基于液压的双平面摩擦２自由度关节制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于液压的双平面摩擦２自由度关节，在上关节Ｔ形轴的下平面的上侧外缘设有楔形面，杆部套装圆孔直径较大的上关节传力滑块，杆部通过轴承安装在上关节外壳中，并伸出与关节台体的一端连接，推杆端部与上关节Ｔ形轴的两个楔形面相配合；下关节Ｔ形轴连接在关节台体的另一端的下方，下端封装在下关节封盖中，下关节封盖与关节支承轴固联；顶杆安装在下关节Ｔ形轴的空心结构中，空心的底部安装密封螺栓，顶杆的下端与密封螺栓顶杆的下端留有距离，上端与上关节传力滑块接触。本实用新型专利技术体积小、结构紧凑、重量轻、锁紧力矩大、结构简单、锁紧后关节间隙小，可适用于末端静态承载较轻的各类小型机械臂的关节锁定。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种转动关节，具体讲是涉及一种基于液压的双平面摩擦2自由度关节，属于欠驱动机械臂关节锁紧机构。
技术介绍
从上个世纪九十年代开始，随着智能机器人技术、计算机技术、医疗外科技术的迅 速发展，服务机器人，如微创外科机器人技术已成为国内外学者和相关机构关注的国际前 沿研究热点之一。这是一种新型的多学科交叉
，其发展被认为是外科治疗手段的 一种标志性的进步。目前，医疗手术定位机械臂的关节锁定有如下方式，一是靠每个关节上的电机输 出的伺服保持力矩，其缺点是结构复杂，成本昂贵；二是在每个关节上安装电磁制动器，同 样存在结构复杂成本高的不足，同时机械臂比较笨重；第三是通过给各个关节的楔形推力 结构进行手动加力，实现关节锁紧。这种方式为纯被动方式，锁紧效率低，操作不方便。另 夕卜，现有技术中的关节锁紧机构在关节锁紧后，在关节之间都存在间隙，间隙不为0，造成定 位精度不高。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种体积小、结构简单紧凑、 锁紧力矩大、锁紧后关节间隙小的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，降低成本，提高精 度和安全性，满足操作的需要。为达到上述目的，本技术是通过以下的技术方案来实现的一种基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于包括关节台体、下关节T形 轴和上关节τ形轴，所述的关节台体成“L”形，在所述的上关节T形轴的下平面的上侧外缘 设有导角，形成楔形面，上关节T形轴的杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳为中空结构， 在上关节T形轴的杆部上套装上关节传力滑块，上关节传力滑块中间的圆孔直径大于上关 节T形轴杆部的直径，上关节T形轴的杆部通过轴承安装在上关节外壳中，杆部从上关节外 壳伸出与关节台体的一端螺纹连接，推杆的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，安装在上关 节外壳上，在推杆的端部设有楔形面，与上关节T形轴的楔形面相配合；所述的下关节T形 轴为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体的另一端的下方，下关节T形轴 的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，下关节T形轴的下端封装在下关节封盖中，下关节封盖 与关节支承轴固联，下关节T形轴的下端与下关节封盖的接触面之间安装有密封圈；顶杆 安装在下关节T形轴的空心中，顶杆的下端外周安装有密封圈，上端伸入上关节外壳，与上 关节传力滑块接触，下关节T形轴的空心的底部安装有密封螺栓，所述的密封螺栓与顶杆 的下端留有一定的距离。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于所述的顶杆包括1#顶 杆、2#顶杆和连接螺套，所述的连接螺套为中空结构，两端设有内螺纹，1#顶杆和2#顶杆分别连接在连接螺套的两端，1#顶杆的上端与上关节传力滑块接触，2#顶杆的下端外周安装有密封圈，套装在下关节T形轴的空心中，下端与密封螺栓留有一定距离。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于在所述的上关节外壳上 与关节台体靠近的端面上开有环形槽，在环形槽中设有环形摩擦垫，所述的环形摩擦垫突 出上关节外壳端面一定距离。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于在所述的下关节T形轴 的下端面上与关节支承轴靠近的端面上开有环形槽，在环形槽中设有环形摩擦垫，所述的 环形摩擦垫突出下关节T形轴端面一定距离。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于在所述的关节台体上靠 近下关节封盖的端面上开有环形槽，在环形槽中设有环形摩擦垫，所述的环形摩擦垫突出 关节台体端面一定距离。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于在所述的密封螺栓和下 关节T形轴之间设有密封圈。前述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于在所述的下关节T形轴 上安装有排气螺钉，排气螺钉与下关节T形轴之间设有密封圈，螺钉孔与下关节T形轴的空 心相通。本技术的有益效果是本技术在两个关节上不需要安装电机(电机在第 三个关节上)，通过第三关节上的电机推动内部的一个与机械臂的第3关节相连的推杆，可 以同时锁紧这两个转动关节，实现这两个关节的无电机或无电磁制动器的锁紧，使机械臂 成为一个欠驱动的机械臂。并且本技术采用液压锁紧方式，锁紧力矩大，安全性高。本 技术结构简单、关节轻便、关节灵活性好、锁紧后关节刚性好、定位精度高(关节锁紧 后达到0间隙)、成本较低。可以实现4个关节(6个自由度，其中一个关节为球关节)的机 械臂上只用一个电机，即一个电机完成了 6自由度机械臂4个关节的锁定。