本發(fā)明涉及多自由度關(guān)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人種類不斷增多，對機器人關(guān)節(jié)的靈活性、緊湊性、智能性、可控性的要求越來越高。兩自由度關(guān)節(jié)指具有兩個軸線垂直相交自由度的關(guān)節(jié)，這種關(guān)節(jié)的原型在人體和動物體上普遍存在，比如人體和其他行走類動物的頸關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、指根關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)，螃蟹和其他爬行類動物的腿根關(guān)節(jié)等。因此，對于各種仿生機器人，制作具有兩自由度的關(guān)節(jié)是需要解決的問題之一。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中的機器人兩自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，具有固有缺陷，如結(jié)構(gòu)龐大，制作成本高，結(jié)構(gòu)集成度不高，強度低，定位不精準，控制難度大，載荷能力低等，這些缺陷均限制了仿生機器人的發(fā)展，不便于兩自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的推廣使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明提供一種兩自由度關(guān)節(jié)串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括頂板、傾斜板、第一自由度機構(gòu)以及第二自由度機構(gòu)，所述頂板設(shè)有通孔，所述通孔內(nèi)容置所述傾斜板；

所述第一自由度機構(gòu)包括電動頂桿、設(shè)置在所述傾斜板底部的對稱設(shè)置的連動板、設(shè)置在所述頂板底部的對稱設(shè)置的頂板連接板以及第一軸承連接件，所述電動頂桿的頂桿伸縮桿和底座分別與所述傾斜板和所述頂板鉸接，用以驅(qū)動所述傾斜板相對所述頂板轉(zhuǎn)動，所述頂板連接板和所述連動板分別設(shè)有第一通孔和第二通孔，所述第一軸承連接件依次穿過所述第一通孔和所述第一通孔轉(zhuǎn)動連接所述頂板連接板和所述連動板；

所述第二自由度機構(gòu)包括一級齒輪、二級齒輪以及固定連接所述傾斜板的電機和第二軸承連接件，所述電機的輸出端和所述第二軸承連接件均由所述傾斜板的底部穿出所述傾斜板，所述電機的穿出端連接所述一級齒輪，所述一級齒輪嚙合有所述二級齒輪，所述二級齒輪的內(nèi)圈連接所述第二軸承連接件的穿出端。

其中，所述第一軸承連接件包括第一軸承和第一軸套，所述第一軸套的一端設(shè)有凸緣，所述凸緣固定在所述連動板上，所述第一軸套的另一端外套設(shè)所述第一軸承，所述第一軸承的外圈連接所述頂板連接板。

其中，所述兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第一檢測機構(gòu)，所述第一檢測機構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)向盤、一字型固定板以及第一電位器，所述第一電位器的本體設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)向盤上，所述第一轉(zhuǎn)向盤設(shè)置在所述第一軸套的另一端，所述第一電位器的檢測端固定連接所述一字型固定板，所述一字型固定板設(shè)置在所述頂板連接板上。

其中，所述第二軸承連接件包括第二軸承和第二軸套，所述第二軸套的一端設(shè)有凸緣，所述凸緣固定在所述傾斜板上，所述第二軸套的另一端外套設(shè)所述第二軸承，所述第二軸承的外圈連接所述二級齒輪。

其中，所述兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第二檢測機構(gòu)，所述第二檢測機構(gòu)包括第二轉(zhuǎn)向盤、連接片以及第二電位器，所述第二電位器的本體設(shè)置在所述第二轉(zhuǎn)向盤上，所述第二轉(zhuǎn)向盤固定連接所述第二軸套的另一端，所述第二電位器的檢測端固定連接所述連接片的一端，所述連接片的另一端設(shè)置在所述二級齒輪上。

其中，所述第二檢測機構(gòu)還包括固定扣，所述第二電位器的檢測端通過所述固定扣固定在所述連接片的一端。

其中，所述第一自由度機構(gòu)還包括設(shè)置在所述傾斜板底部的頂桿連接板和設(shè)置在所述頂板底部的頂桿固定板，所述電動頂桿的頂桿伸縮桿和底座分別與所述頂桿連接板和所述頂桿固定板鉸接。

