本發(fā)明涉及多自由度關節(jié)技術領域，尤其涉及一種兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)。

背景技術：

隨著機器人技術的發(fā)展，機器人種類不斷增多，對機器人關節(jié)的靈活性、緊湊性、智能性、可控性的要求越來越高。兩自由度關節(jié)指具有兩個軸線垂直相交自由度的關節(jié)，這種關節(jié)的原型在人體和動物體上普遍存在，比如人體和其他行走類動物的頸關節(jié)、腕關節(jié)、踝關節(jié)、指根關節(jié)、腰關節(jié)，螃蟹和其他爬行類動物的腿根關節(jié)等。因此，對于各種仿生機器人，制作具有兩自由度的關節(jié)是需要解決的問題之一。

但是，現(xiàn)有技術中的機器人兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，具有固有缺陷，如結(jié)構(gòu)龐大，制作成本高，結(jié)構(gòu)集成度不高，強度低，定位不精準，控制難度大，載荷能力低等，這些缺陷均限制了仿生機器人的發(fā)展，不便于兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的推廣使用。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明提供一種兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術中的不足，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，包括U型固定板、U型連接板、第一自由度機構(gòu)以及第二自由度機構(gòu)；所述U型固定板的底板與所述U型連接板的底板相對設置，所述U型連接板的第一側(cè)板通過所述第一自由度機構(gòu)連接在所述U型固定板的第一側(cè)板的內(nèi)側(cè)，所述U型連接板的第二側(cè)板轉(zhuǎn)動連接在所述U型固定板的第二側(cè)板的內(nèi)側(cè)；

所述第一自由度機構(gòu)包括第一小齒輪、第一大齒輪以及固定連接所述U型連接板的第一電機和第一軸承連接件，所述第一電機的輸出端和所述第一軸承連接件均由所述U型連接板的內(nèi)側(cè)穿出所述U型連接板的第一側(cè)板，所述第一電機的穿出端連接所述第一小齒輪，所述第一小齒輪嚙合有所述第一大齒輪，所述第一大齒輪固定設置在所述U型固定板的第一側(cè)板的內(nèi)側(cè)，所述第一大齒輪的內(nèi)圈連接所述第一軸承連接件的穿出端；

所述第二自由度機構(gòu)包括第二小齒輪、第二大齒輪以及固定連接所述U型連接板的第二電機和第二軸承連接件，所述第二電機的輸出端和所述第二軸承連接件均由所述U型連接板的內(nèi)側(cè)穿出所述U型連接板的底板，所述第二電機的穿出端連接所述第二小齒輪，所述第二小齒輪嚙合有所述第二大齒輪，所述第二大齒輪的內(nèi)圈連接所述第二軸承連接件的穿出端。

其中，所述第一軸承連接件包括第一軸承和第一軸套，所述第一軸套的一端設有凸緣，所述凸緣固定在所述U型連接板的第一側(cè)板上，所述第一軸套的另一端外套設所述第一軸承，所述第一軸承的外圈連接所述第一大齒輪。

其中，所述兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第一檢測機構(gòu)，所述第一檢測機構(gòu)包括第一連接盤、第一連接片以及第一電位器，所述第一連接盤固定連接所述第一軸套的另一端，所述U型固定板的第一側(cè)板設有容置有所述第一連接盤的通孔，所述第一電位器的本體設置在所述第一連接盤上，所述第一電位器的檢測端固定連接所述第一連接片的一端，所述第一連接片的另一端設置在所述U型固定板上。

其中，所述第一檢測機構(gòu)還包括第一固定扣，所述第一電位器的檢測端通過所述第一固定扣固定連接所述第一連接片的一端。

其中，所述第二軸承連接件包括第二軸承和第二軸套，所述第二軸套的一端設有凸緣，所述凸緣固定在所述U型連接板的底板上，所述第二軸套的另一端外套設所述第二軸承，所述第二軸承的外圈連接所述第二大齒輪。

其中，所述兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第二檢測機構(gòu)，所述第二檢測機構(gòu)包括第二連接盤、第二連接片、第二電位器以及固定連接所述第二大齒輪的大齒輪連動盤，所述大齒輪連動盤設有容置所述第二連接盤的通孔，所述第二連接盤固定連接所述第二軸套的另一端，所述大齒輪連動盤設有容置有所述第二連接盤的通孔，所述第二電位器的本體設置在所述第二連接盤上，所述第二電位器的檢測端固定連接所述第二連接片的一端，所述第二連接片的另一端設置在所述大齒輪連動盤上。

