[发明专利]一种开放式空间二维偏心转动关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域中的转动关节，特别是关于一种能在机器人和各类有旋转关节的机械系统中使用的开放式空间二维偏心转动关节。

背景技术

随着机器人任务种类的增加和功能需求的提升，越来越多的机器人需要采用空间运动机构的协助来完成规定的任务，有些空间运动机构已成为机器人执行任务的核心和主要手段，大量空间运动机构的使用提高了机器人执行任务的灵活性、自主性和时效性。

空间展开机构是最为常见的一种空间运动机构，其工作原理是在动力源的驱动下完成对结构件的展开、收拢和转动等功能，并通过多个结构件之间的运动配合来实现整套空间展开机构的预定功能。典型的空间展开机构都采用了人体仿生学中对“手臂”模拟的设计思路，主结构多是由两根或多根杆结构组成，杆结构之间多采用运动关节进行连接，通过动力源驱动运动关节实现杆结构之间的相对运动，通过杆结构组之间的运动配合实现整套空间展开机构的系统运动，进而完成空间展开机构整体规定动作的执行，实现特定的功能。因此，运动关节决定了空间展开机构的运动特性，是整套系统的关键。

空间运动关节在设计上重点需要考虑的问题是如何提高可靠性、如何降低资源占用率以及如何提高任务执行的效率。根据目前在机器人上使用的各类运动关节的应用效果来看，普遍存在如下缺点：1、系统复杂：运动关节的功能多通过伺服电机来实现，伺服电机安装于两结构之间，伺服电机以及所需的安装结构复杂，同时，伺服电机需要供电、控制以及信号采集等电路系统，这样进一步增加了系统的复杂性。2、使用环境受限：由于电机的存在，电机转动过程中必然会产生振动、噪声以及电磁场，一些安装于展开机构上且对振动、噪声和电磁环境敏感的设备是无法适应的；另一方面，电机一般都会对机器人所提供的安装环境（安装精度、力学环境和热环境等）提出要求，在某些情况下要求很高，需要设计严格保证。这些特点都将使运动关节的使用环境受到限制。3、可靠性低：系统设计复杂、使用环境要求严格都将导致系统可靠性的降低，特别是对使用环境的依赖性，提高了外界环境因素对系统可靠性的影响程度，降低了系统的可靠性。4、资源占用率高：系统的复杂性必然带来重量、体积和电功耗的增加，这些资源对于任何机器人都是非常宝贵的；另一方面，对使用环境的高敏感度只能通过增加配置来克服，如增加系统冗余、结构加强等手段，进一步增加了系统资源的占用率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种开放式空间二维偏心转动关节，该关节由绳系带动，结构简单，环境适应性强、可靠性高、资源占用率低。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：它包括一个由两个圆环构成的转动基体、两个关节支座、两个转动外瓦、四个外瓦卡环、两组滚珠组和两组动作绳系，其中每组所述动作绳系由两条动作绳构成；在所述转动基体每个圆环的外壁面上，位于外壁面两侧设置有两道滚珠外沟槽，位于所述两道滚珠外沟槽的中间位置处设置有一道绳系外沟槽；在所述转动基体每个圆环的外部还分别套设有由一个所述关节支座与一个所述转动外瓦固定连接形成的封闭圆环，在该封闭圆环内壁面上，位于内壁面两侧设置有与所述两道滚珠外沟槽对应设置的两道滚珠内沟槽，位于所述两道滚珠内沟槽的中间位置处设置有一道与所述绳系外沟槽对应设置的绳系内沟槽；所述两道滚珠内沟槽分别与所述两道滚珠外沟槽构成两道滚珠滑道，所述两组滚珠组分别嵌设在所述两道滚珠滑道内；所述绳系内沟槽与所述绳系外沟槽构成绳系滑道，每组所述动作绳系分别嵌设在所述转动基体上一个圆环的绳系滑道内，且每组所述动作绳系中的两条动作绳一端都固定在所述转动基体中间位置处，另一端呈相对设置并缠绕在所述绳系滑道上，缠绕后该端连接至外部的动力源。

每个所述关节支座内还分别设置有两个定滑轮，每组所述动作绳系中的每条动作绳经绳系滑道穿入所述关节支座内后，再分别通过所述定滑轮连接所述外部动力源。

所述转动基体由一个一体成型的转轴和两个转动内瓦构成，所述转轴由两个半圆状的第一转轴和第二转轴以及一个连接块构成，所述第一、第二两个转轴通过所述连接块连接成正交结构，在所述转轴每个半圆开口处分别固定连接一个所述转动内瓦，每个所述转动内瓦与所述转轴构成一个圆环，形成由两个圆环套设构成的转动基体。

所述连接块内部开设有与所述绳系滑道对应的通孔，每组所述动作绳系中的每条动作绳一端穿过该通孔后经固定件固定在所述连接块上。

在每个由所述关节支座与所述转动外瓦固定连接形成的封闭圆环外壁面两侧分别套设有一个外瓦卡环。

每组所述动作绳系中的动作绳都采用Kevla细绳。