CN114454208A - 电动锁紧回转关节 - Google Patents
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Abstract
一种电动锁紧回转关节，主要由电机、轴关节、球关节构成，其特征是电机是双出轴电机或者单出轴电机，对应每个电机轴，有一个轴关节的壳体或者球关节的壳体与电机的机身固定连接。同时轴关节或者球关节的锁紧松开机构与所述电机轴固定连接，过电机的启停和正反转就可以控制轴关节或者球关节的锁紧和松开。该回转关节控制灵活方便，***简单。同时由于电机是串联在杆状构件之间，使得回转关节体积和重量都相对较小，采用这种回转关节，可以明显提高杆状串联机构，特别是内窥镜支架等机构的性能。
Description
技术领域
本发明涉及杆状串联机构的关键部件，尤其是一种电动锁紧关节。
背景技术
杆状串联机构广泛用于机械手、多自由度位置调节装置、末端执行器变位机构等场合，其动作主要是通过串联杆系中的各回转关节实现的，因此回转关节是关键部件。回转关节在工作时需要按工况要求变换转动或锁紧状态，也就是要配备可控的锁紧装置。目前锁紧装置已有多种类型，如中国专利《200510092591一种回转关节电磁锁紧装置》所公布的型式。但随着人机协同机械手、主从机械手、医疗器械、光学仪器等不断向小型化发展，现有各种回转关节的锁紧装置，其尺寸和重量已经很难满足设计指标。本发明利用电动机驱动螺杆螺母副或凸轮副的结构，提出了一种电动锁紧回转关节，可以达到新型杆状串联机构对回转关节的要求。
发明内容
本发明的目的，是提供一种尺寸小、重量轻、锁紧力大、锁紧放松转化快、控制简单的回转关节，用于新型杆状串联机构，特别是医用内窥镜支架等场合。
为实现这个目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种电动锁紧回转关节，主要由电机、轴关节、球关节构成，其特征是电机是双出轴电机或者单出轴电机，对应每个电机轴，有一个轴关节的壳体或者球关节的壳体与电机的机身固定连接，同时轴关节或者球关节的锁紧松开机构与所述电机轴固定连接。
进一步的具体结构是，轴关节壳体上可转动地套装着一根转轴，转轴轴线与电机轴轴线垂直，转轴上套装着开口的制动环，转轴两端伸出轴关节壳体，转轴和轴关节壳体组成轴关节，轴关节壳体是中空的，称之为空间T，电机轴处于该T空间中，一个螺杆固定在电机轴上，一个螺母装在螺杆上形成螺旋副，一个锁紧叉后端与螺母固定连接，前端顶在前述制动环开口外侧，在空间T中有挡板P固定在轴关节壳体上，碟簧组P的一个端面压在挡板P上，碟簧组P的另一个端面压在锁紧叉上，将锁紧叉压向制动环。
进一步的具体结构是，球关节壳体是中空的，称之为空间L，电机轴位于空间L中，该空间L有一段为开口的孔道，该孔道轴线与电机轴轴线垂直，该孔道开口处为一段球面，该孔道中有一个球面压块，球面压块的球面与该孔道出口处的球面组成一个球状空间，该空间中可转动地套装着一个球头，球头和上述两部分球面组成球关节，在空间L中有一个固定在电机轴上的平板凸轮，平板凸轮的轴线与电机轴轴线平行，一个平底从动件与平板凸轮接触耦合，平底从动件与平板凸轮组成一个凸轮副，平底从动件与球面压块固定连接，空间L中有一个与球关节壳体固定的挡板Q，碟簧组Q的一个端面压在挡板Q上，碟簧组Q的另一个端面压在前述球面压块上，将球面压块压向球头。
进一步的特征是，制动环是一个开口的环形件，活动的套装在转轴上；环形开口处的两侧是向外的凸台，两个凸台外侧为斜面，两个斜面对称，两个斜面外端距离小，里端距离大形成一个外斜面组。
进一步的特征是，锁紧叉前端是一组内斜面，该组内斜面的几何尺寸使其能够与制动环凸台上的外斜面组贴合。
