[发明专利]可变构型虎克铰

说明书

技术领域

本发明涉及可用于基于串、并联机构的医疗机器人，仿生机器人，类人机器人，虚拟轴机床及其它需要变构型的机器人或机械设备的虎克铰，属于机器人机构研究领域，具体涉及一种可变构型的两自由度胡克铰链。

背景技术

机器人是机、电、计算机相结合的产物，其应用几乎涉及现代尖端技术的各个领域，如仿人、仿生机器人、数控加工中心、运载工具模拟器、航天设备、医疗手术机器人、家庭娱乐机器人及工业机器人等。机构是机器和机器人的基本组成。传统的机器人在基本机构学铰链(转动副，移动副，虎克铰等)及杆件的连接下，具有确定的运动学构型和自由度。虎克铰，又称Cardan铰链，由一对相交成一定角度的转动副连接而成，两个转动副的轴线相交成一个T形的连接件，所以该铰链通常又被称为T铰，通过T铰连接的两个杆件相互之间可有两个转动的自由度。当T铰被固定后，其两个转动副的轴线也相对于各自杆件被固定了。虎克铰的应用最早可以追溯到2000年前中国古代用于在各种姿势下平衡蜡烛的烛台或称平衡环。在工业设备中，胡克铰多用于旋转运动的传动，如汽车车轮的动力传动，飞机发动机动力的传动及其它加工制造设备的动力传动等。在机器人机构学研究中，由于其简单的结构及具有两个旋转自由度的特点，虎克铰成为常用的基本铰链。现有的虎克铰一直保持着自其出现时的形态，只是在不同应用的场合尺寸及连接件的形状有所变化，两旋转自由度的运动形式均保持不变。为了适应工业生产的多样化及社会需求的快速变化，具有可变构型和可变自由度的机器人在现代化及自动化的工业生产中已经成为一个重要的研究方向。因此，目前急需开发一种具有可变构型能力的虎克铰，可以改变传统机构组装后具有固定的构型和自由度的情况，使新机构具有可变构型和自由度的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有变构型和变自由度的功能的可变构型虎克铰。

本发明的可变构型虎克铰，它包括带有长短轴的十字形连接件，一个U形件的两个顶部开口端各自通过轴承转动副与所述的带有长短轴的十字形连接件的长轴的两端分别转动相连，在所述的U形件的底部中间固定连接有一个U形件连杆，它还包括环形件，两个滑块各自通过滑块轴承转动副与所述的带有长短轴的十字形连接件的短轴的两端转动相连，所述的两滑块通过连接件能够固定连接在所述的环形件的内环侧壁任意位置上，在所述的环形件的外环侧壁上固定连接有环形件连杆。

与传统虎克铰相比，本发明提出的可变构型虎克铰(Reconfigurable Hooke Joint)具有以下有益效果：

1.本发明通过引入带有内槽的环形件，它能够任意角度改变两个旋转自由度中的一个轴线与其构件的相对方向。

2.本发明通过引入可改变旋转轴线相对方向的特性，能够增加铰链整体的灵活性并调整其两旋转自由度形成的工作空间，以适应不同的工作环境需求。

3.本发明专利通过其紧凑的内槽和旋转轴线的配置，保持了传统虎克铰结构简单和具有两个垂直相交的旋转自由度的特点。

4.本发明通过引入可改变旋转轴线相对方向的特性，可以改变该铰链所在机构支链的几何约束状态及整个机构的自由度，使机构具有可变构型和变自由度的功能。

附图说明

图1为一种可变构型虎克铰的总体结构示意图；

图2为一种可变构型虎克铰的各组成部分的示意图；

图3-1——3-2为本发明可变构型虎克铰两旋转自由度的运动形式；

图4为本发明滑块沿环形件内槽转动改变旋转轴线的相对位置的运动形式；

图5-图6为本发明所特有的几种典型的构型形式。

其中：

1-U形件 2-带有长短轴的十字形连接件 3-滑块 4-带有内槽的环形件 5-环形件端盖

101-U形件连杆 102-轴承盖 103-轴承盖固定螺钉 201-U形件轴承 301-滑块轴承

401-环形凹槽 402-环形件连杆 501-端盖固定螺钉 502-滑块固定螺栓

具体实施方式

下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明：

本发明基于机构学几何约束的研究。图1、图2分别为本发明一种可变构型虎克铰的总体结构示意图和各组成部分的示意图。