动角度，提高了操作手柄71的活动范围和活动效率。

实施例2

请参阅图1-图4，一种操作手的关节结构，为六轴关节，具体包括：

第一轴11；其中，第一轴11连接至第一电机，第一电机能够带动第一轴11绕着其轴心进行转动；第一轴11上连接有一轴支架12，一轴支架12一端固定连接第一轴11，另一端固定连接在机器人或者机械臂上，用于将整个关节结构固定在指定位置处。

第二轴21和二轴支架22，所述二轴支架22的一端固定连接第一轴11，另一端固定连接第二轴21，第一轴11和第二轴21的轴心线平行。其中二轴支架22的一端与第一轴11上下堆叠固定，在第一电机的带动下，二轴支架22能够绕着第一轴11的轴心线进行旋转，实现二轴支架22和第二轴21相对于第一轴11的转动。

第三主轴31、第三副轴32和三轴支架33，第三主轴31固定在第二轴21远离二轴支架22的一端，第三主轴31和第三副轴32通过三轴支架33连接，且第三主轴31和第三副轴32的轴心线垂直于第二主轴的轴心线。

第四轴41和四轴支架，所述第四轴41和第三副轴32通过四轴支架连接，且第四轴41的轴心线垂直于第三副轴32的轴心线；

第五轴51和五轴支架，所述第五轴51和第四轴41通过五轴支架连接，且第五轴51的轴心线垂直于第四轴41的轴心线；

第六轴61和六轴支架62，所述第六轴61和第五轴51通过六轴支架62连接，且第六轴61的轴心线垂直于第五轴51的轴心线；所述第六轴61中固定操作手柄71。

进一步的，本申请中所述三轴支架33包括平行设置的第一三轴连杆和第二三轴连杆，所述第一三轴连杆和第二三轴连杆的一端转动连接二轴连杆的侧面，另一端通过法兰转动连接四轴连杆42的侧面。鉴于三轴支架33为两个，且第三主轴31和第三副轴32位于三轴支架33的两端，因此，本申请也包括两个第三主轴31和两个第三副轴32。具体的，两个第三主轴31设置在第二轴21的侧面，两个第三副轴32设置在四轴支架的侧面，第一三轴连杆、第二三轴连杆、第二轴21的侧面以及四轴支架的侧面形成平行四边形。

第三电机连接第三主轴31，可以使得第一三轴连接杆和第二三轴连接杆分别绕着两个第三主轴31的轴心线进行转动，进而带动四轴支架进行移动。

为了确保第四轴41的轴心线始终平行于第一主轴和第二主轴的轴心线，本申请在四轴支架和第三副轴32之间设置连接法兰和连接件34来确保四轴支架的位置，具体的，设置两个三轴法兰与两个第三副轴32进行连接，同时将两个三轴法兰固定在连接件34的一端，连接件34的另一端与四轴支架固定连接，具体的，连接件34可以固定在四轴支架的侧壁或者固定在四轴支架的顶部或底部；借助于连接件34和三轴法兰可以确保第一三轴连杆和第二三轴连杆与四轴支架之间的距离始终相等，进而使得第四轴41的轴心线始终平行于第一轴11和第二轴21的轴心线。

本申请中第一三轴连杆和第二三轴连杆之间设置有重力补偿组件，具体可以为弹簧等组件，用于抵消第四轴41、第五轴51、第六轴61以及操作手柄71的重力作用，便于操作手柄71的平稳移动。

本申请中第五轴51的轴心线需要垂直于第四轴41的轴心线，因此，设计五轴支架为L型结构，L型支架的一端平行于四轴支架，另一端垂直于四轴支架，且第五轴51设置在五轴支架远离第四轴41的一端，借助于L型结构的五轴支架实现第四轴41和第五轴51的轴心线相互垂直。

本申请中第一电机能够带动二轴支架22绕着第一轴11的轴心线进行转动，第二电机能够带动三轴支架33绕着第二轴21的轴心线进行转动，第三电机能够带动三轴支架33、第三副轴32和四轴支架绕着第三主轴31的轴心线进行转动，第四电机能够带动五轴支架绕着第四轴41的轴心线进行转动，第五电机能够带动六轴支架62绕着第五轴51的轴心线进行转动，第六电机能够带动操作手柄71绕着第六轴61的轴心线进行转动。

本申请中第一电机、第二电机和第三电机的转动能够确定操作手柄71在三维空间内的位置；第四电机、第五点击和第六电机的转动能够确定操作手柄71在三维空间内的姿势。

进一步的，如图3和图4所示，本申请中当五轴支架绕着第四轴41的轴心线转动，同时六轴支架62绕着第五轴51的轴心线转动至第六轴61的轴心线平行于第四轴41的轴心线，第六轴61能够和第四轴41共线。

