技术领域
[0001] 本
发明涉及
机器人技术领域，尤其涉及一种高承载万向关节、机械臂骨节及柔性机械臂。
背景技术
[0002] 柔性机械臂通常设置多个骨节通过关节相互连接，并通过驱动装置分别驱动骨节绕关节运动而实现骨节之间的相互运动，从而使得柔性机械臂整体实现自由弯曲。柔性机械臂相邻两个骨节之间为可转动部分，在该部分设置相应的关节以连接相邻两个骨节，
现有技术中，关节的设置主要为如下三种：第一种是采用
弹簧等弹性原件作为可转动部分的弹性关节，第二种是采用十字
万向节作为可转动部分的万向节关节，第三种是采用球绞作为可转动部分的球绞关节。实际使用中，第一、二种关节的承载能
力小，使得关节较为脆弱，第三种关节虽然承载能力高，但由于球绞的三个
自由度中绕臂杆方向旋转的自由度在驱动时不会被约束，从而存在欠驱动问题，使得驱动控制不准确，所以目前大部分球形万向节由于结构设计复杂，无法在实际中使用，因此，现有的柔性机械臂关节仍存在承载能力不足的问题。
[0003] 因此，需要提供一种新的技术方案以解决上述现有技术中存在的问题。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高承载的万向关节、机械臂骨节及柔性机械臂。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 提供了一种高承载万向关节，包括第一滑动球、第二滑动球、球座和压盖，其中：
[0007] 所述第一滑动球上固定设置有连接部；
[0008] 所述第二滑动球包括内表面为球面的第一腔，所述第一滑动球可转动地设置在所述第一腔内，所述第一滑动球可沿所述第一腔的内表面滑动；
[0009] 所述球座包括内表面为球面的第二腔，所述第二滑动球可转动地设置在所述第二腔内，所述第二滑动球可沿所述第二腔的内表面滑动；
[0010] 所述压盖固定安装在所述球座上，所述压盖将所述第一滑动球和所述第二滑动球固定在所述第二腔内；
[0011] 所述第一滑动球和所述第二滑动球之间设置有第一限位结构，用于对所述第一滑动球沿其
纬线方向的旋转运动进行限制，所述第二滑动球与所述球座之间设置有第二限位结构，用于对所述第二滑动球沿其纬线方向的旋转运动进行限制。
[0012] 作为上述技术方案的改进，所述第一限位结构包括配合安装的第一限位体和第一限位槽，所述第一限位体安可在所述第一限位槽中滑动，所述第二限位结构包括配合安装的第二限位体和第二限位槽，所述第二限位体可在所述第二限位槽中滑动。
[0013] 作为上述技术方案的进一步改进，所述第一限位槽设置在所述第一腔的内表面并向内凹陷，所述第一限位槽沿所述第一腔的经线设置，所述第一限位体设置在所述第一滑动球的外表面上并向外凸起，所述第一限位体沿所述第一滑动球的经线设置，所述第一滑动球安装在所述第一腔内时，所述第一限位体位于所述第一限位槽内。
[0014] 作为上述技术方案的进一步改进，所述第二限位槽设置在所述第二腔的内表面并向内凹陷，所述第二限位槽沿所述第二腔的纬线设置，所述第二限位体设置在所述第二滑动球的外表面上并向外凸起，所述第二限位体沿所述第二滑动球的经线设置，所述第二滑动球安装在所述第二腔内时，所述第二限位体位于所述第二限位槽内，所述第一限位槽和所述第二限位体呈空间交叉。
[0015] 作为上述技术方案的进一步改进，所述第二滑动球为半球状，包括两个半球壳，一个所述半球壳与另一个所述半球壳可拆卸地固定连接。
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进，所述半球壳包括安装边沿，两个所述半球壳通过所述安装边沿固定连接从而形成所述第二滑动球，两个所述安装边沿共同组成所述第二限位体。
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进，所述球座整体为半球状，所述第二腔为半球形腔体，所述压盖固定安装在所述球座的上部，所述压盖上设置有用于供所述第一滑动球穿过的通孔，所述通孔的内壁为直径与所述第二腔的内表面的直径一致的球面。
[0018] 作为上述技术方案的进一步改进，所述压盖上对应所述第二限位槽的
位置还设置有一对让位槽，所述第二限位体可在所述让位槽中滑动。
[0019] 还提供了一种机械臂骨节，包括骨节本体和上述的高承载万向关节，所述骨节本体与所述连接体或所述球座固定连接。
