[發明專利]一種腕關節及其機械臂

有效

• 申請號: 202010893415.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112109112B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 蘇偉;李軼;呂添;彭旭東;吳甲
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J18/02;B25J18/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 梁倩;廖輝

1.一種腕關節，其特征在于，包括：球關節(2)、關節槽(3)、螺桿(4-1)、萬向聯軸器(4-2)、螺桿驅動機構(5)、蝸輪(7-1)及蝸桿(7-2)；

所述球關節(2)為中空的球缺狀結構，即球殼被一個平面所截取部分后剩下的部分，且球關節(2)的體積大于1/2所述球殼的體積；所述球關節(2)的平面為開口；

所述關節槽(3)為圓柱狀結構，且其頂部端面加工有與所述球關節配合的球槽，底部端面延伸出環形外沿(3-1)；所述環形外沿(3-1)上加工有沿其周向均勻分布的通孔(3-2)；所述關節槽(3)的球槽內徑大于所述球關節(2)的外徑；

兩個以上螺桿(4-1)分別一一對應穿過所述通孔(3-2)；每個螺桿(4-1)的頂端分別與對應的萬向聯軸器(4-2)的一端連接，該萬向聯軸器的另一端通過連接部件活動連接在所述球關節(2)的開口端上；每個螺桿(4-1)的底端分別與對應的螺桿驅動機構(5)連接，所述螺桿驅動機構(5)安裝在關節槽(3)的底部端面上，用于驅動螺桿(4-1)沿所述通孔(3-2)的軸向上下移動；當所述螺桿(4-1)沿所述通孔(3-2)的軸向上下移動時，球關節(2)的球心位置會發生偏移，即球關節(2)在所述關節槽(3)的球槽內轉動；

所述蝸輪(7-1)同軸安裝在關節槽(3)的底部端面上，且蝸輪(7-1)與關節槽(3)同步轉動；所述蝸桿(7-2)與蝸輪(7-1)嚙合，并與外部的驅動裝置連接，所述驅動裝置用于驅動所述蝸桿(7-2)轉動；當蝸桿(7-2)轉動時，蝸桿(7-2)帶動蝸輪(7-1)轉動，進而帶動關節槽(3)隨蝸輪(7-1)同步轉動，即球關節(2)繞所述關節槽(3)的軸線轉動；

所述連接部件包括：連接卡(4-3)和彈簧桿(4-4)；

所述球關節(2)的開口端設有兩個以上沿其周向均勻分布的支耳，所述彈簧桿(4-4)安裝在所述支耳內，所述彈簧桿(4-4)的兩端分別設有可伸縮的伸縮桿；

所述連接卡(4-3)的一端與萬向聯軸器(4-2)上螺桿(4-1)所在端的相對端連接；連接卡(4-3)的另一端與彈簧桿(4-4)連接，實現萬向聯軸器(4-2)與球關節(2)的開口端的活動連接；

其中，所述連接卡(4-3)與彈簧桿(4-4)的連接方式為：當彈簧桿(4-4)兩端的伸縮桿伸出時，插入到連接卡(4-3)上加工的連接孔內，實現二者的連接；當彈簧桿(4-4)兩端的伸縮桿收回時，從連接卡(4-3)上的連接孔拔出，實現二者的分離。

2.如權利要求1所述的一種腕關節，其特征在于，所述螺桿驅動機構(5)包括：電機(5-1)、主動齒輪(5-2-1)、空心齒輪(5-2-2)及齒輪蓋(5-3)；

所述空心齒輪(5-2-2)上加工有與所述螺桿配合的內螺紋；

所述空心齒輪(5-2-2)套裝在螺桿(4-1)伸出于關節槽(3)部分的外部，且空心齒輪(5-2-2)與螺桿(4-1)螺紋配合；主動齒輪(5-2-1)與空心齒輪(5-2-2)嚙合，所述齒輪蓋(5-3)通過焊接固定在關節槽(3)的底部端面上，并蓋裝在齒輪組(5-2)外部，實現對空心齒輪(5-2-2)軸向限位；電機(5-1)安裝在齒輪蓋(5-3)上，電機(5-1)的輸出軸穿過齒輪蓋(5-3)后，與主動齒輪(5-2-1)同軸連接。

3.如權利要求2所述的一種腕關節，其特征在于，所述電機(5-1)選為伺服電機。

4.如權利要求1所述的一種腕關節，其特征在于，還包括：封裝蓋(6)、軸承(8)及卡簧(9)；

所述封裝蓋(6)為圓環狀結構，其一端內圓周面加工有環形限位凸臺，另一端內圓周面加工有環形凹槽(6-1)；

所述封裝蓋(6)套裝在關節槽(3)的外部，且關節槽(3)的環形外沿(3-1)抵觸在封裝蓋(6)的環形限位凸臺上；

所述軸承(8)同軸套裝在封裝蓋(6)內，且軸承(8)的一端面與關節槽(3)的底部端面相貼合；

所述卡簧(9)安裝在封裝蓋(6)的環形凹槽(6-1)內，且卡簧(9)高于環形凹槽的環形部分與軸承(8)的另一端面相貼合；所述卡簧(9)和封裝蓋(6)的環形限位凸臺用于對關節槽(3)和軸承(8)組成的整體進行軸向限位。