一种丝传动型万向球关节的制作方法

1.本发明涉及机器人关节的技术领域，具体涉及一种丝传动型万向球关节。


背景技术：

2.随着现代科技的发展，机器人技术在各个领域得到广泛运用，多数机器人均设有多自由度机械臂，通过预期的动作完成所需的工作，现如今，多数机械臂关节均为一个关节实现一个自由度，通过一个电机来进行驱动，仅可实现一个方位的偏转，而要实现多自由度，只能通过多个关节串联来实现，此方法不可避免的会增加所应用的机械臂整体结构尺寸，进而增加机械臂占用空间和重量，而在一些特殊应用场合，要求机械臂的结构尽量简单且灵活性较强，此种结构类型将受到一定的限制。
3.另外，所应用的机械臂关节在设计完成后无法便捷的通过增加或减少关节，以此来实现其自由度的增加或减少，以应对一些特殊的运用场合。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种丝传动型万向球关节，此关节通过简单紧凑的结构，实现了机械臂的自转、俯仰、偏转等运动，缩短机械臂的设计尺寸，且可简单快捷的通过增加球关节的数量而增加机械臂运动自由度。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.本发明公开了一种丝传动型万向球关节，包括支架、滑杆、偏转杆、十字万向节、偏转半球和自转轴承；所述支架为整个万向关节的总支撑部分，偏转半球设置在支架的上方；所述十字万向节包括两根相互交叉的轴一、轴二，其中轴一的中部设有双向对称轴承，轴二穿过此对称轴承以此为中心转动；所述轴二两端与u型偏转件刚性连接，u型偏转件的中心点处通过刚性连接轴与偏转半球相接，所述轴一的两端与所述支架以转动副形式链接，可沿其所在轴线自由转动；所述滑杆位于支架底部，连接支架与支架下方的第一连接件；所述偏转杆一端与偏转半球以转动副的方式连接，另一端与所述滑杆以移动副的方式连接。
7.本发明中所述十字万向节中当所述十字万向节中轴一绕所在轴线转动时，所述轴二将跟随轴一绕其所在的轴线转动，而此时的轴二亦可同时绕其自身轴线转动，所述十字万向节轴二两端与u型偏转件刚性连接，此u型偏转件中心点处通过一刚性连接轴与偏转半球相接，偏转半球与前连接件相连，第一连接件与下一个关节的第二连接件相连，进而将动力传递到下一关节；所述十字万向节置于所述偏转半球的内部，偏转半球以十字万向节为支撑点进行偏转。
8.作为进一步的技术方案，所述的支架包括一个圆盘和固定在圆盘表面的十字万向节固定架。所述轴一的两端与所述固定架以转动副形式链接，可沿其所在轴线自由转动。
9.作为进一步的技术方案，所述的十字万向节固定架，包括两根十字交叉连接在一起的连杆，每根连杆包括一个水平杆和连接在水平杆两端且与其垂直的竖直杆，四个竖直杆的顶部各连接一个定向固定杆。
10.作为进一步的技术方案，在每个定向固定杆的外端固定有一个定向球，所述定向球与设于偏转半球的内侧的定向轨道相配合。
11.作为进一步的技术方案，在所述的定向固定杆上设有凹槽，定向球可在凹槽内自由转动，定向球露出的部分放置在定向轨道内。
12.作为进一步的技术方案，所述十字万向节置于所述偏转半球的内侧，偏转半球以十字万向节为支撑点进行偏转。
13.作为进一步的技术方案，所述的滑杆包括多个，所述的多个滑杆的轴线均与自转驱动杆平行，在每个滑杆上连接有一个偏转拉杆。
14.作为进一步的技术方案，还包括第二连接件，所述的第二连接件与偏转半球的中心点相连。
15.作为进一步的技术方案，所述圆盘底部与一个自转驱动杆相连，自转驱动杆由驱动装置驱动。
16.本发明的有益效果：
17.1.本发明公开的丝传动型万向球关节，支架为整个万向关节的总支撑部分，万向关节内的所有部件均以此为支撑安装；所述十字万向节固定于支架的顶端，且每根轴两端均装有对应的轴承，可围绕各自的轴线转动，所述偏转半球与所述的十字万向节相连且以此为支撑偏转点；所述自转驱动杆可实现万向关节的自转运动，当给自转电机通电时，电机的动力通过自转驱动杆传递到万向关节，进而实现万向关节的自转运动；滑杆置于支架的中间位置，主要起到导向的作用；偏转拉杆的作用是代替钢丝对所述偏转半球的直接驱动，减少钢丝的整体长度，降低弹性模量，使控制精度增加，另外减少钢丝在直接驱动偏转半球时由于打弯所增加的摩擦力，以此减少由于摩擦而损失的动力。
