一种二维旋转自由度的同心转动关节制造技术

本实用新型专利技术涉及一种二维旋转自由度的同心转动关节，它包括由两个圆环构成的同心转动基体，在每个圆环的外壁面两侧设置有滚珠外沟槽，位于两道滚珠外沟槽中间位置处设置有绳系外沟槽；每个圆环上设置有关节支座，关节支座一端为弧形结构，另一端为管状结构，在两结构之间内部设置有通道，管状结构中空内设置有定滑轮组；在弧形结构端内侧壁两侧设置有滚珠内沟槽；关节支座外侧壁上设置有滚珠导向管组，每条导向管的一端与滚珠内沟槽连通，另一端与通道连通；滚珠内沟槽与滚珠外沟槽构成滚珠滑道，滚珠组嵌设在由滚珠滑道、滚珠导向管组和通道构成的闭合滚道内；动作绳系套设在绳系外沟槽和定滑轮组上，定滑轮组的转动轴由外部的动力源驱动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种二维旋转自由度的同心转动关节，它包括由两个圆环构成的同心转动基体，在每个圆环的外壁面两侧设置有滚珠外沟槽，位于两道滚珠外沟槽中间位置处设置有绳系外沟槽；每个圆环上设置有关节支座，关节支座一端为弧形结构，另一端为管状结构，在两结构之间内部设置有通道，管状结构中空内设置有定滑轮组；在弧形结构端内侧壁两侧设置有滚珠内沟槽；关节支座外侧壁上设置有滚珠导向管组，每条导向管的一端与滚珠内沟槽连通，另一端与通道连通；滚珠内沟槽与滚珠外沟槽构成滚珠滑道，滚珠组嵌设在由滚珠滑道、滚珠导向管组和通道构成的闭合滚道内；动作绳系套设在绳系外沟槽和定滑轮组上，定滑轮组的转动轴由外部的动力源驱动。【专利说明】一种二维旋转自由度的同心转动关节
本技术涉及一种机器人
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二维旋转自由度的同心转动关节。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种二维旋转自由度的同心转动关节，该关节结构简单，环境适应性强、可靠性高、资源占用率低。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案:一种二维旋转自由度的同心转动关节，其特征在于:它包括一个由两个圆环构成的同心转动基体、两个关节支座、两组动作绳系、两组滚珠组、两组定滑轮组和两组滚珠导向管组，每组所述滚珠导向管组都由两条导向管构成；在所述同心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；在所述同心转动基体每个圆环上还分别设置有一个所述关节支座，所述关节支座一端为弧形结构，所述关节支座另一端为与所述弧形结构一体成型的管状结构，在所述管状结构与所述弧形结构之间内部设置有两道用于滚珠滚动的通道，在所述管状结构的中空内设置有一组所述定滑轮组，所述定滑轮组通过转动轴安装在所述管状结构上；在所述关节支座弧形结构端内侧壁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；在所述关节支座外侧壁上设置有所述两组滚珠导向管组，每条所述导向管的一端与一道所述滚珠内沟槽连通，所述导向管的另一端与一道所述通道连通；两道所述滚珠内沟槽分别与两道所述滚珠外沟槽构成两道滚珠滑道，每组所述滚珠组都嵌设在由所述滚珠滑道、滚珠导向管组和通道构成的闭合滚道内；每组所述动作绳系分别套设在所述圆环上的绳系外沟槽和定滑轮组上，所述动作绳系、绳系外沟槽和定滑轮组构成闭锁绳系，所述定滑轮组的转动轴由外部的动力源驱动。每组所述动作绳系与所述同心转动基体、定滑轮组之间的连接关系为:所述动作绳系的一端通过固定件固定在所述同心转动基体的内壁面上，另一端依次缠绕在所述同心转动基体上一圆环一侧的绳系外沟槽、定滑轮组、圆环另一侧的绳系外沟槽，且所述动作绳系另一端通过另一固定件固定在所述同心转动基体的内壁面上。