[发明专利]一种螺旋式柔性铰链

说明书

本发明公开了一种螺旋式柔性铰链。其包括至少一个螺旋式柔性铰链单元，螺旋式柔性铰链单元包括第一传动件、中间传动件、第二传动件、第一螺旋件、第二螺旋件，第一螺旋件和第二螺旋件结构相同，均由至少两个旋向相同的螺旋弹簧旋合而成，第一螺旋件的螺旋弹簧的旋向与第二螺旋件的螺旋弹簧的旋向相反，第一螺旋件的一端与第一传动件连接，第一螺旋件的另一端与中间传动件的一端连接，第二螺旋件的一端与中间传动件的另一端连接，第二螺旋件的另一端与第二传动件连接，第一传动件、第一螺旋件、中间传动件、第二螺旋件、第二传动件同轴线设置。本发明可实现大角度旋转，且轴漂小，可满足柔度与精度要求，可以满足大行程、高精度的需求。

技术领域

本发明涉及一种螺旋式柔性铰链，属于铰链技术领域。

背景技术

随着柔性铰链的应用范围不断扩大，传统柔性铰链在技术应用过程中，其柔度与精度的问题显著，其在柔度方面存在转角范围小的问题，在精度方面存在轴漂的问题。这些缺陷影响了柔性铰链的应用，尤其是在大行程的应用场合中，传统的柔性铰链的轴漂问题更为突出，很难满足高精度的需求。

在机器人等技术领域，为满足大行程和高精度的要求，需要采用能实现更大转角、零漂移的柔性铰链，现有的柔性铰链无法满足需求。为解决对大行程与高精度柔性铰链的需求，本发明提出了一种新的柔性铰链。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种可实现大转角、轴漂小的柔性铰链。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种螺旋式柔性铰链，其特征是：包括至少一个螺旋式柔性铰链单元，所述螺旋式柔性铰链单元包括第一传动件、中间传动件、第二传动件、第一螺旋件、第二螺旋件，所述第一螺旋件和所述第二螺旋件结构相同，均由至少两个旋向相同的螺旋弹簧旋合而成，所述第一螺旋件的螺旋弹簧的旋向与所述第二螺旋件的螺旋弹簧的旋向相反，所述第一螺旋件的一端与所述第一传动件连接，所述第一螺旋件的另一端与所述中间传动件的一端连接，所述第二螺旋件的一端与所述中间传动件的另一端连接，所述第二螺旋件的另一端与所述第二传动件连接，第一传动件、第一螺旋件、中间传动件、第二螺旋件、第二传动件同轴线设置。

螺旋弹簧在受到弯矩作用时会发生变形，即当受到弯矩作用时，螺旋弹簧会发生扩张或收缩。对于单螺旋弹簧而言，在受到弯矩作用时，均会发生中心轴漂和轴向位移，而且，会因为螺旋弹簧的受力点位置不同，其中心轴漂也会发生变化。根据实验可知，两个相同的螺旋弹簧，受相同弯矩作用时，在受力点位置相反时，其中心轴漂的数值相反。因此将两个螺旋弹簧旋合在一起形成一个螺旋件后，两个螺旋弹簧在受到同一弯矩作用时，两个螺旋弹簧所产生的中心轴漂会相互抵消，使得螺旋件的中心轴漂为零，但此时螺旋件依然存在轴向位移，即当螺旋件受到弯矩作用而发生扩张或收缩时，其在轴向会伸长或压缩而导致轴向位移。当两个螺旋旋向相反的螺旋件同轴连接时，在受到同一弯矩作用时，两个螺旋件所产生的轴向位移相反，两者产生的轴向位移相互抵消，使得连接件整体实现零轴漂。本发明中，柔性铰链可实现大角度旋转运动和零轴漂。由于第一螺旋件的螺旋弹簧与第二螺旋件的螺旋弹簧的旋向相反，当传动件受到弯矩作用时，第一螺旋件的螺旋弹簧向内侧收敛时则第二螺旋件的螺旋弹簧向外侧扩张，当第一螺旋件的螺旋弹簧向外侧扩张时则第二螺旋件的螺旋弹簧向内侧收敛，第一螺旋件的螺旋弹簧的扩张量或收缩量与第二螺旋件的螺旋弹簧的收缩量/扩张量一致时，所产生的轴向位移相互抵消，从而使得柔性铰链的整体结构防止了轴线的漂移，可以实现零漂移。由于螺旋式柔性铰链单元中采用了两个旋向相反的螺旋件，其可以实现大角度旋转。

进一步的，为减少轴线的漂移，所述第一螺旋件和所述第二螺旋件均由偶数个螺旋弹簧旋合而成。

更优选的是，所述第一螺旋件和所述第二螺旋件均由两个或四个螺旋弹簧旋合而成。

进一步的，为保证实现零轴漂，所述第一螺旋件和所述第二螺旋件的尺寸及材质相同。