进一步的特征是，空间L开口孔道开口处的球面直径，球面压块的球面直径，球头的直径三者相同。
进一步的特征是，电机采用伺服电机或者步进电机。
这种电动锁紧回转关节工作过程是这样的：初始状态时，碟簧组P的压力推动锁紧叉，锁紧叉前端内斜面组压紧在制动环凸台外斜面组上，导致制动环发生向里缩小的弹性变形，将转轴抱紧，转轴不能相对轴关节外壳转动，轴关节为锁紧状态。当电机转动，电机轴上的螺杆随之转动，使得螺母移动，固定在螺母上的锁紧叉克服碟簧组P的推力向后移动，锁紧叉前端内斜面组离开制动环凸台外斜面组，制动环弹性变形消除，将转轴松开，转轴就可以相对轴关节壳体转动，轴关节转变为可回转状态。电机反转，锁紧叉又回到原始状态，轴关节重新锁紧。
初始状态时，碟簧组Q的压力推动球面压块，球面压块的球面将球头压紧在球关节壳体出口处的球面上，将球头抱紧，球头不能相对球关节外壳转动，球关节为锁紧状态。当电机转动，电机轴上的凸轮随之转动，凸轮的高点推动平底随动件移动，固定在平底随动件上的球面压块克服碟簧组Q的推力向后移动，球面压块的球面离开球头将球头松开，球头就可以相对球关节壳体转动，球关节转变为可回转状态。电机反转，凸轮高点离开平底随动件，平底随动件和固定在一起的球面压块，在碟簧组Q的推力作用下又回到原始状态，球关节重新锁紧。
可见只要控制电机的正反转，就可以方便地控制轴关节或者球关节的锁紧和松开。
本发明的有益效果在于：由于采用了电机的正反转控制回转关节的锁紧和松开，使得控制灵活方便，***大为简化。同时由于电机是串联在杆状构件之间，使得回转关节体积和重量都相对较小，采用这种回转关节，可以明显提高杆状串联机构，特别是内窥镜支架等机构的性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的结构作详细说明：
附图1是电动锁紧回转关节的三维外形图。
附图2是电动锁紧回转关节的剖面图。
附图3是附图2中的A-A剖面图。
在附图中，1是电机、2是轴关节壳体、3是球关节壳体、4是转轴、5是球头、6是制动环、7是锁紧叉、8是碟簧组P、9是挡板P、10是螺母、11是螺杆、12是空间T、13是平板凸轮、14是平底从动件、15是空间L、16是碟簧组Q、17是挡板Q、18是球头压块。
具体实施方式
如附图所示，该电动锁紧回转关节，主要由电机、轴关节、球关节构成，其特征是电机1是双出轴电机或者单出轴电机，对应每个电机轴，有一个轴关节的壳体2或者球关节的壳体3与电机1的机身固定连接，同时轴关节或者球关节的锁紧松开机构与所述电机轴固定连接。
轴关节具体结构是，轴关节壳体2上可转动地套装着一根转轴4，转轴4轴线与电机1的轴线垂直，转轴4上套装着开口的制动环6，转轴4两端伸出轴关节壳体2，转轴4和轴关节壳体2组成轴关节，轴关节壳体2是中空的，称之为空间T12，电机1的轴处于该空间T12中，一个螺杆11固定在电机1轴上，一个螺母10装在螺杆11上形成螺旋副，一个锁紧叉7后端与螺母10固定连接，前端顶在前述制动环6开口外侧，在空间T12中有挡板P9固定在轴关节壳体2上，碟簧组P8的一个端面压在挡板P9上，碟簧组P8的另一个端面压在锁紧叉7上，将锁紧叉7压向制动环6。球关节的具体结构是，球关节壳体3是中空的，称之为空间L15，该空间L15有一段为开口的孔道，该孔道轴线与电机1轴线垂直，其开口处为一段球面，该孔道中有一个球面压块18，球面压块18的球面与该孔道出口处的球面组成一个球状空间，该空间中可转动地套装着一个球头5，球头5和上述两部分球面组成球关节，在空间L15中有一个固定在电机1轴上的平板凸轮13，平板凸轮13的轴线与电机1轴线平行，一个平底从动件14与平板凸轮13接触耦合，平底从动件14与平板凸轮13组成一个凸轮副，平底从动件14与球面压块18固定连接，空间L15中有一个与球关节壳体3固定的挡板Q17，碟簧组Q16的一个端面压在挡板Q17上，碟簧组Q16的另一个端面压在前述球面压块18上，将球面压块18压向球头5。