其中，所述第二檢測機構(gòu)還包括第二固定扣，所述第二電位器的檢測端通過第二固定扣固定連接所述第二連接片的一端。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用；

2、采用兩個U型板、兩個電機以及軸承連接件的合理結(jié)合，實現(xiàn)兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的兩個自由度的運動；

3、通過設置第一電位器和第二電位器，能夠精確測量第一自由度機構(gòu)和第二自由度機構(gòu)轉(zhuǎn)動的角度，控制方便；

4、除了可以用于機器人的關節(jié)驅(qū)動外，還能夠用于兩自由度平臺的驅(qū)動，通用性強，這些領域的應用，決定了對其進行深入研究和分析的重要意義與價值，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的第一自由度機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的第二自由度機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的第二自由度機構(gòu)的第二軸承連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的第一連接盤和第二連接盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1：第一電機；2：第一小齒輪；3：第一大齒輪；4：第一軸套；5：第一軸承；6：第一連接盤；7、第一電位器；8、第一連接片；9、第一固定扣；10、U型固定板；11、第二電機；12、第二小齒輪；13、第二大齒輪；14、第二軸套；15、第二軸承；16、第二連接盤；17、第二電位器；18、第二連接片；19、U型連接板；20、第二固定扣；21、大齒輪連動盤。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本發(fā)明提供一種兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術中的不足，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用。

如圖1-5所示，本發(fā)明實施例中提供一種兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，包括U型固定板10、U型連接板19、第一自由度機構(gòu)以及第二自由度機構(gòu)；U型固定板10的底板與U型連接板19的底板相對設置，U型連接板19的第一側(cè)板通過第一自由度機構(gòu)連接在U型固定板10的第一側(cè)板的內(nèi)側(cè)，U型連接板19的第二側(cè)板轉(zhuǎn)動連接在U型固定板10的第二側(cè)板的內(nèi)側(cè)；第一自由度機構(gòu)包括第一小齒輪2、第一大齒輪3以及固定連接U型連接板19的第一電機1和第一軸承連接件，第一電機1的輸出端和第一軸承連接件均由U型連接板19的內(nèi)側(cè)穿出U型連接板19的第一側(cè)板，第一電機1的穿出端連接第一小齒輪2，第一小齒輪2嚙合有第一大齒輪3，第一大齒輪3固定設置在U型固定板10的第一側(cè)板的內(nèi)側(cè)，第一大齒輪3的內(nèi)圈連接第一軸承連接件的穿出端；第二自由度機構(gòu)包括第二小齒輪12、第二大齒輪13以及固定在U型連接板19上的第二電機11和第二軸承連接件，第二電機11的輸出端和所述第二軸承連接件均由U型連接板19的內(nèi)側(cè)穿出U型連接板19的底板，第二電機11的穿出端連接第二小齒輪12，第二小齒輪12嚙合第二大齒輪13，第二大齒輪13的內(nèi)圈連接第二軸承連接件的穿出端。本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，第一電機1帶動第一小齒輪2旋轉(zhuǎn)，通過第一小齒輪2與第一大齒輪3的嚙合，第一小齒輪2繞著固定在U型固定板10上的第一大齒輪3做旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)了U型連接板19能夠相對U型固定板10轉(zhuǎn)動，完成該兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的第一個自由度的運動；第二電機11帶動第二小齒輪12旋轉(zhuǎn)，通過第二小齒輪12與第二大齒輪3的嚙合，帶動第二大齒輪3做旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)了該兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的第二個自由度的運動。

本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)，采用U型固定板和U型連接板的結(jié)構(gòu)設計、利用兩個電機帶動以及軸承連接件的連接，實現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)兩個自由度的運動，該結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制作成本低，安裝和操作方便，通用性和實用性強，使用壽命長，便于推廣使用。

本實施例中，第一軸承連接件包括第一軸承5和第一軸套4，第一軸套4的一端設有凸緣，凸緣固定在U型連接板19的第一側(cè)板上，第一軸套4的另一端穿出U型連接板19的第一側(cè)板，穿出端外套設第一軸承5，第一軸承5的外圈連接第一大齒輪3。本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的第一自由度機構(gòu)中通過將第一軸套4的凸緣固定在U型連接板19上以及第一軸承5連接第一軸套4和第一大齒輪3，實現(xiàn)了第一軸套4與第一大齒輪3的相對轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)U型連接板19與U型固定板10的相對轉(zhuǎn)動。

