專利名稱:一種鉸鏈裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鉸鏈裝置。它可用于機(jī)器人的球鉸關(guān)節(jié),完成三自由度運(yùn)動功能。
背景技術(shù):
目前,對于串聯(lián)機(jī)器人均采用各種關(guān)節(jié)對機(jī)器人末端位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。對于 并聯(lián)機(jī)器人,在調(diào)整結(jié)構(gòu)位置和姿態(tài)時常常需要具有三個轉(zhuǎn)動自由度的球鉸結(jié)構(gòu)。目前普 遍應(yīng)用的球鉸,均采用球體加工或者球關(guān)節(jié)軸承,加工要求精度高,價格昂貴,并且內(nèi)外存 在間隙,難以消除,使得機(jī)器人整體精度下降。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種新型的球鉸結(jié)構(gòu)。它是由三個方向的 轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整體的三維轉(zhuǎn)動運(yùn)動,且具有結(jié)構(gòu)簡單,易于調(diào)整,精度高和使用靈活等特 點(diǎn)。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明包括三個串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副,其中相互連接的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線相垂直,另一 轉(zhuǎn)動副軸線通過所述相互垂直的軸線交點(diǎn),三個轉(zhuǎn)動副軸線在空間上匯交于該交點(diǎn),形成 ZYZ的歐拉角構(gòu)型。 所述的三個轉(zhuǎn)動副均包括內(nèi)軸和外軸,內(nèi)軸和外軸通過軸承連接。所述的三個轉(zhuǎn) 動副中第二轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸固定在第一轉(zhuǎn)動副外軸上,第二轉(zhuǎn)動副外軸與第三轉(zhuǎn)動副外軸通過 連桿連接。在所述第二轉(zhuǎn)動副外軸與第二轉(zhuǎn)動副軸承垂直于軸線的接合面上設(shè)置墊片。在 所述第二轉(zhuǎn)動副軸承端蓋和第二轉(zhuǎn)動副外軸間安裝墊片,通過調(diào)整螺釘固定。
本發(fā)明的有益效果為 1.本發(fā)明是通過軸承等標(biāo)準(zhǔn)件將三個轉(zhuǎn)動副三軸線交匯于一點(diǎn),實(shí)現(xiàn)運(yùn)動分離, 可以實(shí)現(xiàn)三個自由度的空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,而且構(gòu)造簡單,易于實(shí)現(xiàn)。 2.三個轉(zhuǎn)動副通過調(diào)整可交匯于空間一點(diǎn),實(shí)現(xiàn)球鉸同心轉(zhuǎn)動功能,同時也成為 歐拉角的一種實(shí)現(xiàn)形式,與普通三串聯(lián)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相比,由于運(yùn)動同心,使得機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動更為靈活,具有精度高、定位準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用到機(jī)器人上時使得控制算法上 得以簡化,易于求解。 3.本發(fā)明采用軸承等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行制造,具有成本低,易于實(shí)現(xiàn),靈活性好、應(yīng)用范 圍廣等優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用到機(jī)器人、機(jī)床等加工設(shè)備中。
圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為實(shí)施例2應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 :如圖1所示,本發(fā)明由三個轉(zhuǎn)動副R1、R2和R3串聯(lián)構(gòu)成,其中轉(zhuǎn)動副R1 和R2,R2和R3的軸線相垂直,轉(zhuǎn)動副R3的軸線通過轉(zhuǎn)動副Rl和R2的軸線交點(diǎn)O,轉(zhuǎn)動副 Rl的軸線通過轉(zhuǎn)動副R2和R3的軸線交點(diǎn)O,三個轉(zhuǎn)動副軸線在空間上匯交于一點(diǎn)O,使整 個機(jī)構(gòu)構(gòu)成ZYZ形式的歐拉角構(gòu)型。本發(fā)明三個轉(zhuǎn)動副形成三個自由度,實(shí)現(xiàn)球鉸的轉(zhuǎn)動 功能。 如圖2所示,本發(fā)明采用的三個轉(zhuǎn)動副Rl、 R2和R3均包括內(nèi)軸和外軸,內(nèi)軸和外 軸通過軸承連接。其中第二轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸5固定在第一轉(zhuǎn)動副外軸8上,第二轉(zhuǎn)動副外軸9 與第三轉(zhuǎn)動副外軸10通過連桿3固定連接。 如圖3所示,本發(fā)明為保證三個轉(zhuǎn)動軸線交于同一中心,在第二轉(zhuǎn)動副外軸9與其 軸承4垂直于軸線的接合面上設(shè)置墊片;也可以在第二轉(zhuǎn)動副軸承端蓋ll和第二轉(zhuǎn)動副外 軸9間安裝墊片,通過調(diào)整螺釘12固定。第一轉(zhuǎn)動副Rl和第二轉(zhuǎn)動副R2保證整個結(jié)構(gòu)具 備在同一坐標(biāo)系下繞兩個方向轉(zhuǎn)動的功能,這兩個轉(zhuǎn)動是處于同一運(yùn)動中心的,即Rl和R2 兩個轉(zhuǎn)動副交于一點(diǎn)0。而對于第三轉(zhuǎn)動副R3繞其自身轉(zhuǎn)動軸心的轉(zhuǎn)動,可以通過調(diào)整墊 片來保證第三轉(zhuǎn)動副R3軸線與第一、第二轉(zhuǎn)動副Rl和R2軸線交于同一點(diǎn)0。此種調(diào)整簡 單易行,使得三個轉(zhuǎn)動副Rl、 R2和R3軸線匯交于一點(diǎn)0,完成萬向轉(zhuǎn)動,代替球鉸功能,實(shí) 現(xiàn)機(jī)器位姿調(diào)整。
