一种三转轴交叉的可锁定机器人关节制造技术

本发明专利技术涉及一种三转轴交叉的可锁定机器人关节包括两相对端经第一转轴与第一连接法兰铰接的基座，基座的另外两相对端经销轴套设有第二转轴，第二转轴的顶部竖直设有第三转轴；第一锁紧机构包括同轴套设在销轴外周的横向滑动外花键套环，第二转轴上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第一内花键，基座上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第二内花键；第二锁紧机构包括同轴固设在第三转轴顶端的外花键轴，外花键轴的外周经第三内花键同轴接合有竖向滑动外花键套环，外花键轴的外周还同轴设有第二连接法兰，第二连接法兰上同轴设有用于与竖向滑动外花键套环的外花键接合的第四内花键。结构设计简单，便捷高效。

【技术实现步骤摘要】
一种三转轴交叉的可锁定机器人关节
本专利技术涉及一种三转轴交叉的可锁定机器人关节。
技术介绍
现有专利US7367740所公开的可锁定机械关节，包括实现关节转动功能的转动轴、连接两个运动关节的关节连杆部件和用以实现机械关节自锁功能的外花键轴、内花键齿圈等结构部件。其中，各个自锁关节绕各自的转动轴转动，可实现自由转动和锁定的功能，两个相互垂直布置的可锁定关节由关节连杆部件刚性连接，借以实现二自由度虎克铰关节的转动能力，而该机械关节的可锁定功能通过外花键轴与内花键齿圈的啮合与否得以实现。该可锁定关节的不足是，结构设计刚性较差，且关节所包含的两个可锁定转轴使用长连杆连接，不适用于对刚度、精度以及结构轻量化设计有很高要求的机器人运动关节。现有专利WO2017144310所公开的可实现运动锁定的机器人关节，由主动齿轮、从动齿轮、驱动电机、角度传感器以及传递运动关节转矩的同步齿形带和保障关节结构安全的安全销组成。其中，传动关节的锁定或解锁可以通过调整齿形带包角大小实现。其不足是，由于单一的可锁定转轴设计，该类可锁定机器人关节仅仅满足于SCARA等串联式机器人中独立转动关节的应用需求，同时由于采用齿形带传动并借此实现关节锁定，使得机构所占空间较大，不利于机器人关节的轻量化和小型化设计。现有专利CN104802183和CN103341864所公开的可实现关节运动锁定功能的机器人关节，包括驱动电机、关节减速器、联轴器以及蜗杆、蜗轮组成的运动副。其中，蜗杆为主动部件，蜗轮为从动部件，驱动电机通过关节减速器、联轴器等动力传递部件将力矩依次传递到蜗轮蜗杆副，并由蜗杆驱动蜗轮实现关节的转动，而仅仅当外负载作用于蜗轮时，由于蜗杆的导程角小于蜗轮蜗杆啮合轮齿间的当量摩擦角，蜗轮无法反向带动蜗杆转动，从而实现关节的单向锁定功能。其不足是，该可锁定机器人关节为独立转轴设计，难以用于构建并联机器人结构设计中广泛应用的多自由度复合铰链，并且此处通过蜗轮蜗杆传动所实现的仅仅是关节单向运动自锁，不能实现关节运动的全方向任意锁定，不利于关节位姿的任意控制和姿态保持。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三转轴交叉的可锁定机器人关节，不仅结构简单，而且便捷高效。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种三转轴交叉的可锁定机器人关节，包括两相对端经第一转轴与第一连接法兰铰接的基座，所述基座的另外两相对端经销轴套设有第二转轴，所述第二转轴的顶部竖直设有第三转轴；所述第二转轴经第一锁紧机构与基座连接，所述第三转轴上设有第二锁紧机构；所述第一锁紧机构包括同轴套设在销轴外周的横向滑动外花键套环，所述第二转轴上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第一内花键，所述基座上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第二内花键；所述第二锁紧机构包括同轴固设在第三转轴顶端的外花键轴，所述外花键轴的外周经第三内花键同轴接合有竖向滑动外花键套环，所述外花键轴的外周还同轴设有第二连接法兰，所述第二连接法兰上同轴设有用于与竖向滑动外花键套环的外花键接合的第四内花键。优选的，所述销轴对称设置在基座的两端，所述基座上设有键槽，所述销轴均经与键槽配合的键固连在基座上。优选的，所述销轴的外端经轴承与横向滑动外花键套环的内环连接。优选的，所述基座两端的第二转轴顶部经U形座连接为一体，所述第三转轴设置在U形座上，所述第三转轴的顶端经轴承与外部连接部件连接。优选的，所述第一转轴、第二转轴、第三转轴相互交叉布置，所述第一转轴与第二转轴垂直，所述第二转轴与第三转轴垂直。优选的，所述第一锁紧机构与第二锁紧机构均包括电磁驱动和控制组件。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：该三转轴交叉的可锁定机器人关节的结构简单，第一转轴、第二转轴、第三转轴相互交叉布置、机械结构紧密连接，可形成高刚度、高精度的多自由度复合运动铰链；转轴可实现锁定与解锁，进而实现在同一机器人运动关节上自由、快速地切换具有一、二、三自由度转动能力的关节形式。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术实施例的构造示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3为第三转轴的解锁示意图。