本申请要求2015年10月29日提交的第62/247,870号美国专利申请的优先权。
本申请涉及在运动模拟器中使用的类型的接头(joint，关节)组件。
背景技术：
球形接头在许多应用中使用，因为它们在它们接合的零部件之间实现了多个旋转自由度。在诸如运动模拟器等一些具体应用中，球形接头提供尽可能小的间隙以便准确并精确地呈现振动-运动学移动是极为重要的。考虑到球形接头通常包括由承窝(socket，承座)表面围绕的球体，这可能具有挑战性。因此，承窝必须由互连部件构成，这可能导致球体与承窝之间存在间隙。而且，考虑到使用多个部件，可能需要创建仍然易于制造并且易于组装的接头组件，同时产生具有针对高拉力的阻力的接头组件。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种解决与现有技术相关联的问题的接头组件。
因此，根据本公开的第一实施例，提供了一种在第一部件与第二部件之间的接头组件，其包括：球体部，该球体部被配置为连接到第一部件；承窝，其被配置为连接到第二部件或地面并且包括承窝基座、承窝盖、在组装的承窝基座和承窝盖内的球形接头腔体，以容纳球体部来形成球形接头；接头组件中的至少一个偏压构件；以及夹具，其将承窝基座夹持到承窝盖以使得至少一个偏压构件将承窝基座和承窝盖朝向彼此偏压。
进一步根据第一实施例，该夹具在一些情况下包括被安装到承窝盖上并且连接到承窝基座的罩，在罩与承窝盖之间形成实现承窝盖朝向承窝基座的偏压作用的平移接头。
再进一步根据第一实施例，罩在一些情况下包括接触承窝基座的环形表面的至少一个c形夹子。
再进一步根据第一实施例，罩在一些情况下包括与至少一个c形夹子螺纹接合的至少一个紧固件。
再进一步根据第一实施例，至少一个偏压构件在一些情况下位于夹具与承窝盖之间。
再进一步根据第一实施例，至少一个偏压构件在一些情况下是弹性环。
再进一步根据第一实施例，承窝基座在一些情况下由单块超高分子量聚乙烯构成。
再进一步根据第一实施例，承窝盖在一些情况下由单块超高分子量聚乙烯构成。
再进一步根据第一实施例，球体部在一些情况下为金属。
再进一步根据第一实施例，承窝盖在一些情况下具有被配置为允许第一部件连接到球体部的埋头孔开口(countersinkopening)，其中埋头孔开口朝球体部渐缩。
再进一步根据第一实施例，螺纹杆在一些情况下容纳在球体部中的螺纹孔中并且通过埋头孔开口从球形接头腔体中突出。
再进一步根据第一实施例，承窝基座在一些情况下在远离球形接头腔体的端部处具有凸缘，并且进一步包括包围凸缘以与其形成平移接头的壳体。
根据本公开的第二实施例，提供了一种运动模拟器，包括：输出部；至少一个线性致动器(linearactuator)，其在输出部与支撑结构之间；至少一个接头组件，其在至少一个线性致动器与输出部和支撑结构中的一者之间，该接头组件包括连接到至少一个线性致动器或连接到输出部和支撑结构中的一者的球体部；承窝，其连接到至少一个线性致动器或者连接到输出部和支撑结构中的一者，连接到承窝的输出部和支撑结构中的一者与连接到球体部的输出部和支撑结构中的一者是互补的，并且包括承窝基座、承窝盖、在组装的承窝基座和承窝盖内以容纳球体部以形成球形接头的球形接头腔体、接头组件中的至少一个偏压构件；以及夹具，其将承窝基座夹持到承窝盖以使得至少一个偏压构件将承窝基座和承窝盖朝向彼此偏压。
进一步根据第二实施例，该夹具在一些情况下包括被安装到承窝盖上并且连接到承窝基座的罩，在罩与承窝盖之间形成实现承窝盖朝向承窝基座的偏压作用的平移接头。
再进一步根据第二实施例，罩在一些情况下包括接触承窝基座的环形表面的至少一个c形夹子。
再进一步根据第二实施例，罩在一些情况下包括与至少一个c形夹子螺纹接合的至少一个紧固件。
再进一步根据第二实施例，至少一个偏压构件在一些情况下位于夹具与承窝盖之间。
再进一步根据第二实施例，至少一个偏压构件在一些情况下是弹性环。
再进一步根据第二实施例，承窝基座在一些情况下由单块超高分子量聚乙烯构成。
再进一步根据第二实施例，承窝顶部在一些情况下由单块超高分子量聚乙烯构成。
再进一步根据第二实施例，球体部在一些情况下为金属。
