[发明专利]新型大行程柔性虎克铰

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链，特别是涉及一种组合式多簧片大行程柔性虎克铰，适用于精密机械、机器人等技术领域。

背景技术

柔性铰链是指在外部力或力矩的作用下，利用材料的弹性变形在相邻刚性杆之间产生相对运动的一种运动副结构形式，这与传统刚性运动副的结构有很大不同。较之于传统的刚性铰链(机构)，柔性铰链及柔性机构具有许多优点：（1）可以整体化(或一体化)设计和加工，故可简化结构、减小体积和重量、免于装配；（2）无间隙和摩擦，可实现高精度运动；（3）免于磨损，提高寿命；（4）免于润滑，避免污染；（5）可增大结构刚度。可应用于微定位及微进给、微姿态调整、微执行器、微操作及微装配等领域。

虎克铰又称万向铰，虎克铰是轴线通过同一点的两个转动副的组合，允许两构件沿着相互垂直的轴线有两个相对转动的自由度。虎克铰具有两个独立转角运动范围较大、间隙小及抗拉强度高等优点。

传统的柔性虎克铰大多为切口型柔性铰链，变形小，难以适应一些大转角大位移的场合，并且转动中心漂移严重，在大变形情况下难以提高其转动精度。针对这些问题，有学者提出了一些新型的柔性虎克铰，如申请号CN200710064993.9公开的具有虚拟转动中心的大变形柔性虎克铰，以及申请号CN201010566231.0公开的分布式多簧片大变形柔性虎克铰。虽有所改进，仍存在结构偏复杂、加工困难的问题，且柔性虎克铰的行程还需进一步增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式大行程柔性虎克铰，通过如下技术方案实现：

一种新型大行程柔性虎克铰，包括柔性体一、柔性体二、支架一、支架二；柔性体一包括外圈一、外圈二、 “Y”字构型簧片组一、 “Y”字构型簧片组二和芯体；芯体一端通过 “Y”字构型簧片组一与外圈一连接，另一端通过 “Y”字构型簧片组二与外圈二连接；芯体上设有两个定位槽和两个定位片；柔性体二与柔性体一的结构相同，两者通过芯体上的定位槽和定位片垂直正交装配；外圈一、外圈二分别设有一个以上安装孔，支架一两端分别设有两个以上安装孔，支架一两端通过安装孔与柔性体一相连；支架二与支架一的结构相同，支架二两端通过安装孔与柔性体二相连。

优选的，外圈一、外圈二分别设有一个安装孔，支架一两端分别设有两个安装孔，支架二与支架一的结构相同。

为进一步实现本发明目的，柔性体上的四个外圈结构相同；柔性体一上的两个外圈位于一圆周相对的两段圆弧上，柔性体二上的两个外圈位于另一圆周相对的两段圆弧上，两圆周为垂直正交。

支架与柔性体通过螺纹连接。

所述芯体装配后为球形、立方体或多面体。

每组“Y”字构型簧片由1段直线簧片和2段曲线簧片组成，直线簧片一端连接芯体，另一端通过2个曲线簧片连接到外圈上；2个曲线簧片从相反的方向形成圆弧，构成一组“Y”字构型簧片。四组“Y”字构型簧片的直线簧片位于同一平面内，呈均匀阵列分布，相邻簧片的中心线夹角为90度。

本发明新型大行程柔性虎克铰本与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）采用了中空设计，从而降低了结构的内应力，这样就提高了其转动范围以及疲劳寿命；

（2）可实现高精度、大角度的二维转动运动，可根据实际工作需求调整柔性虎克铰的结构尺寸，两个方向的最大转动范围为士5°~士15°；可用于精密柔性机械、机器人关节等领域；

（3）改善了铰链刚度特性，使其在完成大变形功能的同时，获得较好的刚度；

（4）采用直线与曲线复合簧片对称分布柔度设计，提高了铰链的轴向刚度和径向刚度，与传统的切口型柔性铰链相比，转动范围大大增加。并且在大角度转动有很高的轴向精度，两个外圈在转动时耦合很小，转动时轴心漂移很小；

（5）柔性体部分采用线切割机床一体化加工成型，避免了装配引入的误差。

附图说明

图1是本发明新型大行程柔性虎克铰的结构图。

图2是柔性体部分的结构图。

图3是支架的结构图。

图4是新型大行程柔性虎克铰的装配干线。

图1～4中示出：柔性体一1、柔性体二2、支架一3、支架二4、外圈一11、外圈二12、“Y”字构型簧片组一13、“Y”字构型簧片组二14、芯体15、定位槽16、定位片17。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表示的范围。