[实用新型]一种单自由度角旋转接头及包括其的运动系统

说明书

一种单自由度角旋转接头及包括其的运动系统，基于具有单自由度的角度旋转接头实现，该角度旋转接头由相互堆叠的四个构件组成，第一构件6作为基础且不旋转，第二构件7位于第一构件6上并围绕第一旋转轴线23旋转，第三构件8位于第二构件7顶部并围绕第二旋转轴线24旋转，第四构件9位于第三构件8顶部；第二构件7和第三构件8具有相同的两端夹角，且其由单个马达和传动组件驱动并反向等角速度旋转，第四构件9被限制不能跟随第三构件8转动；通过在第一构件6和/或第四构件7上配设额外的马达，或者将多个单自由度角旋转接头堆叠，可以得到具有多自由度的运动系统，该运动系统可应用于虚拟现实座椅、医疗器械支撑系统、太阳跟踪器等工业领域。

技术领域

本实用新型涉及运动系统领域，尤其涉及在那些空间有限，且需要考虑设备成本的应用中改变平台和/或平台所支撑的负载的角度的运动系统。

背景技术

在三维空间中，一个自由移动的物体，例如飞机，拥有6个自由度(DoF)：即如图1所示的，3个方向(x、y和z)的平移自由度和3个方向(xx、yy和zz)的旋转自由度。本实用新型中所述的运动系统是指被设计用于使三维空间中物体旋转的机械系统。

传统上，如图2所示的具有单一旋转自由度(1DoF)的运动系统主要由马达2和齿轮箱 3构成，齿轮箱3具有在平台9B的旋转轴(下文记为平台转轴1)上提供扭矩的输出轴。通常，如图3所示，当平台9B需要更大的扭矩时，可通过在杠杆机构上使用能提供线性运动的装置，该线性运动装置例如但不限于致动器5。线性运动在距与平台转轴1同心的枢轴点 4一定距离处起作用。然而，这些运动系统需要较为充足的平台下方的自由空间，但此类空间在某些情况下难以被满足，例如当需要限制装置的尺寸时。此外，提供线性运动的系统(如致动器)价格昂贵，特别是为保证极端条件下的高可靠性而专门设计的线性运动系统。

Shigeo Hirose等人于1981年9月在日本测量与自动控制工程研究所的论文中讨论了一种角旋转接头，Vol.17，第686-692页。1987年7月公布的美国转US4683406公开了一种可像人臂一样移动的关节组件，其涵盖了角旋转关节的各种设计变化。它们的共同点是关节配备了两个马达，以分别驱动通过斜面滑动接触的两个构件。另一方面，上述两个方案均无法实现对平台转轴1指向的限制。美国专利US2002/0166403A1公开了一种定向保持角旋转接头，同样的该方案为通过斜面滑动接触的两个构件分别配备了一套驱动系统。专利WO2013/080197A同样配备了两个马达以分别独立的驱动通过斜面滑动接触的两个构件。上述四份现有技术所介绍的方案的共同点是均使用双马达分别驱动通过斜面滑动接触的两个构件，且其执行的均是两个自由度的运动；并且该四份现有技术所介绍的方案都以蛇形机器人为应用场景。而本实用新型所描述的方案不能应用于蛇形机器人，而是被用于运动系统，例如用于运动和虚拟现实座椅、太阳能电池板的太阳跟踪器和其他工业应用。

发明内容

区别于现有技术，本实用新型提供一种单自由度(1DoF)运动系统，指的是一种使平台围绕一平台转轴1旋转的机构。本实用新型还提供基于该单自由度运动系统的改进所得的多自由度运动系统。本实用新型中所述的平台用于支撑人或物体的重量，但应当理解的是，这样的平台不必须是一种平面，其也可以是球面或不规则表面。

本实用新型的单自由度运动系统基于角旋转接头实现，该角旋转接头由4个构件组成。

第一构件6，该第一构件6不旋转，其位于最下部并且作为该角旋转接头的基础；