[發明專利]一種柔性虎克鉸鏈

有效

• 申請號: 202010195414.X
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111365378B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 尤晶晶;仇鑫
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: F16D3/26
• 分類號: F16D3/26;B25J9/00;B25J9/10
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 杜春秋

本發明涉及一種柔性虎克鉸鏈，包括鉸鏈主體以及安裝在鉸鏈主體上的第一連接軸和第二連接軸，所述鉸鏈主體為由軸首尾相接形成的閉合結構，所述閉合結構具有若干個彎曲部，在所述軸上制有至少五組切口，且至少五組切口的軸線相交于同一點，每組包含兩個呈鏡像對稱分布的切口。本發明的結構能夠實現傳統虎克鉸鏈的全部功能，包括沿過同一點的兩條垂直軸線的獨立的轉動運動，而且，力學性能和動力學性能更優，運動精度更高，裝配更加方便、可靠，更加適用于微型化制造。

技術領域

本發明涉及一種柔性鉸鏈，具體涉及一種柔性虎克鉸鏈，屬于精密機械及機器人技術領域。

背景技術

隨著現代機械不斷向高精密方向發展，柔性鉸鏈以其無機械摩擦、無間隙、運動靈敏度高等特點，受到越來越多機械行業者們的青睞，成為精密機械中的重要元件之一。柔性鉸鏈是一種利用材料的彈性變形及其自回復特性來實現運動的新型鉸鏈，較之于傳統的剛性鉸鏈,柔性鉸鏈具有：易于一體化設計與加工，能夠簡化裝配過程，降低成本；無磨擦與磨損，從而減少噪聲與振動，提高壽命；無需潤滑，可以避免污染等優點，因此被廣泛應用于微操作機器人、精密光學儀器、航空航天器以及工業設備等領域。

傳統虎克鉸鏈是軸線通過同一點的兩個轉動副的組合，允許兩構件沿著相互垂直的軸線有兩個相對轉動的自由度，用于運動過程中兩軸之間的運動和力的傳遞。傳統虎克鉸鏈在結構上通常采用十字軸或者類似十字的支撐軸，其結構設計復雜，加工比較困難、工序多，導致了精度的降低和成本的增加。目前精密機械領域，特別是多自由度并聯機器人，需要運動精度高、動力學性能好、軸線漂移小的虎克鉸鏈，而傳統虎克鉸鏈很難滿足使用要求，因此出現了一些柔性虎克鉸鏈的設計。

經檢索發現，專利號為201110375372.9的中國專利提供了一種新型大行程柔性虎克鉸鏈，該虎克鉸鏈為組合式多簧片柔性鉸鏈結構，其結構設計復雜、部件較多、安裝比較困難；專利號為201710639376.0的中國專利提供了一種基于柔性機構的復合虎克鉸鏈，通過兩個正交的等腰梯形結構實現運動，但其運動時會產生額外的轉動慣量，導致鉸鏈動力學性能差，所以不能看成理想的柔性虎克鉸鏈。

綜上可知，現有的柔性虎克鉸鏈技術存在以下幾個問題：

(1)結構設計復雜，部件較多，加工與安裝都比較困難，同時不利于微型化制造；

(2)有機械摩擦，有間隙，難以保證較高的運動精度；

(3)實際工作時，一個驅動件的運動會帶動另一驅動件的位置也發生變化，這會產生額外的轉動慣量，導致鉸鏈動力學性能差，不利于結構的長期使用。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述現有技術存在的缺點，提出一種設計合理、使用方便、運動精度高、動力學性能好的柔性虎克鉸鏈。

為了達到以上目的，本發明提供了一種柔性虎克鉸鏈，包括鉸鏈主體以及安裝在鉸鏈主體上的第一連接軸和第二連接軸，所述鉸鏈主體為由軸首尾相接形成的閉合結構，所述閉合結構具有若干個彎曲部，在所述軸上制有至少五組切口，且至少五組切口的軸線相交于同一點，每組包含兩個呈鏡像對稱分布的切口。

本發明的鉸鏈主體為閉合的回路，在鉸鏈主體上設有多組切口，鉸鏈主體的非切口部分為剛體，相鄰切口部分通過剛體連接，剛體部分彎曲多次后形成蛇形結構。切口部分可以轉動，形成轉動副，鉸鏈主體具有多個轉動副，使得鉸鏈主體成為可以相對轉動的鉸鏈結構，進而保證第一連接軸相對于第二連接軸有兩個方向的轉動。

優選地，所述閉合結構由一根軸首尾相接形成，所述軸以90°彎曲若干次形成若干個直角結構。

優選地，所述閉合結構為多根軸通過彎頭依次首尾連接而成，相鄰兩軸之間通過彎頭相連成直角結構。