一种转轴非共面铰链及具有该铰链的机器人的制作方法

本发明涉及自动化技术领域，更具体地说，涉及一种转轴非共面铰链。此外，本发明还涉及一种包括上述转轴非共面铰链的机器人。

背景技术：

并联机器人具有高刚度、无累积运动误差等特点，在光学精密指向和微定位领域有很广泛的应用。并联机器人的主要组成包括上下平台、支腿以及支腿与上下平台间的连接铰链。目前，现有技术中使用的铰链通常为传统的虎克铰链，其结构组成一般包括十字交叉轴、滚动轴承、铰链座和轴承压盖等。

传统虎克铰链刚度较低，轴承安装的过程中，轴承与轴承座之间、轴承与轴之间容易产生间隙，因此所需空间较大，并且较难消除轴承的安装间隙以及热胀冷缩对铰链运动产生的影响。

综上所述，如何减小铰链的尺寸，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种转轴非共面铰链，在满足现有技术中虎克铰链的功能的前提下，可以减少铰链的体积，并且提高铰链的精度。

本发明的另一目的是提供一种包括上述转轴非共面铰链的机器人，可以有效减小机器人的整机尺寸，提高整机运载能力和运载精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转轴非共面铰链，包括：铰链座、转动安装于所述铰链座的铰链轴、用于为所述铰链轴的转动提供滚动摩擦的钢球、用于将所述钢球定位安装的球保持器、以及用于避免所述钢球脱落且为所述钢球保持器(9)的安装提供预紧力的预紧装置；

所述球保持器设置于所述铰链轴的外周部，所述预紧装置设置于所述铰链轴的外周部、并可沿所述铰链轴的长度方向移动，且所述钢球与所述铰链轴及所述铰链座均贴合设置。

优选的，所述铰链座设置有用于与所述钢球配合的锥形凹槽，且所述锥形凹槽与用于安装所述铰链轴的安装孔连通；

所述球保持器设置有用于与所述锥形凹槽配合的锥形面。

优选的，所述锥形面的顶角为90°，所述锥形凹槽的锥面的顶角为90°。

优选的，所述铰链轴包括第一铰链轴和第二铰链轴，且所述第一铰链轴相对于所述第二铰链轴垂直设置，所述第一铰链轴的第一中心轴线与所述第二铰链轴的第二中心轴线非共面设置。

优选的，所述安装孔包括用于安装所述第一铰链轴的第一通孔以及用于安装所述第二铰链轴的第二通孔；

所述球保持器包括设置于所述第一通孔两端的第一球保持器和第二球保持器、以及设置于所述第二通孔两端的第三球保持器和第四球保持器。

优选的，所述钢球沿所述球保持器的周向均匀设置，且单一所述球保持器中所述钢球的数量为大于1的奇数。

优选的，所述预紧装置包括用于与所述球保持器配合以避免所述钢球脱落的钢球压盖、以及用于为所述钢球的安装提供预紧力的锁紧螺母；

所述锁紧螺母与所述铰链轴螺纹连接，所述钢球压盖套装于所述铰链轴的外周部，且沿所述铰链轴的长度方向可移动设置。

优选的，所述钢球压盖设置有用于安装第一密封圈的第一凹槽，所述铰链轴的大端设置有用于安装第二密封圈的第二凹槽。

一种机器人，包括上平台、下平台、连接所述上平台和所述下平台的驱动腿组件，所述驱动腿组件的两端均通过铰链分别与所述上平台和所述下平台连接，所述铰链为上述任一项所述的转轴非共面铰链。

优选的，还包括用于固定所述转轴非共面铰链的铰链压块，所述铰链压块与所述上平台或所述下平台连接；

所述铰链轴的大端侧面设置有用于与所述上平台或所述下平台连接的螺纹孔。

本发明提供的转轴非共面铰链，包括：铰链座、转动安装于铰链座的铰链轴、用于为铰链轴的转动提供滚动摩擦的钢球、用于将钢球定位安装的球保持器、以及用于避免钢球脱落且为钢球保持器的安装提供预紧力的预紧装置；球保持器设置于铰链轴的外周部，预紧装置设置于铰链轴的外周部、并可沿铰链轴的长度方向移动，且钢球与铰链轴及铰链座均贴合设置。

在使用的过程中，铰链轴转动时会与钢球产生滚动摩擦，可以使预紧装置相对于铰链轴沿铰链轴的长度方向移动，以使球保持器与铰链座配合，钢球与铰链座贴合，相比于现有技术中通过设置轴承使铰链轴相对于铰链座转动，钢球的设置可以避免安装过程中间隙的存在，且减小转轴非共面铰链的尺寸。