每个所述关节支座的两侧分别设置有用于动作绳系穿过的通孔。所述同心转动基体由一个一体成型的转轴构成，所述转轴由两个所述圆环正交构成，其中一个所述圆环构成第一旋转轴，另一个所述圆环构成第二旋转轴，两个所述旋转轴的轴心重合；位于两个所述圆环的两端正交位置处，其中一个所述圆环上的绳系外沟槽位于外侧，另一个所述圆环上的绳系外沟槽由在该正交位置处设置的通孔形成。每组所述动作绳系都采用Kevla细绳。每组所述定滑轮组都由三个并列设置的定滑轮构成，并在每个所述定滑轮的内侧开设有沟槽；位于中间的所述定滑轮为主动轮，位于两侧的所述定滑轮为从动轮。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本技术由于采用同心转动基体，通过该同心转动基体实现双轴转动功能，两旋转轴之间不需要设置过渡支撑，通过滚珠组实现同心转动基体与关节支座的转动匹配，不需要轴承结构，且二维转动基体外形为球形结构，减小了体积和重量，节约了安装空间，结构简单；通过定滑轮组驱动动作绳系，从而驱动二维转动基体，不需要内置电机进行驱动，进一步减小了体积和重量、节约安装空间。2、本技术由于采用一个同心转动基体实现双轴转动功能，消除了由于加工、装配等因素引起的转动传递误差，因此大大提高了双轴转动之间的匹配精度。3、本技术由于同心转动基体外形采用球形结构，使二维转动基体转动过程中承受的载荷通过几何中心(质心)，且同心转动基体与关节支座之间通过滚珠组配合，受力均匀、转动平滑，因此大大提高了系统承载能力。4、本技术整体结构重量轻、体积小、内部无供电需求部件，因此使本技术的偏心转动关节在重量、体积和电功耗需求方面具有明显的优势，减低了系统资源占用率。5、本技术由于在关节结构内部无电性能产品，无类似轴承配合的高精度装配要求，因此降低了系统对使用环境的要求，提高了环境适应性。6、本技术由于采用的单个关节支座可实现沿某个方向的单轴转动，且采用两个结构形式完全相同的关节支座实现了沿某两个方向的双轴转动，因此提高了关节的通用性和可维修行；进一步，本技术采用的关节支座对外接口结构简单，这样可以提高本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维旋转自由度的同心转动关节，其特征在于：它包括一个由两个圆环构成的同心转动基体、两个关节支座、两组动作绳系、两组滚珠组、两组定滑轮组和两组滚珠导向管组，每组所述滚珠导向管组都由两条导向管构成；在所述同心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；在所述同心转动基体每个圆环上还分别设置有一个所述关节支座，所述关节支座一端为弧形结构，所述关节支座另一端为与所述弧形结构一体成型的管状结构，在所述管状结构与所述弧形结构之间内部设置有两道用于滚珠滚动的通道，在所述管状结构的中空内设置有一组所述定滑轮组，所述定滑轮组通过转动轴安装在所述管状结构上；在所述关节支座弧形结构端内侧壁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；在所述关节支座外侧壁上设置有所述两组滚珠导向管组，每条所述导向管的一端与一道所述滚珠内沟槽连通，所述导向管的另一端与一道所述通道连通；两道所述滚珠内沟槽分别与两道所述滚珠外沟槽构成两道滚珠滑道，每组所述滚珠组都嵌设在由所述滚珠滑道、滚珠导向管组和通道构成的闭合滚道内；每组所述动作绳系分别套设在所述圆环上的绳系外沟槽和定滑轮组上，所述动作绳系、绳系外沟槽和定滑轮组构成闭锁绳系，所述定滑轮组的转动轴由外部的动力源驱动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王培明，彭向中，
申请(专利权)人：王培明，
类型：新型
国别省市：北京;11