其中，所述電動頂桿的頂桿和底座均通過鉸鏈分別與所述頂桿連接板和所述頂桿固定板鉸接。

其中，所述電機為減速電機。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用；

2、采用電動頂桿與電機相結(jié)合的方式，實現(xiàn)兩自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的兩個自由度的運動；

3、通過設(shè)置第一電位器和第二電位器，能夠精確測量第一自由度機構(gòu)和第二自由度機構(gòu)轉(zhuǎn)動的角度，控制方便；

4、除了可以用于機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動外，還能夠用于兩自由度平臺的驅(qū)動，通用性強，這些領(lǐng)域的應(yīng)用，決定了對其進行深入研究和分析的重要意義與價值，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的軸側(cè)圖；

圖3為本發(fā)明提供的第二自由度機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明提供的第一軸承連接件連接連動板和頂板連接板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1：頂板；2：傾斜板；3：電動頂桿；4：頂桿固定板；5：第二轉(zhuǎn)向盤；6：頂桿連接板；7、連動板；8、第一軸承；9、頂板連接板；10、一字型固定板；11、第一電位器；12、電機；13、一級齒輪；14、二級齒輪；15、第二電位器；16、頂桿伸縮桿；17、第一轉(zhuǎn)向盤；18、第二軸套；19、第二軸承；20、第一軸套；21、固定扣；22、連接片。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

本發(fā)明提供一種兩自由度關(guān)節(jié)串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，安裝、使用以及控制方便，通用性和實用性較強，使用壽命長，便于推廣使用。

如圖1-4所示，本發(fā)明實施例中提供一種兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括頂板1、傾斜板2、第一自由度機構(gòu)以及第二自由度機構(gòu)，頂板1設(shè)有通孔，通孔內(nèi)容置有傾斜板2；第一自由度機構(gòu)包括電動頂桿3、設(shè)置在傾斜板2底部的對稱設(shè)置的連動板7、設(shè)置在頂板1底部的對稱設(shè)置的頂板連接板9以及第一軸承連接件，電動頂桿3的頂桿伸縮桿16和底座分別與傾斜板2和頂板1鉸接，用以驅(qū)動傾斜板2相對頂板1轉(zhuǎn)動，頂板連接板9和連動板7分別設(shè)有第一通孔和第二通孔，第一軸承連接件依次穿過第一通孔和第一通孔轉(zhuǎn)動連接頂板連接板9和連動板7；第二自由度機構(gòu)包括一級齒輪13、二級齒輪14以及固定連接傾斜板2的電機12和第二軸承連接件，電機12的輸出端和第二軸承連接件均由傾斜板2的底部穿出所述傾斜板2，電機12的穿出端連接一級齒輪13，一級齒輪13嚙合有二級齒輪14，二級齒輪14的內(nèi)圈連接第二軸承連接件的穿出端。本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過電動頂桿3分別將頂桿伸縮桿16和其底座鉸接在傾斜板2和頂板1上，電動頂桿3帶動傾斜板2在頂板1上的通孔內(nèi)相對頂板1上下傾斜轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)第一個自由度的運動；電機12帶動一級齒輪13旋轉(zhuǎn)，一級齒輪13帶動二級齒輪14做旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)了第二個自由度的運動。

本發(fā)明提供的兩自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，采用電動頂桿和電機帶動以及軸承連接件的連接，實現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)兩個自由度的運動，該結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制作成本低，安裝和操作方便，通用性和實用性強，使用壽命長，便于推廣使用。

