本发明涉及的是一种仿生机器人领域的技术,具体是一种两方向离散状态运动关节。
背景技术:
大多数机器人基于刚体运动关节设计制造,但刚体运动关节存在间隙、磨损、噪音等。现有的并联三自由度柔顺机械手腕,由于在结构中存在多个刚性球铰链,成本较高,同时铰链内部存在间隙,影响机构的运动精度,此外,刚性球铰链还存在磨损及噪音问题。
技术实现要素:
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出一种两方向离散状态运动关节,能够通过串联装配形成高度冗余的运动链,实现两个方向四个离散状态,其显著的技术优点在于:采用柔顺构件制造,造价成本低廉,铰链不存在间隙,运动精度高,不存在磨损及噪音问题。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明包括:关节上平台、关节下平台、柔顺铰链和两个条形双稳态弹簧,其中:柔顺铰链两端分别与关节上平台的中部和关节下平台的中部相连,两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台,条形双稳态弹簧与关节上平台之间通过柔韧杆相连,条形双稳态弹簧与关节下平台之间通过直线驱动单元相连。
所述的条形双稳态弹簧两端通过圆柱形的支脚固定于关节下平台。
所述的柔顺铰链的横截面为方形。
所述的柔顺铰链的截面面积由两端向中部逐渐减小。
所述的柔韧杆横截面为圆形,截面面积由两端向中部保持不变。
所述的直线驱动单元为压电陶瓷驱动器,其一端固定于关节下平台,另一端固定于条形双稳态弹簧的中部。
所述的柔顺铰链和柔韧杆的材料为尼龙、聚丙烯或高密度聚乙烯。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图;
图2为本发明俯视图;
图3为本发明正视图;
图4为本发明右视图;
图5为柔顺铰链的立体示意图及其截面图;
图6为运动关节的四个离散状态示意图;
图中:1关节上平台、2柔顺铰链、3第一柔韧杆、4第一条形双稳态弹簧、5第一直线驱动单元、6第二柔韧杆、7第二条形双稳态弹簧、8第二直线驱动单元、9支脚、10关节下平台。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示,本实施例包括:关节上平台1、关节下平台10、柔顺铰链2和两个条形双稳态弹簧,其中:柔顺铰链2两端分别与关节上平台1的中部和关节下平台10的中部相连,两个条形双稳态弹簧相互垂直固定于关节下平台10,条形双稳态弹簧与关节上平台1之间通过柔韧杆相连,条形双稳态弹簧与关节下平台10之间通过直线驱动单元相连。
如图2~4所示,所述的关节下平台10的截面为方形,两条形双稳态弹簧分别为第一条形双稳态弹簧4和第二条形双稳态弹簧7。第一条形双稳态弹簧4两端通过圆柱形的支脚9固定于关节下平台10,且平行于关节下平台10的一边。第一条形双稳态弹簧4中部与关节上平台1之间通过第一柔韧杆3相连。第一直线驱动单元5为压电陶瓷驱动器时,其一端固定于关节下平台10,另一端固定于第一条形双稳态弹簧4的中部,以驱动第一条形双稳态弹簧4运动。
所述的第二条形双稳态弹簧7通过圆柱形的支脚9固定于关节下平台10,垂直于第一条形双稳态弹簧4且与关节下平台10一边平行。第二条形双稳态弹簧7一端和第一条形双稳态弹簧4公用一个支脚9。第二条形双稳态弹簧7中部与关节上平台1之间通过第二柔韧杆6相连。第二直线驱动单元8为压电陶瓷驱动器时,其一端固定于关节下平台10,另一端固定于第二条形双稳态弹簧7的中部,以驱动第二条形双稳态弹簧7运动。
所述的柔韧杆横截面为圆形,截面面积由两端向中部保持不变。
所述的条形双稳态弹簧为由条形扁钢两端固定连接于支脚构成,固定连接时条形扁钢处于弯曲状态,其共有两个稳定状态,即弹簧中点处于最低点和最高点两个状态。
如图5所示,所述的柔顺铰链2的横截面为正方形。柔顺铰链2的截面面积由两端向中部逐渐减小。柔顺铰链2和柔韧杆的材料为尼龙、聚丙烯或高密度聚乙烯。
如图6所示,所述的第一条形双稳态弹簧4和第二条形双稳态弹簧7驱动整个运动关节实现四个稳定状态,沿着X轴和Y轴两个方向旋转运动。当第二条形双稳态弹簧7处于最低点,第一条形双稳态弹簧4处于最低点时,关节上平台1为第一状态,即绕X轴负方向转动绕Y轴正方向转动当第二条形双稳态弹簧7处于最低点,第一条形双稳态弹簧4处于最高点时,关节上平台1为第二状态,即绕X轴负方向转动,转动角度记为绕Y轴正方向转动,转动角度记为当第二条形双稳态弹簧7处于最高点,第一条形双稳态弹簧4处于最高点时,关节上平台1为第三状态,即绕X轴负方向转动,转动角度记为绕Y轴正方向转动,转动角度记为当第二条形双稳态弹簧7处于最高点,第一条形双稳态弹簧4处于最低点时,关节上平台1为第四状态,即绕X轴负方向转动,转动角度记为绕Y轴正方向转动,转动角度记为和分别表示的是关节上平台1转动的角度。
与现有技术相比,发明能够通过串联装配形成高度冗余的运动链,实现两个方向四个离散状态,采用柔顺构件制造,造价成本低廉,铰链不存在间隙,运动精度高,不存在磨损及噪音问题。