再进一步根据第二实施例，承窝顶部在一些情况下具有用于与至少一个线性致动器或输出部和支撑结构中的一者连接的埋头孔开口，其中埋头孔开口朝球体部渐缩。
再进一步根据第二实施例，螺纹杆在一些情况下容纳在球体部中的螺纹孔中并且通过埋头孔开口从球形接头腔体中突出。
再进一步根据第二实施例，承窝基座在一些情况下在远离球形接头腔体的端部处具有凸缘，并且进一步包括包围凸缘以与其形成平移接头的壳体。
再进一步根据第二实施例，壳体在一些情况下连接到支撑结构，该支撑结构是地板。
根据本公开的第三实施例，提供了一种用于形成接头组件的方法，该方法包括：将球体定位在限定于承窝基座与承窝盖之间的承窝的球形接头腔体中；将至少一个偏压构件定位在承窝基座、承窝盖和夹具中的至少两者之间；通过克服至少一个偏压构件的作用夹持承窝基座和承窝盖而将承窝基座和承窝盖朝向彼此偏压；将球体固定到第一部件并且将承窝固定到第二部件或地面。
进一步根据第三实施例，在一些情况下，夹具是罩，并且进一步包括将罩定位到承窝盖上以在它们之间形成平移接头，从而使得承窝基座和承窝盖朝向彼此偏压。
再进一步根据第三实施例，将至少一个偏压构件定位在承窝基座、承窝盖和夹具中的至少两者之间包括在一些情况中将至少一个偏压构件定位在罩与承窝盖之间。
再进一步根据第三实施例，将承窝基座和承窝盖朝向彼此偏压包括在一些情况中将夹具的至少一个夹子在罩的端部处夹持到承窝基座的环形表面。
再进一步根据第三实施例，将球体固定到第一部件包括在一些情况中使螺纹杆穿过承窝盖中的孔并且将螺纹杆插入球体中的螺纹孔中。
再进一步根据第三实施例，将承窝固定到第二部件或地面包括在一些情况中将承窝基座插入壳体中以相对于地面形成平移接头。
再进一步根据第三实施例，将球体固定到第一部件并且将承窝固定到第二部件或地面包括在一些情况中将接头组件固定到运动模拟器。
附图说明
图1是根据本公开的使用接头组件的运动模拟器的透视图；
图2是本公开的接头组件的截面图；
图3是图2的接头组件的分解图；并且
图4是示出图2的接头组件的罩与浮动承窝顶部之间的接合部的细节的放大截面图。
具体实施方式
参考附图，并且更具体地参考图1，以10说明运动模拟器。运动模拟器10是可从控制器接收致动信号以便根据一组移动来移动其输出的类型。例如，运动模拟器10可为与视频或音频输出同步移动的类型，其中从控制器接收表示要执行的移动的运动信号。在所说明的实施例中，运动模拟器10具有运动平台11，该运动平台支撑暴露于运动模拟器10的移动的一个或多个乘员。在所说明的实施例中，运动平台11是具有用户可坐在其中的座椅部分11的座椅。可包括其它乘员支撑结构，但是为了简单起见，本申请中将使用表述座椅部分11。
座椅部分11被示为具有扶手、座椅和靠背，并且这是所考虑的多种配置中的一种，因为座椅部分11可用于单个用户、多个用户，可为长凳等。运动模拟器10还具有致动系统12，通过该致动系统将输出部(即，座椅部分11)支撑在地面上。虽然线性致动器13部分可见，但是致动系统12被示为具有隐藏其各种部件的外壳。致动系统可具有从地面支撑输出部(即，座椅部分11)的这些线性致动器13中的一者或多个。在实施例中，线性致动器13是具有滚珠螺杆系统类型的电子机械致动器，但是也可使用其它类型的线性致动器。替代地，可使用液压缸或气动缸代替用于运动模拟器10的电子机械线性致动器13。图1的运动模拟器10是用于运动模拟器的多种可能配置中的一种。例如，运动模拟器10可在飞行模拟器实施例中支撑平台或结构而不是座椅部分，或者在并行操纵器或类似机器人应用的情况下支撑末端执行器。
一个或多个线性致动器13可具有如图3中所示的接头组件20，以通过合适的紧固件连接到地面或座椅部分11。在实施例中，接头组件20位于地面上。然而，如图1，设想将该接头组件20提供在运动模拟器10的座椅部分11或类似输出部的下侧上。
接头组件20可具有壳体30、承窝基座40、浮动承窝盖50(例如，与承窝基座40形成承窝)、罩60、球体70和连接器80：
·壳体30可存在于接头组件20中以将其固定到地面、固定至线性致动器13的端部或固定至运动平台11。壳体30还可形成平移接头，从而实现如下所述的一个或两个平移自由度(dof)。