另外，在装配的过程中，铰链轴安装时，钢球可以在预紧装置的作用下实现自动对心调整，使铰链轴的中心轴线与钢球球心所在圆弧的中心轴线的重合度增加，避免了安装过程中重复调试的过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的转轴非共面铰链的具体实施例一的爆炸图；

图2为转轴非共面铰链的结构示意图；

图3为转轴非共面铰链的剖视图；

图4为本发明所提供的机器人的具体实施例一的结构示意图；

图5为图4中a部分的放大图；

图6为图1中转轴非共面铰链的固定方式示意图。

图1-6中：

1为上平台、2为驱动腿组件、3为螺纹孔、4为铰链压块、5为第一内六角螺钉、6为第二内六角螺钉、7为下平台、8为铰链座、9为球保持器、10为钢球、11为密封圈、12为钢球压盖、13为锁紧螺母、14为铰链轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种转轴非共面铰链，可以减小铰链的尺寸，并且提高铰链的安装精度。

本发明的另一核心是提供一种包括上述转轴非共面铰链的机器人。

请参考图1-6，图1为本发明所提供的转轴非共面铰链的具体实施例一的爆炸图；图2为转轴非共面铰链的结构示意图；图3为转轴非共面铰链的剖视图；图4为本发明所提供的机器人的具体实施例一的结构示意图；图5为图4中a部分的放大图；图6为图1中转轴非共面铰链的固定方式示意图。

本发明提供的转轴非共面铰链，包括：铰链座8、转动安装于铰链座8的铰链轴14、用于为铰链轴14的转动提供滚动摩擦的钢球10、用于将钢球10定位安装的球保持器9、以及用于避免钢球10脱落且为钢球保持器9的安装提供预紧力的预紧装置；球保持器9设置于铰链轴14的外周部，预紧装置设置于铰链轴14的外周部、并可沿铰链轴14的长度方向移动，且钢球10与铰链轴14及铰链座8均贴合设置。

铰链轴14相对于球保持器9、钢球压盖12及预紧装置可转动设置。

在使用的过程中，铰链轴14转动时会与钢球10产生滚动摩擦，可以使预紧装置相对于铰链轴14沿铰链轴14的长度方向移动，以使球保持器9与铰链座8配合，钢球10与铰链座8贴合，相比于现有技术中通过使用轴承使铰链轴14相对于铰链座8转动，钢球10的设置可以避免安装过程中间隙的存在，且减小转轴非共面铰链的尺寸。

另外，在装配的过程中，铰链轴14安装时，钢球10可以在预紧装置的作用下实现自动对心调整，使铰链轴14的中心轴线与钢球10球心所在圆弧的中心轴线的重合度增加，避免了安装过程中重复调试的过程。

需要进行说明的是，通过调整钢球10的直径大小以及数量，可以对转轴非共面铰链的承载力进行调整，具体调整的过程需要根据实际情况确定，在此不做赘述；另外，转轴非共面铰链的精度主要由钢球10的加工精度、铰链座8及铰链轴14的加工精度确定，可以根据实际精度的需求，选择零部件的不同加工精度。

钢球10的数量为至少两个，具体数量需要根据实际情况确定，优选的，所有钢球10均为尺寸相同的圆球。

在上述实施例的基础上，可以在铰链座8设置用于与钢球10配合的锥形凹槽，且锥形凹槽与用于安装铰链轴14的安装孔连通；球保持器9设置有用于与锥形凹槽配合的锥形面。

在安装的过程中，球保持器9中的锥形面与铰链座8中的锥形凹槽配合，如图1所示，使钢球10与锥形凹槽的表面接触，锥形凹槽的设置，可以使铰链轴14具有一定的轴向承载能力及径向承载能力，优选的，锥形凹槽的中心轴线和与其对应的铰链轴14的中心轴线重合，锥形凹槽沿铰链轴14径向的截面为等腰梯形，且等腰梯形的侧边与底边的夹角为45°和135°，锥形面所在圆锥的中心轴线和与其对应的锥形凹槽的中心轴线重合，且锥形面所在圆锥的顶角为90°。此时，铰链轴14所具有的轴向承载能力等于其径向承载能力；为了方便铰链轴14的安装，锥形凹槽开口较大的一端朝向外侧。

在上述实施例的基础上，为了使铰链在与其它零部件连接使用的过程中，尽可能避免零部件运动过程中的干涉，可以使铰链轴14包括第一铰链轴和第二铰链轴，且第一铰链轴相对于第二铰链轴垂直设置，第一铰链轴的第一中心轴线与第二铰链轴的第二中心轴线非共面设置。