18.2.本发明中定向球与定向轨道相对应，其中每个定向球均卡入对应的凹槽内，可在凹槽内自由转动，凹槽的一端刚性链接在所述定向固定杆上，此时定向球露出的部分放置在所述定位轨道内，所述定位轨道设于偏转半球的内侧，与所述定向球以高副的形式对应接触，定位球可在定位轨道内自由滑动，当所述偏转半球转动时，所述的定向球与定向轨道给偏转半球偏转定位。定向球作用是防止偏转半球发生偏转发生扭转，避免产生不必要的扭转力。
19.2.本发明中的第一连接件与第二连接件起衔接作用，可实现相邻关节之间的连接。
20.3.本发明提出的一种丝传动型万向球关节，主要是通过对十字万向节的直接驱动，且以十字万向节为整个万向球关节的核心支撑点，进而实现一个关节多个自由度。
21.4.本发明提供的万向球关节通过简单的结构，实现关节的模块化，可在机械臂中便捷增加关节数量，以此增加机械臂的灵活性。
22.5.本发明提供的万向球关节通用性较强，可运用到多种场合的机械臂，以此完成很多常规的机械臂结构无法实现的工作。
附图说明
23.以下附图说明为了更清楚地介绍本发明实施例或现有技术中的技术方案，增强对本申请的进一步理解，本申请的示意性实例及其说明，并不构成对本申请的限定。
24.图1为本发明丝传动型万向球关节轴测图；
25.图2为本发明丝传动型万向球关节内部结构主视图；
26.图3为本发明丝传动型万向球关节内部支架轴测图；
27.图4为本发明丝传动型万向球关节顶部偏转半球内部示意图；
28.图5为本发明丝传动型万向球关节双关节配合情况轴测图；
29.其中，a.万向球关节一，b.万向球关节二，1.前连接件，2.偏转半球，3.支架，4.定向轨道5.后连接件，6.内圆盘，7.支架低钢丝通孔，8.自转驱动杆，9.偏转拉杆，10.带转动副固定块，11.刚性链接轴，12.u型偏转件，13.十字万向节，14.十字万向节轴一，15.定向固定杆，16.定向球，17.固定架，18.滑杆，19.自转轴承，20外圆盘，21.滑块，22.支架顶钢丝通孔二，23.十字万向节轴二。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，需要指出，所做附图及描述说明均是例示性的，所使用的术语也仅是为了描述具体的实施方式，而非意图限制依据本申请的示例性实施方式。
31.本实施例公开了一种丝传动型万向关节，如图1、图2所示，丝传动型万向关节主要由支架3、滑杆18、偏转杆9、十字万向节13、定向球16、偏转半球4、自转轴承19、自转驱动杆8、定向轨道4、前连接件1、后连接件5等部件组成，在图1中给出的是两个丝传动型万向关节连接状态的示意图；图2给出的是其中一个关节的部分结构示意图(图中省略了偏转半球4)；
32.如图2、图3所示，所述支架3为整个万向关节的总支撑部分，万向关节内的所有部件均以此为支撑安装；本实施例中，支架3包括一个圆盘和固定在圆盘表面的十字万向节固定架17，在所述圆盘上设有支架顶钢丝通孔二22，圆盘的底部中心与自转驱动杆8相连，圆盘下方是后连接件5，后连接件5包括外圆盘20和内圆盘6，在内圆盘6上设有钢丝绳通孔7；内圆盘6的中心穿过自转驱动杆8，所述内圆盘6与外圆盘20之间通过自转轴承19相连，内圆盘6与自转轴承19过盈配合；当给自转电机通电时，电机的动力通过自转驱动杆8传递到万向关节，进而实现连接件的末端自转运动。
33.进一步的，上述的十字万向节固定架17，包括两根十字交叉连接在一起的连杆，每根连杆包括一个水平杆和连接在水平杆两端且与其垂直的竖直杆，四个竖直杆的顶部各连接一个定向固定杆15，在每个定向固定杆15的外端固定有一个定向球16。
34.进一步的，所述十字万向节13固定于十字万向节固定架17上，所述十字万向节13是由两根相互交叉的轴一14、轴二23组成，其中轴一14两端与固定架17以转动副形式链接，可沿其所在轴线自由转动，另所述轴二23穿过在轴一14中部设的轴承，且此轴承的中点为轴线进行转动；当所述十字万向节13中轴一14绕所在轴线转动时，所述轴二23将跟随轴一14绕其所在的轴线转动，而此时的轴二23亦可同时绕其自身轴线转动，所述十字万向节轴二23两端与u型偏转件12刚性连接，此u型偏转件12中心点处通过一刚性连接轴11与偏转半球2相接，偏转半球2与前连接件1相连，前连接件1与下一个关节的后连接件5相连，进而将动力传递到下一关节；十字万向节13置于所述偏转半球2的内部，偏转半球2以十字万向节13为支撑点进行偏转。