本實施例中，第一軸承連接件包括第一軸承8和第一軸套20，第一軸套20的一端設(shè)有凸緣，凸緣固定在連動板7上，第一軸套20的另一端外套設(shè)第一軸承8，第一軸承8的外圈連接頂板連接板9。第一軸套20通過凸緣固定在連動板7上，通過第一軸承8連接第一軸套20和頂板連接板9，實現(xiàn)連動板7與頂板連接板9的相對轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)傾斜板2相對于頂板1的相對轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)還包括連接在其中一個連動板7上的第一檢測機構(gòu)，第一檢測機構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)向盤17、一字型固定板10以及第一電位器11，第一電位器11的本體設(shè)置在第一轉(zhuǎn)向盤17的內(nèi)側(cè)上，第一轉(zhuǎn)向盤17設(shè)置在其中一個所述第一軸套20的另一端，第一電位器11的檢測端從第一轉(zhuǎn)向盤的內(nèi)側(cè)穿出，穿出的檢測端固定連接在一字型固定板10上，一字型固定板10設(shè)置在頂板連接板9上。該兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)通過第一電位器11能夠檢測第一個自由度運動的旋轉(zhuǎn)角度，具體的，通過將第一電位器11的本體部分設(shè)置在在電動頂桿3的帶動下能夠轉(zhuǎn)動的第一轉(zhuǎn)向盤17上，第一電位器11的檢測端固定連接在固定在頂板連接板9上的一字型固定板10上，從而通過第一電位器11檢測第一轉(zhuǎn)向盤17相對于頂板連接板9的旋轉(zhuǎn)角度，即檢測傾斜板2相對于頂板1轉(zhuǎn)動的角度。

本實施例中，第二軸承連接件包括第二軸承19和第二軸套18，第二軸套18的一端設(shè)有凸緣，凸緣固定在傾斜板2上，第二軸套18的另一端外套設(shè)第二軸承19，第二軸承19的外圈連接所述二級齒輪14。第二軸套18通過凸緣固定在傾斜板2上，并通過第二軸承19連接第二軸套18和二級齒輪14，實現(xiàn)第二軸套18和二級齒輪14的相對轉(zhuǎn)動，即在一級齒輪13的帶動下實現(xiàn)二級齒輪14相對于傾斜板2的旋轉(zhuǎn)運動。

本實施例中，兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)還包括第二檢測機構(gòu)，第二檢測機構(gòu)包括第二轉(zhuǎn)向盤5、連接片22以及第二電位器15，第二電位器15的本體設(shè)置在第二轉(zhuǎn)向盤5的內(nèi)側(cè)，第二轉(zhuǎn)向盤5固定連接第二軸套18的另一端，第二電位器15的檢測端從第二轉(zhuǎn)向盤5的內(nèi)側(cè)穿出，穿出的檢測端固定連在連接片22的一端，連接片22的另一端設(shè)置在二級齒輪14上。該兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)通過第二電位器15能夠檢測第二個自由度運動的旋轉(zhuǎn)角度，具體的，通過將第二電位器15的本體部分設(shè)置在與第二軸套18固定連接的第二轉(zhuǎn)向盤5上，第二電位器15的檢測端固定在連接片22的一端，從而通過第二電位器15檢測連接片22相對于第二轉(zhuǎn)向盤5的旋轉(zhuǎn)角度，即檢測二級齒輪14相對于傾斜板2的旋轉(zhuǎn)角度。

本實施例中，為了將第二電位器15的檢測端固定在連接片22的一端上，第二檢測機構(gòu)還包括固定扣21，第二電位器15的檢測端通過固定扣21固定在連接片22的一端。

本實施例中，為了實現(xiàn)電動頂桿3分別與頂板1和傾斜板2的鉸接，第一自由度機構(gòu)還包括設(shè)置在傾斜板底部的頂桿連接板6和設(shè)置在頂板1底部的頂桿固定板4，電動頂桿3的頂桿伸縮桿16與頂桿連接板6鉸接，電動頂桿3的底座與頂桿固定板4鉸接。并且，電動頂桿3的頂桿伸縮桿16和底座均通過鉸鏈分別與頂桿連接板6和頂桿固定板4鉸接。

本發(fā)明提供的兩自由度串聯(lián)伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，電機12作為驅(qū)動第二自由度機構(gòu)運動的動力源，而為了簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計、節(jié)省空間，采用減速電機實現(xiàn)第二個自由度的動力驅(qū)動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。