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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