·承窝基座40形成承窝的一部分，球体70将会容纳在该承窝的一部分中以形成接头组件20的球形接头。另外，承窝基座40可与壳体30形成平移接头的一部分。另外，在没有壳体30的实施例中，承窝基座40可连接到结构(例如，运动平台或地面)或连接到线性致动器13或中间部件的端部。
·浮动承窝盖50是球体70将被容纳在其中的承窝的另一部分。值得一提的是，表述基座40和盖50并非意在指示在使用期间基座总是在底部并且盖总是在顶部，因为可能不是这种情况，如本文详细描述。作为盖50的表述盖可在将球体70安装在基座40中之后安装到基座40上，但是也可预期首先将具有球体70的系统安装在盖50中。
·夹具60(例如，罩、盖或盖子)将承窝基座40和浮动承窝盖50夹在球体70上。
·球体70容纳在承窝基座40与承窝盖50的组合中，并且是接头组件20的所得球形接头的移动部分。
·连接器80是球体70与线性致动器13、中间部件或结构的端部之间的界面。替代地，取决于线性致动器13的本质，连接器80可为线性致动器13的杆或细长螺杆轴的端部。
同时参考图2和3，壳体30被示为具有底板31。底板31具有中心孔32。在所说明的实施例中，中心孔32具有长圆形或类似的椭圆形或方圆形形状。也考虑其它形状，包括矩形、球形、圆形等。角孔33被限定在底板31的角部中。罩板34被配置为安放在底板31上。罩板34还具有中心孔35，但是其尺寸小于底板31的中心孔32。如下详述，提供该配置以便将承窝基座40固定在其中。当一个角孔36在另一个角孔33的顶部上时，角孔36被限定在罩板34的角部中以与底板31的角孔33对准。角孔36可为埋头孔。因此，紧固件可穿过角孔36和33，以便将壳体30固定到诸如地面/地板等支撑表面或者输出部11的下侧。
承窝基座40具有大体圆柱形主体41，其端部处具有凸缘42。承窝基座40在以凸缘42为特征的端部处还具有形成在主体41中的中心承窝43。中心承窝43的形状可为截头球形、半球形或准半球形。因此，中心承窝43形成球形支承表面的一部分，球体70将以滑动关系容纳在该球形支承表面的一部分上，以使球体70相对于承窝基座40以多达三个旋转dof旋转。
另一个凸缘45被设置在承窝基座40的相反端处，由此圆柱形主体41在凸缘42和45之间限定颈部46。如图2中所示，凸缘45的厚度等于底板31的厚度或比底板31稍薄。因此，如图2中所示，凸缘45可容纳在由地面限定的空间(包括地面上的任何滑动板)、底板31的中心孔32的内表面以及罩板34的平坦表面中。另外，凸缘45的尺寸使得承窝基座40被保持捕获在壳体30中，但仍然可在平行于罩板34的平面中移动，并因此在多达两个平移dof中移动。由于颈部46对于圆柱形主体41而言直径减小，因此在与罩板34中的中心孔35的边界邻接之前，允许承窝基座40在两个平移dof中进行附加移动。根据实施例，承窝基座40是由诸如uhmw(即，超高分子量聚乙烯)等具有低摩擦性质的材料制成的单块，但是可使用其它材料(例如，各种类型的金属或聚合物)和其它配置，诸如具有金属基座和低摩擦插入件的两件式结构。
虽然未示出，但是可在承窝基座40的底部中限定孔作为杂质的出口。该孔可另外具有六边形截面(或其它类似的形状)，例如用于容纳用于装配目的的艾伦内六角扳手。作为又另一种替代方案，由于直径足够大，孔可提供通向连接器80的端部的通路，用于将其旋入或旋出球体70。
参考图2到3，浮动承窝盖50具有环形主体，其具有外圆柱形表面51a(在可能性当中，可预期除圆形以外的周边形状)和顶表面51b。贯通开口52在环形主体中居中定位。贯通开口52由支承表面55(图2和4)界定。支承表面55大体上为截头球形以便与球体70的表面互补。最后，贯通开口52可由扩口部分56(图2和4)界定，球体70通过该扩口部分56与连接器80一起露出。当承窝盖50组装到其中具有球体70的承窝基座40时，形成球形接头，球体70可通过该球形接头在多达三个旋转dof中移动。根据实施例，承窝盖50是由诸如uhmw(即，超高分子量聚乙烯)等具有低摩擦性质的材料制成的单块，但是可使用其它材料(例如，各种类型的金属或聚合物)。承窝基座40和承窝盖50可方便地由相同的材料构成。