35.上述的偏转半球2与所述的十字万向节13相连且以此为支撑偏转点；所述自转驱动杆8可实现万向关节的自转运动，其一端刚性连接于支架下方的内圆盘6上，另一端穿过一沿其轴线方向放置在驱动盒内部的轴承，通过齿轮外啮合与电机相连接；所述支架底内圆盘6与所述自转轴承19过盈配合于支架底部，当给自转电机通电时，电机的动力通过自转驱动杆8传递到万向关节，进而实现机械臂末端自转运动；所述滑杆18置于支架3的中间位置，主要起到导向的作用；所述偏转拉杆9一端与偏转半球2以转动副的方式连接，另一端与所述滑杆18以移动副的方式连接，其作用是代替钢丝对所述偏转半球2的直接驱动，减少钢丝的整体长度，降低弹性模量，使控制精度增加，另外减少钢丝在直接驱动偏转半球时由于打弯所增加的摩擦力，以此减少由于摩擦而损失的动力；定向球16作用是防止偏转半球2发生偏转发生扭转，避免产生不必要的扭转力。
36.进一步的，为了实现两个丝传动型万向关节的连接，因此需要在关节上设置连接件，如图1所示，连接件包括前连接件1与后连接件5，前连接件1与另一个丝传动型万向关节的后连接件相连；后连接件5与其他关节或者部件相连，前连接件1与后连接件5主要起衔接作用。
37.更进一步的，所述后连接件5内设有多个通过钢丝的钢丝孔7、前连接件1内设有多个通过钢丝的钢丝孔22，且后连接件5和前连接件1上的钢丝孔前后对应，同轴设置，且各个钢丝孔是分开布置的，可防止万向关节在偏转的过程中钢丝互相缠绕，以此产生较大的摩擦力。
38.如图3所示，在本实施例中，万向关节中均设有四根相互平行的滑杆18，四根滑杆18与中点的连线间互为九十度，四根滑杆18的一端与支架下方的外圆盘20相连，另一端与支架3相连，其中，所述的四根滑杆18的轴线与自动驱动杆8的轴线平行；每个滑块21上连接一个偏转拉杆9，即偏转拉杆9设置四个，所述的偏转拉杆9中每根的一端通过同时带有移动副和转动副的滑块21与滑杆18链接，滑块22可沿所述滑杆18上下移动，另一端通过一带转动副固定块10与偏转半球2固定链接，当所述滑块22被相连钢丝拖动时，滑块22带动偏转拉杆9移动，进而偏转拉杆9带动偏转半球2移动。
39.进一步需要说明的是，在其他实施例中，滑杆18还可以设置5根，6根三根等，具体根据实际需要进行设置，但是优选的，多根滑杆18均匀设置。
40.进一步的，上述的定向球16与定向轨道4相对应，定向球16设有四个，定向轨道4同样对应设有四条，其中每个定向球16均卡入对应的凹槽内，可在凹槽内自由转动，凹槽的一端刚性链接在所述定向固定杆15上，此时定向球露出的部分放置在所述定位轨道4内，定位轨道4设于偏转半球的内侧，与所述定向球16以高副的形式对应接触，定位球16可在定位轨道4内自由滑动，当所述偏转半球2转动时，所述的定向球16与定向轨道4给偏转半球2偏转定位。
41.如图5所示,本实施例还公开了一个丝传动型万向关节的应用实例，如图所示的机械臂，机械臂的相邻臂段之间通过丝传动型万向关节a、丝传动型万向关节b相连，丝传动型万向关节a、丝传动型万向关节b的结构与前面所述的结构相同，通过丝传动型万向关节a的后连接件与丝传动型万向关节b的前连接件相连接；当然不难理解的，在其他实施例中，根据需求可随意增加模块化万向关节的数量，来满足所需要求，不是必须为a和b两个，当然随着传动型万向关节数量的增加，传动型万向关节越多控制难度越大。
42.进一步的，前连接件与后连接件内设有通过钢丝的钢丝孔，钢丝孔是分开布置的，可防止万向关节在偏转的过程中钢丝互相缠绕，以此产生较大的摩擦力。万向球关节可通过关节一的前连接件与关节二的后连接件便捷衔接，使关节模块化，可随意调节关节的个数，进而调节所安装机械臂的自由度。
43.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
44.最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。