[发明专利]一种具有远程运动中心的大转角球铰结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有远程运动中心的球铰结构，更特别地说，是一种适用于并联机构的、具有远程运动中心的大转角球铰结构。

背景技术

并联机构由于具有高刚度、高精度、高承载能力、高动态性能和高速度等特点，广泛应用于装配作业、飞行模拟器、医疗康复、机械加工等领域。球铰链作为一种能够提供3个自由度的铰链机构,在并联机构中有着非常广泛的应用，但由于工作空间偏小，严重制约了其在实际工程中的应用，如含有被动球铰链的并联机床，因受球铰链的工作空间小的影响，无法实现较大的工作空间要求；并联仿生机构，如肩关节、腕关节、髋关节等，因包含球铰链，难以满足肢体运动要求等，因此，构建一种具有大工作空间的球铰链有重要的理论意义和工程应用价值。

随着并联机构技术的应用发展，提出了多种增大工作空间的并联机构用球铰链新结构。2006年，阮鸿雁等人提出一种并联机床用精密球铰链，采用虎克铰加转动副的形式来组成大工作空间的球铰链，独立转动范围大、加工精度易于保证，但这种复合球铰结构复杂，使得并联机构杆件干涉的可能性增大。直接采用球和球窝构成的球铰链也有用于并联机构，结构紧凑，但工作空间通常不足45°。专利CN2810871Y，采用在球窝上开槽的方法增加转动空间至130°，但该结构输出仅为3个正交方向的转动，而非一般球铰的任意空间转动；邱雪松等采用加大约束球窝半径的方法，提出了4种类型的被动球面铰链，实现正交的3个转动输出，转动空间增加至75°左右，但要实现三个转轴共点和相互垂直有较高的难度，制造精度高、不易安装，成本高。所以，目前提出的球铰结构很难同时满足转动空间大、精度高、刚性好、易于制造等特点。研究开发大转角运动空间、高精度、高刚性且易于实现的球铰对于推动并联机构的发展有重要意义。

上述提出的球铰链其转动中心均在转动构件内部，而在并联转动机构中，存在这样一类机构，要求机构可绕空间虚拟的固定点进行转动，而且该固定点在机构远端，所以研究具有远程运动中心的、用于并联机构的球铰链结构成为必要。

因此，需要提出一种实用的、用于并联机构且具有远程运动中心的大转角球铰链结构，以满足并联机构发展的要求。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种新的具有远程运动中心的大转角球铰链结构，这种结构具有构造和制作简单，体积小，费用低；现场安装无需焊接，方便；制作精度高，转动摩擦力小等优点，主要应用于并联机床、并联转动平台等，代替球铰使用。

本发明提供一种具有远程运动中心的大转角球铰结构，包含中心球头杆(1)、球铰端盖(2)、球面垫(3)以及约束球窝(4)，中心球头杆(1)的凹球面(101)、凸球面(102)为同心球面；球面垫(3)由耐磨和自润滑材料制成，与约束球窝(4)贴合，并固联为一个整体；中心球头杆(1)的凸球面(102)与约束球窝(4)的凹球面(401)为同心球面，球心位于远程运动中心O点；中心球头杆(1)和约束球窝(4)的相对运动为绕O点的任意方向的转动。

同时，球铰端盖(2)外侧圆弧倒角面(201)，与中心球头杆(1)在运动过程中始终保持刚性接触，以压紧约束球窝(4)，防止脱出；

本发明用于并联机构的具有远程运动中心的大转角球铰结构，由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：

1.本发明设计的大转角球铰链具有虚拟的转动中心，铰链可以距离虚拟远程运动中心O较远，且输出构件具有绕该转动中心的任意轴线回转。

2.本发明的球铰链，由于中心球头和球窝构件的球心角的减小，避免了构件干涉，增大了转动工作空间。

3.本发明的球铰链，在中心球头和球窝之间加入耐磨、自润滑材料制成的球面垫，提高了精度和工作寿命，免于润滑，避免污染。

4.所发明球铰结构仅含少量构件，结构简单，制作、安装方便。

附图说明

图1为本发明的球铰链的实施例之一的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1所示的具有远程运动中心的大转角球铰结构可为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的：一种具有远程运动中心的大转角球铰结构，包含中心球头杆1、球铰端盖2、球面垫3以及约束球窝4，中心球头杆1的凹球面101、凸球面102为同心球面；球面垫3由耐磨和自润滑材料制成，与约束球窝4贴合，并固联为一个整体；中心球头杆1的凸球面102与约束球窝4的凹球面401为同心球面，球心位于远程运动中心O点；中心球头杆1和约束球窝4的相对运动为绕O点的任意方向的转动。