一種兩自由度關節結構的製作方法

2023-12-01 04:14:16 3

本實用新型涉及多自由度關節技術領域，尤其涉及一種兩自由度關節結構。

背景技術：

隨著機器人技術的發展，機器人種類不斷增多，對機器人關節的靈活性、緊湊性、智能性、可控性的要求越來越高。兩自由度關節指具有兩個軸線垂直相交自由度的關節，這種關節的原型在人體和動物體上普遍存在，比如人體和其他行走類動物的頸關節、腕關節、踝關節、指根關節、腰關節，螃蟹和其他爬行類動物的腿根關節等。因此，對於各種仿生機器人，製作具有兩自由度的關節是需要解決的問題之一。

但是，現有技術中的機器人兩自由度關節結構，具有固有缺陷，如結構龐大，製作成本高，結構集成度不高，強度低，定位不精準，控制難度大，載荷能力低等，這些缺陷均限制了仿生機器人的發展，不便於兩自由度關節結構的推廣使用。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本實用新型提供一種兩自由度關節結構，用於解決現有技術中的不足，其結構簡單，製作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便於推廣使用。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種兩自由度關節結構，包括U型固定板、U型連接板、第一自由度機構以及第二自由度機構；所述U型固定板的底板與所述U型連接板的底板相對設置，所述U型連接板的第一側板通過所述第一自由度機構連接在所述U型固定板的第一側板的內側，所述U型連接板的第二側板轉動連接在所述U型固定板的第二側板的內側；

所述第一自由度機構包括第一小齒輪、第一大齒輪以及固定連接所述U型連接板的第一電機和第一軸承連接件，所述第一電機的輸出端和所述第一軸承連接件均由所述U型連接板的內側穿出所述U型連接板的第一側板，所述第一電機的穿出端連接所述第一小齒輪，所述第一小齒輪嚙合有所述第一大齒輪，所述第一大齒輪固定設置在所述U型固定板的第一側板的內側，所述第一大齒輪的內圈連接所述第一軸承連接件的穿出端；

所述第二自由度機構包括第二小齒輪、第二大齒輪以及固定連接所述U型連接板的第二電機和第二軸承連接件，所述第二電機的輸出端和所述第二軸承連接件均由所述U型連接板的內側穿出所述U型連接板的底板，所述第二電機的穿出端連接所述第二小齒輪，所述第二小齒輪嚙合有所述第二大齒輪，所述第二大齒輪的內圈連接所述第二軸承連接件的穿出端。

其中，所述第一軸承連接件包括第一軸承和第一軸套，所述第一軸套的一端設有凸緣，所述凸緣固定在所述U型連接板的第一側板上，所述第一軸套的另一端外套設所述第一軸承，所述第一軸承的外圈連接所述第一大齒輪。

其中，所述兩自由度關節結構還包括第一檢測機構，所述第一檢測機構包括第一連接盤、第一連接片以及第一電位器，所述第一連接盤固定連接所述第一軸套的另一端，所述U型固定板的第一側板設有容置有所述第一連接盤的通孔，所述第一電位器的本體設置在所述第一連接盤上，所述第一電位器的檢測端固定連接所述第一連接片的一端，所述第一連接片的另一端設置在所述U型固定板上。

其中，所述第一檢測機構還包括第一固定扣，所述第一電位器的檢測端通過所述第一固定扣固定連接所述第一連接片的一端。

其中，所述第二軸承連接件包括第二軸承和第二軸套，所述第二軸套的一端設有凸緣，所述凸緣固定在所述U型連接板的底板上，所述第二軸套的另一端外套設所述第二軸承，所述第二軸承的外圈連接所述第二大齒輪。

其中，所述兩自由度關節結構還包括第二檢測機構，所述第二檢測機構包括第二連接盤、第二連接片、第二電位器以及固定連接所述第二大齒輪的大齒輪連動盤，所述大齒輪連動盤設有容置所述第二連接盤的通孔，所述第二連接盤固定連接所述第二軸套的另一端，所述大齒輪連動盤設有容置有所述第二連接盤的通孔，所述第二電位器的本體設置在所述第二連接盤上，所述第二電位器的檢測端固定連接所述第二連接片的一端，所述第二連接片的另一端設置在所述大齒輪連動盤上。