可适用于载荷 较轻的服务机器人，特别是医疗外科手术机器人的欠驱动机械臂关节锁紧机构和一体式2 自由度关节等，在降低结构复杂度和成本的同时，提高了机械臂的定位精度和安全性，从而 为研制外科手术定位的机械臂奠定了基础，同时，也为其它用途的机械臂的关节锁定的设 计开发提供参考。附图说明图1为本技术的基于液压的双平面摩擦2自由度关节的结构示意图；图2为图1中的关节台体的主视图；图3为图2的左视图；图4为图2的仰视图；图5为下关节组件的示意图。附图中主要标记的含义1、上关节外壳，2、上关节T形轴，3、上关节传力滑块，4、1#顶杆，5、连接螺套，6、推 杆，7、关节台体，8、轴承，9、1#环形摩擦垫，10、1#0型密封圈，11、2#0型密封圈，12、3#0型密 封圈，13、4#0型密封圈，14、下关节封盖，15、下关节T形轴，16、关节支撑轴，17、2#顶杆，18、 2#环形摩擦垫，19、密封螺栓，20、5#0型密封圈，21、排气螺钉。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术做进一步详述。 图1为本技术的基于液压的双平面摩擦2自由度关节的结构示意图；图2为 图1中的关节台体的主视图；图3为图2的左视图；图4为图2的仰视图；图5为下关节组 件的示意图。如图所示，本技术的基于液压的双平面摩擦2自由度关节包括关节台体7、下 关节T形轴15和上关节T形轴2，其中关节台体7成“L”形，在上关节T形轴2的下平面的 上侧外缘设有导角，形成楔形面，上关节T形轴2的杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳1 为中空结构，一方面给上关节T形轴2提供配合和安装空间，另一方面给推杆预留空间。在 上关节T形轴2的杆部上套装上关节传力滑块3，上关节传力滑块3中间的圆孔直径大于 上关节T形轴2杆部的直径，保证上关节传力滑块3在外力作用下能够沿径向移动。上关 节T形轴2的杆部通过轴承8安装在上关节外壳1中，从而使上关节外壳1与关节台体7 连接。上关节T形轴2的杆部从上关节外壳1伸出，与关节台体7的一端螺纹连接。推杆 6的轴线与上关节T形轴2的轴线垂直，安装在上关节外壳1上，在推杆6的下端部设有楔 形面，与上关节T形轴2的楔形面配合使用，从而可以使推杆6的上下运动变为上关节T形 轴2的左右移动。下关节T形轴15为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体7的另一 端的下方，下关节T形轴15的轴线与上关节T形轴2的轴线垂直，下关节T形轴15的下端 安装在下关节封盖14中，下关节封盖14与关节支承轴16固联，下关节T形轴15的下端与 下关节封盖14的接触面之间安装有4#0形密封圈13，保证密封效果。顶杆安装在下关节T 形轴15的空心结构中，上端伸入上关节外壳1，与上关节传力滑块3接触，下端外周安装有 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液压的双平面摩擦２自由度关节，其特征在于包括关节台体、下关节Ｔ形轴和上关节Ｔ形轴，所述的关节台体成“Ｌ”形，在所述的上关节Ｔ形轴的下平面的上侧外缘设有导角，形成楔形面，上关节Ｔ形轴的杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳为中空结构，在上关节Ｔ形轴的杆部上套装上关节传力滑块，上关节传力滑块中间的圆孔直径大于上关节Ｔ形轴杆部的直径，上关节Ｔ形轴的杆部通过轴承安装在上关节外壳中，杆部从上关节外壳伸出与关节台体的一端螺纹连接，推杆的轴线与上关节Ｔ形轴的轴线垂直，安装在上关节外壳上，在推杆的端部设有楔形面，与上关节Ｔ形轴的楔形面相配合；所述的下关节Ｔ形轴为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体的另一端的下方，下关节Ｔ形轴的轴线与上关节Ｔ形轴的轴线垂直，下关节Ｔ形轴的下端封装在下关节封盖中，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节Ｔ形轴的下端与下关节封盖的接触面之间安装有密封圈；顶杆安装在下关节Ｔ形轴的空心结构中，顶杆的下端外周安装有密封圈，上端伸入上关节外壳，与上关节传力滑块接触，下关节Ｔ形轴的空心的底部安装有密封螺栓，所述的密封螺栓与顶杆的下端留有一定的距离。

【技术特征摘要】
一种基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于包括关节台体、下关节T形轴和上关节T形轴，所述的关节台体成“L”形，在所述的上关节T形轴的下平面的上侧外缘设有导角，形成楔形面，上关节T形轴的杆部的端部设有外螺纹，上关节外壳为中空结构，在上关节T形轴的杆部上套装上关节传力滑块，上关节传力滑块中间的圆孔直径大于上关节T形轴杆部的直径，上关节T形轴的杆部通过轴承安装在上关节外壳中，杆部从上关节外壳伸出与关节台体的一端螺纹连接，推杆的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，安装在上关节外壳上，在推杆的端部设有楔形面，与上关节T形轴的楔形面相配合；所述的下关节T形轴为杆部带外螺纹的空心轴，通过外螺纹连接在关节台体的另一端的下方，下关节T形轴的轴线与上关节T形轴的轴线垂直，下关节T形轴的下端封装在下关节封盖中，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节T形轴的下端与下关节封盖的接触面之间安装有密封圈；顶杆安装在下关节T形轴的空心结构中，顶杆的下端外周安装有密封圈，上端伸入上关节外壳，与上关节传力滑块接触，下关节T形轴的空心的底部安装有密封螺栓，所述的密封螺栓与顶杆的下端留有一定的距离。2.根据权利要求1所述的基于液压的双平面摩擦2自由度关节，其特征在于所述的顶 杆包括1#顶杆、2#顶杆和连接螺套，所述的连接螺套为中空结构，两端设有内螺纹，1#顶杆 和2#顶杆分别连接在连接螺套的两端，1#顶杆的上端与上关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐粲，张建伟，程胜，
申请(专利权)人：昆山市工业技术研究院有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]