平面摩擦和柱面摩擦相结合的２自由度关节制造技术

本实用新型专利技术涉及一种平面摩擦和柱面摩擦相结合的２自由度关节，上关节Ｔ形轴的下平面上侧外缘设有楔形面，杆部上套装上关节传力滑块，杆部与关节台体连接，推杆端部的楔形面与上关节Ｔ形轴的楔形面配合；下关节Ｔ形轴连接在关节台体的另一端，安装在下关节封盖中，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节Ｔ形轴的杆部为空心，空心的底部开有贯通槽；顶杆安装在空心结构中，上端与上关节传力滑块接触，下端固联插在贯通槽中的Ｖ形推力块，在Ｖ形推力块两侧的下关节Ｔ形轴上安装扇形柱面摩擦片，扇形柱面摩擦片的外侧为圆柱面。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、关节间隙为０、使用寿命高，可适用于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，具体讲是涉及一种平面摩擦和柱面摩擦相结合的 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 外，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O，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结构简单、操作性好、定 位精度高、成本低廉的平面摩擦和柱面摩擦相结合的2自由度关节，降低锁紧关节的结构 复杂性和成本，提高机械臂的定位精度和安全性。 本技术基于以上考虑，设计一体式2自由度关节。在两个关节上不需要安装 电机(电机在第三个关节上)，通过第三关节上电机推动内部的一个推杆(该推杆与机械臂 的第3关节相连)，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。 为实现上述目的，本技术采用以下的技术方案 —种平面摩擦和柱面摩擦相结合的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形轴的杆部带外螺纹，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形轴的下端安装在下关节封盖中，底部通过轴承 安装在关节支承轴上，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节T形轴的杆部为空心，在空心 的底部、下关节T形轴下平面上部的杆部上开有贯通槽；顶杆安装在下关节T形轴的空心结构中，上端伸入上关节外壳，与上关节传力滑块接触，下端通过螺纹固联V形推力块，V形推力块插在贯通槽中，在V形推力块两侧的下关节T形轴上通过螺栓分别安装有扇形柱面摩擦片，扇形柱面摩擦片的内侧为与V形推力块配合的形状，外侧为圆柱面。 前述的平面摩擦和柱面摩擦相结合的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#顶杆的下端连接V形推力块。 前述的 平面摩擦和柱面摩擦相结合的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。 前述的平面摩擦和柱面摩擦相结合的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。 前述的平面摩擦和柱面摩擦相结合的2自由度关节，其特征在于所述的扇形柱面 摩擦片上设有螺栓孔，所述的螺栓孔横截面为扁长形。 前述的平面摩擦和柱面摩擦相结合的2自由度关节，其特征在于在所述的下关节 T形轴与下关节封盖之间设有下关节轴瓦。 本技术的有益效果是本技术结构简单、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、使用寿命长。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，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通用的欠 驱动关节，同时，也为其它用途的机械臂的关节设计提供参考。附图说明图1为本技术的平面摩擦和柱面摩擦相结合的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为图1中的扇形柱面摩擦片的右视图； 图6为图1中的扇形柱面摩擦片的俯视图； 图7为图6中的A-A向剖视图。 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、lft顶杆，5、连接螺套，6、推 杆，7、关节台体，8、第一轴承，9、环形摩擦垫，10、2#顶杆，11、V形推力块，12、 1#扇形柱面摩 擦片，13、内六角螺钉，14、第二轴承，15、关节支撑轴，16、下关节封盖，17、下关节轴瓦，18、 2#扇形柱面摩擦片，19、下关节T形轴。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为本技术的平面摩擦和柱面摩擦相结合的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为图 1中的扇形柱面摩擦片的右视图；图6为图1中的扇形柱面摩擦片的俯视图；图7为图6中 的A-A向剖视图。 如图所示，本技术的平面摩擦和柱面摩擦相结合的2自由度关节包括关节台 体7、下关节T形轴19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6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为中空的 圆形结构，它嵌入上关节外壳1中，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 部通过第一轴承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19的杆部带外螺纹，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19的轴线与上关节T形轴2的轴线垂直，下关节T形轴19的下端安装在 下关节封盖16中，底部通过第二轴承14安装在关节支承轴15上，下关节封盖16与关节支 承轴15固联。下关节T形轴19的杆部为空心，在空心的底部、下关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面摩擦和柱面摩擦相结合的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形轴的杆部带外螺纹，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形轴的下端安装在下关节封盖中，底部通过轴承安装在关节支承轴上，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节Ｔ形轴的杆部为空心，在空心的底部、下关节Ｔ形轴下平面上部的杆部上开有贯通槽；顶杆安装在下关节Ｔ形轴的空心中，上端伸入上关节外壳，与上关节传力滑块接触，下端通过螺纹固联Ｖ形推力块，Ｖ形推力块插在贯通槽中，在Ｖ形推力块两侧的下关节Ｔ形轴上通过螺栓分别安装有扇形柱面摩擦片，扇形柱面摩擦片的内侧为与Ｖ形推力块配合的形状，外侧为圆柱面。...

【技术特征摘要】
一种平面摩擦和柱面摩擦相结合的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形轴的杆部带外螺纹，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形轴的下端安装在下关节封盖中，底部通过轴承安装在关节支承轴上，下关节封盖与关节支承轴固联，下关节T形轴的杆部为空心，在空心的底部、下关节T形轴下平面上部的杆部上开有贯通槽；顶杆安装在下关节T形轴的空心中，上端伸入上关节外壳，与上关节传力滑块接触，下端通过螺纹固联V形推力块，V形推力块插在贯通槽中，在V形推力块两侧的下关节T形轴上通过螺栓分别安装有扇形柱面...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐粲，程胜，张建伟，
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]