兩方向離散狀態運動關節的製作方法

2023-06-01 00:56:41

本發明涉及的是一種仿生機器人領域的技術，具體是一種兩方向離散狀態運動關節。

背景技術：

大多數機器人基於剛體運動關節設計製造，但剛體運動關節存在間隙、磨損、噪音等。現有的並聯三自由度柔順機械手腕，由於在結構中存在多個剛性球鉸鏈，成本較高，同時鉸鏈內部存在間隙，影響機構的運動精度，此外，剛性球鉸鏈還存在磨損及噪音問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種兩方向離散狀態運動關節，能夠通過串聯裝配形成高度冗餘的運動鏈，實現兩個方向四個離散狀態，其顯著的技術優點在於：採用柔順構件製造，造價成本低廉，鉸鏈不存在間隙，運動精度高，不存在磨損及噪音問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：關節上平臺、關節下平臺、柔順鉸鏈和兩個條形雙穩態彈簧，其中：柔順鉸鏈兩端分別與關節上平臺的中部和關節下平臺的中部相連，兩個條形雙穩態彈簧相互垂直固定於關節下平臺，條形雙穩態彈簧與關節上平臺之間通過柔韌杆相連，條形雙穩態彈簧與關節下平臺之間通過直線驅動單元相連。

所述的條形雙穩態彈簧兩端通過圓柱形的支腳固定於關節下平臺。

所述的柔順鉸鏈的橫截面為方形。

所述的柔順鉸鏈的截面面積由兩端向中部逐漸減小。

所述的柔韌杆橫截面為圓形，截面面積由兩端向中部保持不變。

所述的直線驅動單元為壓電陶瓷驅動器，其一端固定於關節下平臺，另一端固定於條形雙穩態彈簧的中部。

所述的柔順鉸鏈和柔韌杆的材料為尼龍、聚丙烯或高密度聚乙烯。

附圖說明

圖1為本發明立體結構示意圖；

圖2為本發明俯視圖；

圖3為本發明正視圖；

圖4為本發明右視圖；

圖5為柔順鉸鏈的立體示意圖及其截面圖；

圖6為運動關節的四個離散狀態示意圖；

圖中：1關節上平臺、2柔順鉸鏈、3第一柔韌杆、4第一條形雙穩態彈簧、5第一直線驅動單元、6第二柔韌杆、7第二條形雙穩態彈簧、8第二直線驅動單元、9支腳、10關節下平臺。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括：關節上平臺1、關節下平臺10、柔順鉸鏈2和兩個條形雙穩態彈簧，其中：柔順鉸鏈2兩端分別與關節上平臺1的中部和關節下平臺10的中部相連，兩個條形雙穩態彈簧相互垂直固定於關節下平臺10，條形雙穩態彈簧與關節上平臺1之間通過柔韌杆相連，條形雙穩態彈簧與關節下平臺10之間通過直線驅動單元相連。

如圖2～4所示，所述的關節下平臺10的截面為方形，兩條形雙穩態彈簧分別為第一條形雙穩態彈簧4和第二條形雙穩態彈簧7。第一條形雙穩態彈簧4兩端通過圓柱形的支腳9固定於關節下平臺10，且平行於關節下平臺10的一邊。第一條形雙穩態彈簧4中部與關節上平臺1之間通過第一柔韌杆3相連。第一直線驅動單元5為壓電陶瓷驅動器時，其一端固定於關節下平臺10，另一端固定於第一條形雙穩態彈簧4的中部，以驅動第一條形雙穩態彈簧4運動。

所述的第二條形雙穩態彈簧7通過圓柱形的支腳9固定於關節下平臺10，垂直於第一條形雙穩態彈簧4且與關節下平臺10一邊平行。第二條形雙穩態彈簧7一端和第一條形雙穩態彈簧4公用一個支腳9。第二條形雙穩態彈簧7中部與關節上平臺1之間通過第二柔韌杆6相連。第二直線驅動單元8為壓電陶瓷驅動器時，其一端固定於關節下平臺10，另一端固定於第二條形雙穩態彈簧7的中部，以驅動第二條形雙穩態彈簧7運動。

所述的柔韌杆橫截面為圓形，截面面積由兩端向中部保持不變。

所述的條形雙穩態彈簧為由條形扁鋼兩端固定連接於支腳構成，固定連接時條形扁鋼處於彎曲狀態，其共有兩個穩定狀態，即彈簧中點處於最低點和最高點兩個狀態。

如圖5所示，所述的柔順鉸鏈2的橫截面為正方形。柔順鉸鏈2的截面面積由兩端向中部逐漸減小。柔順鉸鏈2和柔韌杆的材料為尼龍、聚丙烯或高密度聚乙烯。

如圖6所示，所述的第一條形雙穩態彈簧4和第二條形雙穩態彈簧7驅動整個運動關節實現四個穩定狀態，沿著X軸和Y軸兩個方向旋轉運動。當第二條形雙穩態彈簧7處於最低點，第一條形雙穩態彈簧4處於最低點時，關節上平臺1為第一狀態，即繞X軸負方向轉動繞Y軸正方向轉動當第二條形雙穩態彈簧7處於最低點，第一條形雙穩態彈簧4處於最高點時，關節上平臺1為第二狀態，即繞X軸負方向轉動，轉動角度記為繞Y軸正方向轉動，轉動角度記為當第二條形雙穩態彈簧7處於最高點，第一條形雙穩態彈簧4處於最高點時，關節上平臺1為第三狀態，即繞X軸負方向轉動，轉動角度記為繞Y軸正方向轉動，轉動角度記為當第二條形雙穩態彈簧7處於最高點，第一條形雙穩態彈簧4處於最低點時，關節上平臺1為第四狀態，即繞X軸負方向轉動，轉動角度記為繞Y軸正方向轉動，轉動角度記為和分別表示的是關節上平臺1轉動的角度。

與現有技術相比，發明能夠通過串聯裝配形成高度冗餘的運動鏈，實現兩個方向四個離散狀態，採用柔順構件製造，造價成本低廉，鉸鏈不存在間隙，運動精度高，不存在磨損及噪音問題。