如图2所示，第一铰链轴与第二铰链轴的长度可以根据所连接零部件的尺寸进行设置，在此不做赘述；当第一铰链轴与第二铰链轴垂直设置且不共面时，例如，第一铰链轴与零部件a连接，第二铰链轴与零部件b连接，当第一铰链轴带动零部件a转动的过程中，由于第二铰链轴与第一铰链轴不共面，因此，相比于现有技术，零部件a可转动的范围增加，可以使零部件a相对于零部件b能够有更大的转动范围。

为了使铰链轴14的安装更加稳固，可以安装孔包括用于安装第一铰链轴的第一通孔以及用于安装第二铰链轴的第二通孔；球保持器9包括设置于第一通孔两端的第一球保持器和第二球保持器、以及设置于第二通孔两端的第三球保持器和第四球保持器。

如图1所示，铰链座8设置有中心轴线相互垂直的第一安装孔和第二安装孔，且第一安装孔及第二安装孔的端部均设置有锥形凹槽，第一铰链轴转动安装于第一安装孔，第二铰链轴转动安装于第二安装孔，且第一铰链轴的两端分别设置有第一球保持器和第二球保持器，第二铰链轴的两端分别设置有第三球保持器和第四球保持器，且所有球保持器9均设置有钢球10。

在上述实施例的基础上，为了避免单一球保持器中钢球10的数量为偶数时，转轴非共面铰链出现周期性的误差，可以使单一球保持器中钢球10的数量为大于1的奇数。

优选的，可以使钢球10沿球保持器9的周向均匀设置。

优选的，如图1所示，球保持器9为具有锥形面的漏斗状结构，且沿球保持器9的周向设置有至少三个用于安装钢球10的钢球10安装孔，钢球10在钢球10安装孔内可转动设置。

在上述实施例的基础上，为了避免钢球10脱落，可以使预紧装置包括用于与球保持器9配合以避免钢球10脱落的钢球压盖12、以及用于为钢球10的安装提供预紧力的锁紧螺母13；锁紧螺母13与铰链轴14螺纹连接，钢球压盖12套装于铰链轴14的外周部，且沿铰链轴14的长度方向可移动设置。

还可以在钢球压盖12设置用于安装第一密封圈的第一凹槽，在铰链轴14的大端设置用于安装第二密封圈的第二凹槽。

如图1、图3所示，铰链轴14的大端是指铰链轴14中具有直径较大的环状台阶的一端。

在组装的过程中，首先将第一密封圈安装在钢球压盖12的第一凹槽内；再将2组奇数粒钢球10对应装入到2个球保持器9中，形成2组钢球10阵列；再将装好第二密封圈的铰链轴14先后穿过一组钢球10阵列、铰链座8对应通孔、另一组钢球10阵列，再装入钢球压盖12，并使用钢球压盖12将球保持器9压住，旋拧锁紧螺母13，使锁紧螺母13带动钢球压盖12沿铰链轴14的轴向移动，直至将钢球压盖12压紧进行锁紧防松；重复上述安装操作，完成另一个铰链轴14的装配，最终完成整个铰链的安装。

需要进行说明的是，第一密封圈和第二密封圈统称为密封圈11，由于设置有两个铰链轴14，因此包括两个第一密封圈和两个第二密封圈。

除了上述转轴非共面铰链，本发明还提供一种包括上述实施例公开的转轴非共面铰链的机器人，该机器人包括上平台1、下平台7、连接上平台1和下平台7的驱动腿组件2，驱动腿组件2的两端均通过铰链分别与上平台1和下平台7连接，此处的铰链为上述任一项的转轴非共面铰链。该机器人的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

优选的，机器人为并联机器人。

在上述实施例的基础上，为了便于转轴非共面铰链的安装，可以在机器人设置用于固定转轴非共面铰链的铰链压块4，铰链压块4与上平台1或下平台7连接；铰链轴14的大端侧面设置有用于与上平台1或下平台7连接的螺纹孔3。

如图1、图3所示，铰链轴14的大端侧面是指铰链轴14的大端中垂直于铰链轴14长度方向的且朝外的面。

如图4-6所示，上平台1或下平台7设置有用于与螺纹孔3对应的通孔，第二内六角螺钉6穿过通孔与螺纹孔3连接，优选的，每个钢球压盖12设置有3个呈三角形分布的螺纹孔3，铰链压块4设置于铰链轴14的上部，并设置有用于与铰链轴14配合的凹陷部，并通过第一内六角螺钉5与下平台7或上平台1连接。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一铰链轴和第二铰链轴、第一安装孔和第二安装孔、第一内六角螺钉5和第二内六角螺钉6、第一密封圈和第二密封圈、第一凹槽和第二凹槽、第一球保持器和第二球保持器、第三球保持器和第四球保持器中的第一、第二、第三和第四只是为了说明位置的不同，并没有先后顺序之分。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的转轴非共面铰链及具有该铰链的机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。