图4为第三转轴的锁定示意图。图5为第三转轴锁定、第二转轴锁定的示意图。图6为第三转轴解锁、第二转轴锁定的示意图。图7为第三转轴解锁、第二转轴解锁的示意图。图8为基座的构造示意图。图9为基座与横向滑动外花键套环的连接示意图。图10为第一内花键的构造示意图。图11为电磁驱动和控制组件的构造示意图。图12为本专利技术实施例的使用示意图一。图13为本专利技术实施例的使用示意图二。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。如图1~13所示，一种三转轴交叉的可锁定机器人关节，包括两相对端经第一转轴1与第一连接法兰2铰接的基座3，所述基座的另外两相对端经销轴4套设有第二转轴5，所述第二转轴的顶部竖直设有第三转轴6；所述第二转轴经第一锁紧机构与基座连接，所述第三转轴上设有第二锁紧机构；所述第一锁紧机构包括同轴套设在销轴外周的横向滑动外花键套环7，所述第二转轴上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第一内花键8，所述基座上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第二内花键9；所述第二锁紧机构包括同轴固设在第三转轴顶端的外花键轴10，所述外花键轴的外周经第三内花键11同轴接合有竖向滑动外花键套环12，所述外花键轴的外周还同轴设有第二连接法兰13，所述第二连接法兰上同轴设有用于与竖向滑动外花键套环的外花键接合的第四内花键14。在本专利技术实施例中，所述销轴对称设置在基座的两端，所述基座上设有键槽28，所述销轴均经与键槽配合的键15固连在基座上。在本专利技术实施例中，所述销轴的外端经轴承16与横向滑动外花键套环的内环连接；所述横向滑动外花键套环与竖向滑动外花键套环均含有永磁体部件。在本专利技术实施例中，所述基座两端的第二转轴顶部经U形座17连接为一体，所述第三转轴设置在U形座上，所述第三转轴的顶端经轴承与外部连接部件连接。在本专利技术实施例中，所述第一转轴、第二转轴、第三转轴相互交叉布置，所述第一转轴与第二转轴垂直，所述第二转轴与第三转轴垂直。在本专利技术实施例中，所述第一锁紧机构与第二锁紧机构均包括电磁驱动和控制组件18，所述横向滑动外花键套环可在电磁驱动和控制组件的作用下沿着销轴横向滑移运动，所述横向滑动外花键套环可在前述滑移运动过程中使第一内花键与第二内花键处于接合或脱离状态，进而实现所述第二转轴的锁定或解锁；所述竖向滑动外花键套环可在电磁驱动和控制组件的作用下沿着外花键轴竖向滑移运动，所述竖向滑动外花键套环可在前述滑移运动过程中使属于第三转轴的外花键轴和属于第二连接法兰的第四内花键处于接合或脱离状态，进而实现所述第三转轴的锁定或解锁，所有配合及连接花键均采用标准花键齿型，并符合国家标准GB/T3478.1-1995。在本专利技术实施例中，所述竖向滑动外花键套环具有第三内花键，所述第一转轴与基座的衔接端可以设置结构、原理与第一锁定机构相同的锁定结构，实现第一转轴的锁定与解锁控制。在本专利技术实施例中，转轴在其各自的电磁驱动和控制组件的驱动与控制下单独实现转轴的锁定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三转轴交叉的可锁定机器人关节，其特征在于：包括两相对端经第一转轴与第一连接法兰铰接的基座，所述基座的另外两相对端经销轴套设有第二转轴，所述第二转轴的顶部竖直设有第三转轴；所述第二转轴经第一锁紧机构与基座连接，所述第三转轴上设有第二锁紧机构；所述第一锁紧机构包括同轴套设在销轴外周的横向滑动外花键套环，所述第二转轴上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第一内花键，所述基座上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第二内花键；所述第二锁紧机构包括同轴固设在第三转轴顶端的外花键轴，所述外花键轴的外周经第三内花键同轴接合有竖向滑动外花键套环，所述外花键轴的外周还同轴设有第二连接法兰，所述第二连接法兰上同轴设有用于与竖向滑动外花键套环的外花键接合的第四内花键。

【技术特征摘要】
1.一种三转轴交叉的可锁定机器人关节，其特征在于：包括两相对端经第一转轴与第一连接法兰铰接的基座，所述基座的另外两相对端经销轴套设有第二转轴，所述第二转轴的顶部竖直设有第三转轴；所述第二转轴经第一锁紧机构与基座连接，所述第三转轴上设有第二锁紧机构；所述第一锁紧机构包括同轴套设在销轴外周的横向滑动外花键套环，所述第二转轴上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第一内花键，所述基座上同轴设有用于与横向滑动外花键套环的外花键接合的第二内花键；所述第二锁紧机构包括同轴固设在第三转轴顶端的外花键轴，所述外花键轴的外周经第三内花键同轴接合有竖向滑动外花键套环，所述外花键轴的外周还同轴设有第二连接法兰，所述第二连接法兰上同轴设有用于与竖向滑动外花键套环的外花键接合的第四内花键。2.根据权利要求1所述的三转轴交叉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，汤腾飞，方汉良，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35