浮动承窝盖50被认为是浮动的，因为它没有锚固到任何其它部件，而是通过基于所说明的实施例的称为罩60的夹具60的作用偏压抵靠球体70而保持捕获在图2和4中所示的位置。换言之，承窝盖50可相对于承窝基座40平移，但被偏压以保持与球体70接触。为了帮助将浮动承窝盖50压靠在球体70上，罩60闩锁或夹持到承窝基座40。参考图2到4，罩60具有环形主体61，其具有向内突出的壁62，该壁62在其端部具有贯通开口63(例如具有埋头孔形状或其它形状，诸如直圆柱形状)。相应地，倒转的埋头孔状内腔64由罩60限定，并且在组装接头组件20时朝向承窝基座40定向。紧固件孔65周向分布在环形主体61中并延伸穿过它。为便于实践，紧固件孔65可在一端埋头，以容纳适当的紧固件66。
紧固件66足够长以突出超过环形主体61，以便连接到c形夹子67。在所说明的实施例中，每个夹子67使用一对紧固件66，其中该组件采用两个夹子67。考虑其它配置，诸如，使用多于或少于270度的单个c形夹子、多于一对夹子67，或者对于每个夹子67使用单个紧固件66或多于两个紧固件66。作为图中所说明的c形的替代方案，也考虑对夹子67使用直形突片或其它保持器形状。如从图2和3中观察到，使用夹子67代替单个环，因为它们将被配合在凸缘42和45之间并因此抵靠颈部46，以将罩60附接到承窝基座40。然而，在实施例中，承窝基座40没有凸缘45以便直接连接到结构(座椅或地面)，由此可使用单个环代替多个夹子67。而且，可在夹子67与环形主体61的边缘表面之间设置间隙，其中旋入紧固件66减小或增大间隙。该间隙也可不存在，其中夹子67以如下方式邻接环形主体61的边缘表面：在承窝盖50的顶表面51b与向内突出的壁62的面向表面之间存在空隙，以允许浮动承窝盖50在罩60中进行平移移动。可使用的其它夹具包括夹爪、钳子等，以使承窝盖50朝向承窝基座40。
浮动通过以下组件来执行：内腔64进行尺寸设置以当在凸缘42的平面中(即，垂直于环状主体61的轴线)滑动到承窝基座40的凸缘42上时允许大致上没有或有可忽略的横向间隙。同样地，浮动承窝盖50的外圆柱形表面51a进行尺寸设置以便紧贴地容纳在内腔64中，同样没有或有可忽略的横向间隙，但是允许轴向滑动移动，由此产生平移接头。如图2中所示，偏压构件68容纳在突出壁62与浮动承窝盖50的顶表面51b之间。环形主体61进行尺寸设置使得：当夹子67以图2中所示的方式将部件夹持在一起时，偏压构件68弹性变形以将浮动承窝盖50偏压抵靠球体70。当承窝盖50浮动(即，允许在环形主体61内轴向移动)时，偏压构件68的偏压将会导致承窝盖50压靠在球体70上，由此形成球形接头。
根据所说明的实施例，偏压构件68是由橡胶或任何适当类型的聚合物制成的弹性体环，诸如o形环、环形密封件等。为了增加按压作用，可使用附加的偏压构件68，诸如其它环形弹性体(例如，呈同心关系)。在许多可能性当中，例如由金属制成的板簧、螺旋弹簧等也可用作偏压构件68。值得一提的是，夹子67由刚性材料(例如，钢)制成，该刚性材料被选择成当偏压构件68处于其弹性变形阶段时不变形。环形主体61的环形边缘表面与夹子67之间的间隙的大小通过增大或减小被施加在偏压构件68上的压力而能够增加或减小偏压作用。除了其它可能性之外，偏压构件68可位于其它位置处，诸如位于承窝基座40与浮动承窝盖50之间(图4)。在这种情况下，偏压构件68将为拉簧，其将浮动承窝盖50拉向承窝基座40，其中浮动承窝盖50与罩60之间的间隙允许如上文所解释的平移移动。另一种设想的布置使用紧固件66来进行偏压作用：压缩螺旋弹簧可围绕一个或多个紧固件66定位，以在一个或多个紧固件66的头部与容纳压缩螺旋弹簧的埋头孔的邻接表面之间施加压缩作用。在上述一些实施例中，承窝盖50可在不存在罩60的情况下直接连接到紧固件66(夹具60的一部分)。然而，罩60隐藏了承窝基座40与承窝盖50之间的间隙，并且这可减少承窝接头暴露于污染物并形成保护屏障。