进一步的，如图3和图4所示，本申请中当五轴支架绕着第四轴41的轴心线转动，六轴支架62绕着第五轴51的轴心线转动至第六轴61的轴心线平行于第四轴41的轴心线时，操作手柄71绕着第六轴61的轴心线转动时，操作手柄71能够和第五轴51共线。

本申请将第三主轴31设置在二轴支架22的侧面上，而不是设置在二轴支架22的顶部或底部，这里的侧面指的是远离二轴支架22的一侧的侧面，同时设置第四轴41的轴心线始终平行于第一轴11和第二轴21的轴心线，这样可以避免三轴支架33移动时与二轴支架22或四轴支架发生干涉，使得操作手柄71在三维空间内的转动角度更加灵活，进而增大操作手柄71的活动角度，提高了操作手柄71的活动范围和活动效率。

实施例3

请参阅图1-图4，一种操作手的关节结构，为六轴关节，具体包括：

第一轴11；其中，第一轴11的轴心线为竖直方向；第一轴11连接至第一电机，第一电机能够带动第一轴11绕着其轴心进行转动；第一轴11上连接有一轴支架12，一轴支架12一端固定连接第一轴11，另一端固定连接在机器人或者机械臂上，用于将整个关节结构固定在指定位置处。

第二轴21和二轴支架22，第二轴21的轴心线为竖直方向；所述二轴支架22的一端固定连接第一轴11，另一端固定连接第二轴21，第一轴11和第二轴21的轴心线平行。其中二轴支架22的一端与第一轴11上下堆叠固定，在第一电机的带动下，二轴支架22能够绕着第一轴11的轴心线进行旋转，实现二轴支架22和第二轴21相对于第一轴11的转动。

第三主轴31、第三副轴32和三轴支架33，第三主轴31固定在第二轴21远离二轴支架22的一端，第三主轴31和第三副轴32通过三轴支架33连接，且第三主轴31和第三副轴32的轴心线为水平方向。

第四轴41和四轴支架42，所述第四轴41和第三副轴32通过四轴支架42连接，且第四轴41的轴心线为竖直方向；

第五轴51和五轴支架52，所述第五轴51和第四轴41通过五轴支架52连接，且第五轴51的轴心线为水平方向。由于五轴支架52绕着第四轴41的轴心线进行转动，第四轴41为竖直方向，即五轴支架52和第五轴51绕着第四轴41转动至不同位置时，第五轴51的轴心线在水平面内的不同方向上，但可以确定的是第五轴51的轴心线始终平行于水平面。

第六轴61和六轴支架62，所述第六轴61和第五轴51通过六轴支架62连接，且第六轴61的轴心线始终垂直于第五轴51的轴心线；由于第五轴51的轴心线可以位于水平面内的任意方向，六轴支架62和第六轴61绕着第五轴51的轴心线进行转动，因此，第六轴61的轴心线始终平行于竖直平面，也即始终平行于第五轴51的轴心线。所述第六轴61中固定操作手柄71。

进一步的，本申请中所述三轴支架33包括平行设置的第一三轴连杆和第二三轴连杆，所述第一三轴连杆和第二三轴连杆的一端转动连接二轴连杆的侧面，另一端通过法兰转动连接四轴连杆42的侧面。鉴于三轴支架33为两个，且第三主轴31和第三副轴32位于三轴支架33的两端，因此，本申请也包括两个第三主轴31和两个第三副轴32。具体的，两个第三主轴31设置在第二轴21的侧面，两个第三副轴32设置在四轴支架42的侧面，第一三轴连杆、第二三轴连杆、第二轴21的侧面以及四轴支架42的侧面形成平行四边形。本申请中第一三轴连杆和第二三轴连杆之间设置有重力补偿组件，具体可以为弹簧等组件，用于抵消第四轴41、第五轴51、第六轴61以及操作手柄71的重力作用，便于操作手柄71的平稳移动。

第三电机连接第三主轴31，可以使得第一三轴连接杆和第二三轴连接杆分别绕着两个第三主轴31的轴心线进行转动，进而带动四轴支架42进行移动。

为了确保第四轴41的轴心线始终为竖直方向，本申请在四轴支架42和第三副轴32之间设置连接法兰和连接件34来确保四轴支架42的位置，具体的，设置两个三轴法兰与两个第三副轴32进行连接，同时将两个三轴法兰固定在连接件34的一端，连接件34的另一端与四轴支架42固定连接，具体的，连接件34可以固定在四轴支架42的侧壁或者固定在四轴支架42的顶部或底部；借助于连接件34和三轴法兰可以确保第一三轴连杆和第二三轴连杆与四轴支架42之间的距离始终相等，进而使得第四轴41的轴心线始终平行于第一轴11和第二轴21的轴心线。