本實施例中，本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第一檢測機構(gòu)，第一檢測機構(gòu)包括第一連接盤6、第一連接片8以及第一電位器7，第一連接盤6固定連接第一軸套4的另一端，U型固定板10的第一側(cè)板設有容置有第一連接盤6的通孔，第一電位器7的本體設置在第一連接盤6上，第一電位器7的檢測端固定連接第一連接片8的一端，第一連接片8的另一端設置在U型固定板10。該兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)通過第一電位器7能夠檢測第一個自由度運動的旋轉(zhuǎn)角度，具體的，通過將第一電位器7的本體部分設置在在第一電機1的帶動下能夠轉(zhuǎn)動的第一連接盤6上，第一電位器的檢測端固定連接在固定在U型固定板9的第一連接片8上，從而通過第一電位器7檢測第一連接盤6相對于第一連接片的旋轉(zhuǎn)角度，即為U型連接板19相對于U型固定板10的旋轉(zhuǎn)角度。

本實施例中，為了將第一電位器7的檢測端固定在第一連接片8上，第一檢測機構(gòu)還包括第一固定扣9，第一電位器7的檢測端通過第一固定扣9固定連接第一連接片8。

本實施例中，第二軸承連接件包括第二軸承15和第二軸套14，第二軸套14的一端設有凸緣，凸緣固定在所述U型連接板19的底板上，第二軸套14的另一端外套設第二軸承15，第二軸承15的外圈連接第二大齒輪13。本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)的第二自由度機構(gòu)中將第二軸套14的凸緣固定在U型連接板19上以及通過第二軸承15連接第二軸套14和第二大齒輪13，實現(xiàn)了第二軸套14和第二大齒輪13的相對轉(zhuǎn)動，即在第二小齒輪12的帶動下實現(xiàn)第二大齒輪13的旋轉(zhuǎn)運動。

本實施例中，本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第二檢測機構(gòu)，第二檢測機構(gòu)包括第二連接盤16、第二連接片18、第二電位器17以及固定連接第二大齒輪13的大齒輪連動盤21，大齒輪連動盤21上設有容置第二連接盤16的通孔，第二連接盤16固定連接第二軸套14的另一端，第二電位器17的本體設置在第二連接盤16的內(nèi)側(cè)上，第二電位器17的檢測端從第二連接盤16的內(nèi)側(cè)穿出，穿出的檢測端固定連接第二連接片18的一端，第二連接片18的另一端設置在大齒輪連動盤21上。該兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)通過第二電位器17能夠檢測第二個自由度運動的旋轉(zhuǎn)角度，具體的，通過將第二電位器17的本體部分設置在與第二軸套14固定連接的第二連接盤16上，第二電位器17的檢測端固定連接設置在大齒輪連動盤21上的第二連接片18，從而通過第二電位器17檢測第二連接片18相對于第二連接盤16的旋轉(zhuǎn)角度，即為大齒輪連動盤21相對于U型連接板19的旋轉(zhuǎn)角度。

本實施例中，為了將第二電位器17的檢測端固定在第二連接片18上，第二檢測機構(gòu)還包括第二固定扣20，第二電位器17的檢測端通過第二固定扣20固定連接第二連接片18。

本發(fā)明提供的兩自由度關節(jié)結(jié)構(gòu)使用時，第一電機1帶動第一小齒輪2旋轉(zhuǎn)，由于第一小齒輪2與第一大齒輪3的嚙合，第一小齒輪2繞著固定在U型固定板上的第一大齒輪3做旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)了U型連接板19相對于U型固定板10的運動，即實現(xiàn)第一個自由度的運動，運動過程中，通過第一電位器7檢測U型連接板的旋轉(zhuǎn)角度；第二電機11帶動第二小齒輪12旋轉(zhuǎn)，由于第二小齒輪12與第二大齒輪13的嚙合，第二小齒輪12帶動第二大齒輪13和大齒輪連動盤21旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了第二個自由度的運動，運動過程中，通過第二電位器17檢測大齒輪連動盤21的旋轉(zhuǎn)角度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。