参考图2和3，球体70具有攻丝孔71。因此，具有其螺纹主体81的连接器80可例如使用螺纹主体81的端部处的六角形承窝81a旋入攻丝孔71中。作为可附接到连接器80的部件的示例，螺纹主体81上可设置有螺母82。考虑球体70可连接到线性致动器或结构的任何合适的方式。例如，杆端可直接旋入球体70的攻丝孔71中。还观察到，显然由于存在攻丝孔71，球体70不是全球。尽管如此，表述球体70已知包含球体部(而不是完整的球体)或一个或多个大致上球形突起。
虽然将球体70组装在由承窝基座40和承窝盖50形成的球体的承窝中允许球体70在三个旋转dof中移动，但是球体70的移动可能会由于其所连接的部件而受到约束，从而将移动限制在少于三个旋转dof。同样地，在具有壳体30的平移dof的组件20的实施例中，承窝基座40在壳体30中的移动由于球体30所连接的部件而受到约束，从而将移动限制为少于两个平移dof。
在安装期间，可执行以下一系列动作。首先，如果组件20以壳体30为特征，则将承窝基座40安装到壳体30中。这可通过将承窝基座40定位在底板31中然后将罩板34安置到底板31上以经由其凸缘45将承窝基座40保持捕获在它们之间来实现。然后可使用诸如螺钉等紧固件将壳体30紧固到适当的结构，诸如地面、地板、座椅下侧、平台。替代地，在没有壳体30的实施例中，承窝基座40可直接固定到适当的结构。在这种情况下，凸缘45可具有紧固件孔。
然后可将球体70插入承窝基座40中，例如以连接器80将球体旋入其中。然后使浮动承窝盖50和罩60滑动成与承窝基座40接合，其中偏压构件68位于承窝盖50与罩60之间。该后一步骤可根据任何适当的子步骤序列来执行。然后将夹子67安装在罩60的环形主体61的底部，并且当紧固件66被拧紧时，基座40、承窝盖50和罩60的整体组件失去其轴向间隙，这样使得偏压构件68被压缩。结果，承窝盖50被压靠在球体70上以形成球形接头。具有或不具有连接器80的球体70然后可连接到座椅、地面或任何其它选定的结构部件。
在所说明的实施例中，承窝基座40和承窝盖50被示为与球体70直接相互作用的单块部件，球体70由不同于基座40和承窝盖50的材料制成。如上所述，它们因此可由诸如uhmw聚乙烯等低摩擦材料构成，而球体70由金属例如铝制成。然而，将罩60旋入承窝基座40可能是无效的，由此具有紧固件66和夹子67的实施例克服了这种无效性。
然而，根据另一个实施例，罩60可替代地直接旋入承窝基座40的凸缘42上。在这样的实施例中，可在圆柱形主体41的圆周表面上设置任何适当类型的螺纹。在这样的实施例中，螺纹将被选择为具有相对较小的螺距，以使相比于粗螺纹而言，每个轴向距离具有更多的螺纹。以此方式，将为罩60提供合适的抗撕裂性。另外，已知细螺纹比粗螺纹导致每转的轴向位移更小，这促进调整承窝盖50相对于承窝基座40的拧紧。因此，虽然承窝基座40被说明为单块部件，但是可设想，承窝基座40是各种部件的组件以实现与罩60的有效旋入接合。例如，承窝基座40可具有金属的接受器外壳，其中容纳有形成轴承表面的插入件。在这种情况下，接受器外壳可由金属制成并且提供承窝基座40与罩60之间的螺纹接合，而限定支撑表面的插入件可由具有较低摩擦系数的材料(诸如uhmw聚乙烯的
作为又另一实施例，承窝基座40、承窝盖50和罩60被示为圆柱形，因此具有圆形截面。然而，预期在承窝基座40、承窝盖50和罩60的外表面上提供或加工平坦表面。这样的平坦表面可与工具一起使用，以将承窝基座40旋入和旋出承窝罩60。
虽然已经参考以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了本文描述的方法和系统，但是将理解的是，可将这些步骤组合、细分或重新排序以形成等同方法而不背离本发明的教导。因此，步骤的顺序和分组不会限制本发明。
对本领域技术人员而言，对本发明的上述实施例的修改和改进可能变得显而易见。前面的描述旨在是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限定。例如，接头组件20不需要是运动模拟器的一部分，并且可互连未被致动的两个部件。表述球形接头用于表明可能存在至少一个旋转自由度，但是可能存在更多的自由度。