本發(fā)明的工作原理 三個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)到一起實(shí)現(xiàn)三自由度轉(zhuǎn)動的位姿調(diào)整。假設(shè)將第一轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸6 固定,則第三轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸l可以相對與O點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三個自由度形式的旋轉(zhuǎn),到達(dá)空間各個位 姿。本發(fā)明可做模塊化處理,可用于機(jī)器人以及機(jī)床等各種加工設(shè)備中,靈活性較好。
實(shí)施例2 :如圖5所示,本發(fā)明應(yīng)用于并聯(lián)激光焊接機(jī)器人中。本發(fā)明的結(jié)構(gòu),如 圖4所示,包括兩套鉸鏈裝置,每套鉸鏈裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l相同,兩套鉸鏈共用第一轉(zhuǎn)動 副內(nèi)軸6,即兩鉸鏈中的第一轉(zhuǎn)動副外軸8和8'均安裝在第一轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸6上。如圖1所 示,每套轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu)均包括順次連接的三個轉(zhuǎn)動副R1、R2和R3,其中轉(zhuǎn)動副Rl和R2,R2和 R3的軸線相垂直,轉(zhuǎn)動副R3的軸線通過轉(zhuǎn)動副Rl和R2的軸線交點(diǎn)O,轉(zhuǎn)動副Rl的軸線通 過轉(zhuǎn)動副R2和R3的軸線交點(diǎn)O,三個轉(zhuǎn)動副軸線在空間上匯交于一點(diǎn)O,使整個機(jī)構(gòu)構(gòu)成 ZYZ形式的歐拉角構(gòu)型。 本發(fā)明可根據(jù)需要使用多組鉸鏈,不限于上述兩種形式,均共用一個內(nèi)軸,即多組 鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動副外軸均通過軸承安裝在第一轉(zhuǎn)動副內(nèi)軸6上。
權(quán)利要求
一種鉸鏈裝置,其特征在于包括三個串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副,其中相互連接的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線相垂直,另一轉(zhuǎn)動副軸線通過所述相互垂直的軸線交點(diǎn),三個轉(zhuǎn)動副軸線在空間上匯交于該交點(diǎn),形成ZYZ的歐拉角構(gòu)型。
2. 按照權(quán)利要求1所述的鉸鏈裝置,其特征在于所述的三個轉(zhuǎn)動副均包括內(nèi)軸和外 軸,內(nèi)軸和外軸通過軸承連接。
3. 按照權(quán)利要求2所述的鉸鏈裝置,其特征在于所述的三個轉(zhuǎn)動副中第二轉(zhuǎn)動副內(nèi) 軸固定在第一轉(zhuǎn)動副外軸上,第二轉(zhuǎn)動副外軸與第三轉(zhuǎn)動副外軸通過連桿連接。
4. 按照權(quán)利要求2所述的鉸鏈裝置,其特征在于在所述第二轉(zhuǎn)動副外軸與第二轉(zhuǎn)動 副軸承垂直于軸線的接合面上設(shè)置墊片。
5. 按照權(quán)利要求2所述的鉸鏈裝置,其特征在于在所述第二轉(zhuǎn)動副軸承端蓋和第二 轉(zhuǎn)動副外軸間安裝墊片,通過調(diào)整螺釘固定。
全文摘要
一種鉸鏈裝置,包括三個串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副,其中相互連接的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線相垂直,另一轉(zhuǎn)動副軸線通過所述相互垂直的軸線交點(diǎn),三個轉(zhuǎn)動副軸線在空間上匯交于該交點(diǎn),形成ZYZ的歐拉角構(gòu)型。本發(fā)明通過軸承等標(biāo)準(zhǔn)件將三個轉(zhuǎn)動副三軸線交匯于一點(diǎn),實(shí)現(xiàn)運(yùn)動分離,可以實(shí)現(xiàn)三個自由度的空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,而且構(gòu)造簡單,易于實(shí)現(xiàn)。三個轉(zhuǎn)動副通過調(diào)整可交匯于空間一點(diǎn),實(shí)現(xiàn)球鉸同心轉(zhuǎn)動功能,同時也成為歐拉角的一種實(shí)現(xiàn)形式,與普通三串聯(lián)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相比,由于運(yùn)動同心,使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動更為靈活,具有精度高、定位準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用到機(jī)器人上時使得控制算法上得以簡化,易于求解。可以應(yīng)用到機(jī)器人、機(jī)床等加工設(shè)備中。
文檔編號F16C11/04GK101769294SQ200810230380
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者吳強(qiáng), 姜春英, 孫元, 昌成剛 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所