其中，所述第二檢測機構還包括第二固定扣，所述第二電位器的檢測端通過第二固定扣固定連接所述第二連接片的一端。

(三)有益效果

本實用新型提供的兩自由度關節結構，相對於現有技術具有以下優點：

1、本實用新型提供的兩自由度關節結構，結構簡單，製作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便於推廣使用；

2、採用兩個U型板、兩個電機以及軸承連接件的合理結合，實現兩自由度關節結構的兩個自由度的運動；

3、通過設置第一電位器和第二電位器，能夠精確測量第一自由度機構和第二自由度機構轉動的角度，控制方便；

4、除了可以用於機器人的關節驅動外，還能夠用於兩自由度平臺的驅動，通用性強，這些領域的應用，決定了對其進行深入研究和分析的重要意義與價值，具有良好的社會效益和經濟效益。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的兩自由度關節結構的結構示意圖；

圖2為本實用新型提供的第一自由度機構的結構示意圖；

圖3為本實用新型提供的第二自由度機構的結構示意圖；

圖4為本實用新型提供的第二自由度機構的第二軸承連接件的結構示意圖；

圖5為本實用新型提供的第一連接盤和第二連接盤的結構示意圖；

圖中，1：第一電機；2：第一小齒輪；3：第一大齒輪；4：第一軸套；5：第一軸承；6：第一連接盤；7、第一電位器；8、第一連接片；9、第一固定扣；10、U型固定板；11、第二電機；12、第二小齒輪；13、第二大齒輪；14、第二軸套；15、第二軸承；16、第二連接盤；17、第二電位器；18、第二連接片；19、U型連接板；20、第二固定扣；21、大齒輪連動盤。

具體實施方式

為了便於理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施方式。以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本實用新型。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本實用新型提供一種兩自由度關節結構，用於解決現有技術中的不足，其結構簡單，製作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便於推廣使用。

如圖1-5所示，本實用新型實施例中提供一種兩自由度關節結構，包括U型固定板10、U型連接板19、第一自由度機構以及第二自由度機構；U型固定板10的底板與U型連接板19的底板相對設置，U型連接板19的第一側板通過第一自由度機構連接在U型固定板10的第一側板的內側，U型連接板19的第二側板轉動連接在U型固定板10的第二側板的內側；第一自由度機構包括第一小齒輪2、第一大齒輪3以及固定連接U型連接板19的第一電機1和第一軸承連接件，第一電機1的輸出端和第一軸承連接件均由U型連接板19的內側穿出U型連接板19的第一側板，第一電機1的穿出端連接第一小齒輪2，第一小齒輪2嚙合有第一大齒輪3，第一大齒輪3固定設置在U型固定板10的第一側板的內側，第一大齒輪3的內圈連接第一軸承連接件的穿出端；第二自由度機構包括第二小齒輪12、第二大齒輪13以及固定在U型連接板19上的第二電機11和第二軸承連接件，第二電機11的輸出端和所述第二軸承連接件均由U型連接板19的內側穿出U型連接板19的底板，第二電機11的穿出端連接第二小齒輪12，第二小齒輪12嚙合第二大齒輪13，第二大齒輪13的內圈連接第二軸承連接件的穿出端。本實用新型提供的兩自由度關節結構，第一電機1帶動第一小齒輪2旋轉，通過第一小齒輪2與第一大齒輪3的嚙合，第一小齒輪2繞著固定在U型固定板10上的第一大齒輪3做旋轉運動，從而實現了U型連接板19能夠相對U型固定板10轉動，完成該兩自由度關節結構的第一個自由度的運動；第二電機11帶動第二小齒輪12旋轉，通過第二小齒輪12與第二大齒輪3的嚙合，帶動第二大齒輪3做旋轉運動，從而實現了該兩自由度關節結構的第二個自由度的運動。

本實用新型提供的兩自由度關節結構，採用U型固定板和U型連接板的結構設計、利用兩個電機帶動以及軸承連接件的連接，實現了整體結構兩個自由度的運動，該結構簡單緊湊，製作成本低，安裝和操作方便，通用性和實用性強，使用壽命長，便於推廣使用。