一些细节特征是，制动环6是一个开口的环形件，活动的套装在转轴上；环形开口处的两侧是向外的凸台，两个凸台外侧为斜面，两个斜面对称，两个斜面外端距离小，里端距离大形成一个外斜面组。锁紧叉9前端是一组内斜面，该组内斜面的几何尺寸使其能够与制动环6凸台上的外斜面组贴合。空间L15开口孔道开口处的球面直径，球面压块18的球面直径，球头5的直径三者相同。
以上所述仅为本发明的一种组合的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明思路和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动锁紧回转关节，主要由电机、轴关节、球关节构成，其特征是电机是双出轴电机或者单出轴电机，对应每个电机轴，有一个轴关节的壳体或者球关节的壳体与电机的机身固定连接，同时轴关节或者球关节的锁紧松开机构与所述电机轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：轴关节壳体上可转动地套装着一根转轴，转轴轴线与电机轴轴线垂直，转轴上套装着开口的制动环，转轴两端伸出轴关节壳体，转轴和轴关节壳体组成轴关节，轴关节壳体是中空的，称之为空间T，电机轴处于该空间T中，一个螺杆固定在电机轴上，一个螺母装在螺杆上形成螺旋副，一个锁紧叉后端与螺母固定连接，该锁紧叉前端顶在前述制动环开口外侧，在空间T中有挡板P固定在轴关节壳体上，碟簧组P的一个端面压在挡板P上，碟簧组P的另一个端面压在锁紧叉上，将锁紧叉压向制动环。
3.根据权利要求1所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：球关节壳体是中空的，称之为空间L，电机轴位于空间L中，该空间L有一段为开口的孔道，该孔道轴线与电机轴轴线垂直，该孔道开口处为一段球面，该孔道中有一个球面压块，球面压块的球面与该孔道出口处的球面组成一个球状空间，该空间中可转动地套装着一个球头，球头和上述两部分球面组成球关节，在空间L中有一个固定在电机轴上的平板凸轮，平板凸轮的轴线与电机轴轴线平行，一个平底从动件与平板凸轮接触耦合，平底从动件与平板凸轮组成一个凸轮副，平底从动件与球面压块固定连接，空间L中有一个与球关节壳体固定的挡板Q，碟簧组Q的一个端面压在挡板Q上，碟簧组Q的另一个端面压在前述球面压块上，将球面压块压向球头。
4.根根据权利要求1和据权利要求2所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：制动环是一个开口的环形件，活动的套装在转轴上；环形开口处的两侧是向外的凸台，两个凸台外侧为斜面，两个斜面对称，两个斜面外端距离小，里端距离大形成一个外斜面组。
5.根根据权利要求1和据权利要求2所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：锁紧叉前端是一组内斜面，该组内斜面的几何尺寸使其能够与制动环凸台上的外斜面组贴合。
6.根根据权利要求1和据权利要求3所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：空间L开口孔道开口处的球面直径，球面压块的球面直径，球头的直径三者相同。
7.根据权利要求1所述的电动锁紧回转关节，其特征在于：电机采用伺服电机或者步进电机。
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