本申请中第五轴51的轴心线需要垂直于第四轴41的轴心线，因此，设计五轴支架52为L型结构，L型支架的一端平行于四轴支架42，另一端垂直于四轴支架42，且第五轴51设置在五轴支架52远离第四轴41的一端，借助于L型结构的五轴支架52实现第四轴41和第五轴51的轴心线相互垂直。

本申请中第一电机能够带动二轴支架22在水平平面内进行转动，第二电机能够带动三轴支架33在水平平面内进行转动，第三电机能够带动三轴支架33、第三副轴32和四轴支架42在竖直平面内进行转动，第四电机能够带动五轴支架52在水平平面进行转动，第五电机能够带动六轴支架62在竖直平面内进行转动，第六电机能够带动操作手柄71绕着第六轴61的轴心线进行转动。

本申请中第一电机、第二电机和第三电机的转动能够确定操作手柄71在三维空间内的位置；第四电机、第五点击和第六电机的转动能够确定操作手柄71在三维空间内的姿势。

进一步的，如图3和图4所示，本申请中当五轴支架52在水平面内转动至五轴支架52的底部与四轴支架42在竖直方向上重合，且六轴支架62在竖直平面内转动至与四轴支架42在竖直方向上重合时，第六轴61能够和第四轴41共线。

进一步的，如图3和图4所示，本申请中当五轴支架52在水平面内转动至五轴支架52的底部与四轴支架42在竖直方向上重合，且六轴支架62在竖直平面内转动至与四轴支架42在竖直方向上重合，此时，操作手柄71能够在水平平面内转动，且操作手柄71在水平平面内转动时能够和第五轴51共线。

本申请中每个电机可以连接至对应的编码器，当手持操作手柄71进行移动时，六个电机没有主动运行，而是由于各个支架的移动被动接收反馈信号。反馈信号通过对应的支架和轴作用在六个电机中，编码器根据接收到信号可以确定处操作手柄71的位置，即本申请可以实现操作手柄71移动位置的反馈，进而通过编码器将该位置反馈出来。同时，编码器根据接收到的电流大小，还可以反馈出操作手柄71的移动速度和移动加速度，进而确定出操作手柄71的移动速度和移动轨迹。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种操作手的关节结构，其特征在于，包括：

第一轴(11)；

第二轴(21)和二轴支架(22)，所述二轴支架(22)的一端固定连接第一轴(11)，另一端固定连接第二轴(21)，第一轴(11)和第二轴(21)的轴心线平行；

第三主轴(31)、第三副轴(32)和三轴支架(33)，第三主轴(31)固定在第二轴(21)远离二轴支架(22)的一端，第三主轴(31)和第三副轴(32)通过三轴支架(33)连接，且第三主轴(31)和第三副轴(32)的轴心线垂直于第二主轴的轴心线；

第四轴(41)和四轴支架(42)，所述第四轴(41)和第三副轴(32)通过四轴支架(42)连接，且第四轴(41)的轴心线垂直于第三副轴(32)的轴心线；

第五轴(51)和五轴支架(52)，所述第五轴(51)和第四轴(41)通过五轴支架(52)连接，且第五轴(51)的轴心线垂直于第四轴(41)的轴心线；

第六轴(61)和六轴支架(62)，所述第六轴(61)和第五轴(51)通过六轴支架(62)连接，且第六轴(61)的轴心线垂直于第五轴(51)的轴心线；所述第六轴(61)中固定操作手柄(71)。

2.根据权利要求1所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，第四轴(41)的轴心线平行于第一轴(11)的轴心线。

3.根据权利要求1所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，所述五轴支架(52)为L型结构。

4.根据权利要求1所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，所述三轴支架(33)包括平行设置的第一三轴连杆和第二三轴连杆，所述第一三轴连杆和第二三轴连杆的一端转动连接第二轴(21)的侧面，另一端通过法兰转动连接四轴连杆的侧面。

5.根据权利要求4所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，第一三轴连杆和第二三轴连杆之间设置有重力补偿组件。

6.根据权利要求5所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，所属重力补偿组件为弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，所述第一轴(11)、第二轴(21)和第四轴(41)的轴心线为竖直方向，所述第三主轴(31)的轴心线为水平方向，所述五轴支架(52)能够绕着第四轴(41)的轴心线进行转动，所述六轴支架(62)能够绕着第五轴(51)的轴心线进行转动，所述操作手柄(71)能够绕着第六轴(61)的轴心线进行转动。

8.根据权利要求7所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，当六轴支架(62)绕着第五轴(51)的轴心线转动至第六轴(61)的轴心线平行于第四轴(41)的轴心线时，第六轴(61)能够和第四轴(41)共线。

9.根据权利要求7所述的一种操作手的关节结构，其特征在于，当操作手柄(71)绕着第六轴(61)的轴心线转动时，操作手柄(71)能够和第五轴(51)共线。