本實施例中，第一軸承連接件包括第一軸承5和第一軸套4，第一軸套4的一端設有凸緣，凸緣固定在U型連接板19的第一側板上，第一軸套4的另一端穿出U型連接板19的第一側板，穿出端外套設第一軸承5，第一軸承5的外圈連接第一大齒輪3。本實用新型提供的兩自由度關節結構的第一自由度機構中通過將第一軸套4的凸緣固定在U型連接板19上以及第一軸承5連接第一軸套4和第一大齒輪3，實現了第一軸套4與第一大齒輪3的相對轉動，即實現U型連接板19與U型固定板10的相對轉動。

本實施例中，本實用新型提供的兩自由度關節結構還包括第一檢測機構，第一檢測機構包括第一連接盤6、第一連接片8以及第一電位器7，第一連接盤6固定連接第一軸套4的另一端，U型固定板10的第一側板設有容置有第一連接盤6的通孔，第一電位器7的本體設置在第一連接盤6上，第一電位器7的檢測端固定連接第一連接片8的一端，第一連接片8的另一端設置在U型固定板10。該兩自由度關節結構通過第一電位器7能夠檢測第一個自由度運動的旋轉角度，具體的，通過將第一電位器7的本體部分設置在在第一電機1的帶動下能夠轉動的第一連接盤6上，第一電位器的檢測端固定連接在固定在U型固定板9的第一連接片8上，從而通過第一電位器7檢測第一連接盤6相對於第一連接片的旋轉角度，即為U型連接板19相對於U型固定板10的旋轉角度。

本實施例中，為了將第一電位器7的檢測端固定在第一連接片8上，第一檢測機構還包括第一固定扣9，第一電位器7的檢測端通過第一固定扣9固定連接第一連接片8。

本實施例中，第二軸承連接件包括第二軸承15和第二軸套14，第二軸套14的一端設有凸緣，凸緣固定在所述U型連接板19的底板上，第二軸套14的另一端外套設第二軸承15，第二軸承15的外圈連接第二大齒輪13。本實用新型提供的兩自由度關節結構的第二自由度機構中將第二軸套14的凸緣固定在U型連接板19上以及通過第二軸承15連接第二軸套14和第二大齒輪13，實現了第二軸套14和第二大齒輪13的相對轉動，即在第二小齒輪12的帶動下實現第二大齒輪13的旋轉運動。

本實施例中，本實用新型提供的兩自由度關節結構還包括第二檢測機構，第二檢測機構包括第二連接盤16、第二連接片18、第二電位器17以及固定連接第二大齒輪13的大齒輪連動盤21，大齒輪連動盤21上設有容置第二連接盤16的通孔，第二連接盤16固定連接第二軸套14的另一端，第二電位器17的本體設置在第二連接盤16的內側上，第二電位器17的檢測端從第二連接盤16的內側穿出，穿出的檢測端固定連接第二連接片18的一端，第二連接片18的另一端設置在大齒輪連動盤21上。該兩自由度關節結構通過第二電位器17能夠檢測第二個自由度運動的旋轉角度，具體的，通過將第二電位器17的本體部分設置在與第二軸套14固定連接的第二連接盤16上，第二電位器17的檢測端固定連接設置在大齒輪連動盤21上的第二連接片18，從而通過第二電位器17檢測第二連接片18相對於第二連接盤16的旋轉角度，即為大齒輪連動盤21相對於U型連接板19的旋轉角度。

本實施例中，為了將第二電位器17的檢測端固定在第二連接片18上，第二檢測機構還包括第二固定扣20，第二電位器17的檢測端通過第二固定扣20固定連接第二連接片18。

本實用新型提供的兩自由度關節結構使用時，第一電機1帶動第一小齒輪2旋轉，由於第一小齒輪2與第一大齒輪3的嚙合，第一小齒輪2繞著固定在U型固定板上的第一大齒輪3做旋轉運動，從而實現了U型連接板19相對於U型固定板10的運動，即實現第一個自由度的運動，運動過程中，通過第一電位器7檢測U型連接板的旋轉角度；第二電機11帶動第二小齒輪12旋轉，由於第二小齒輪12與第二大齒輪13的嚙合，第二小齒輪12帶動第二大齒輪13和大齒輪連動盤21旋轉，從而實現了第二個自由度的運動，運動過程中，通過第二電位器17檢測大齒輪連動盤21的旋轉角度。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。