[0020] 还提供了一种机械臂，包括驱动装置和若干上述的机械臂骨节，所述机械臂骨节依次连接，所述驱动装置用于驱动所述机械臂骨节绕所述高承载万向关节运动。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] 本发明的高承载万向关节在第一滑动球和球座之间设置了第二滑动球，第二滑动球包括内表面为球面的第一腔，第一滑动球可转动地设置在第一腔内，第一滑动球可沿第一腔的内表面滑动，球座包括内表面为球面的第二腔，第二滑动球可转动地设置在第二腔内，第二滑动球可沿第二腔的内表面滑动，保证了第一滑动球和第二滑动球之间的
接触面积、第二滑动球和球座之间的接触面积，提高
载荷能力，并设置第一限位结构和第二限位结构分别对第一滑动沿其纬线的转动和第二滑动球沿其纬线的转动进行限制，使得在第一滑动球和第二滑动球之间的运动与第二滑动球和球座之间的相组合实现万向转动的前提下，解决了普通球绞结构欠驱动的问题。包括上述高承载万向关节的机械臂骨节和柔性机械臂同样具备上述技术效果。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：
[0024] 图1为本发明高承载万向关节一个实施例的整体结构示意图；
[0025] 图2为图1所示实施例的拆分示意图；
[0026] 图3为本发明机械臂骨节一个实施例的结构示意图；
[0027] 图4为本发明柔性机械臂一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0028] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，
专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
[0029] 实施例一：
[0030] 图1为本发明高承载万向关节一个实施例的整体结构示意图，图2为图1所示实施例的拆分示意图，同时参考图1、2，高承载万向关节，包括第一滑动球100、第二滑动球200、球座300和压盖400。
[0031] 第一滑动球100为一实心的球形构件，其上固定设置有连接部110，用于与外部构件进行连接。第二滑动球200包括内表面为球面的第一腔210，第一滑动球100可转动地设置在该第一腔210内并与第一腔210的内表面相贴合，第一滑动球100可沿该第一腔210的内表面滑动，与现有技术中的十字万向节相比，球面接触为第一滑动球100和第二滑动球200之间的运动提供了较大的接触面积，从而提高承载能力。球座300包括内表面为球面的第二腔310，第二滑动球200可转动地设置在该第二腔310内，第二滑动球200可沿第二腔310的内表面滑动。压盖400固定安装在球座300上，压盖将第一滑动球100和第二滑动球200固定在第二腔310内，保持关节的
稳定性，防止第一滑动球100和第二滑动球200与球座300相互脱离。
[0032] 为方便说明，现做如下定义：第一滑动球100上以远离连接部110的一端为第一滑动球顶部，以第一滑动球100外表面上沿其直径绕过该第一滑动球顶部的线为第一滑动球100的经线；以第一腔210上沿其直径绕过第一腔210底部的线为第一腔210的经线；第二滑动球200上以远离第一腔210端口的一端为第二滑动球顶部，第二滑动球200外表面上沿其直径绕过第二滑动球顶部的线为第二滑动球200的经线，以第二腔310上沿其直径绕过第二腔310底部的线为第二腔310的经线；从而可通过球体经纬线的规律可得第一滑动球、第二滑动球、第一腔和第二腔的纬线。
[0033] 第一滑动球100和第二滑动球200之间设置有第一限位结构，用于对第一滑动球100相对第二滑动球200沿第一滑动球100纬线方向的旋转运动进行限制，使得该方向的旋转运动存在相应的约束，解决了现有技术中球绞关节在该方向的欠驱动问题。第一限位结构包括配合安装的第一限位体120和第一限位槽220，第一限位体120可在第一限位槽220中滑动。第二滑动球200与球座300之间设置有第二限位结构，用于对第二滑动球200相对球座
300沿第二滑动球200纬线方向的旋转转动进行限制，使得该方向的旋转运动存在相应的约束，解决了现有技术中球绞关节在该方向的欠驱动问题。第二限位结构包括配合安装的第二限位体230和第二限位槽320，第二限位体230可在第二限位槽320中滑动。
[0034] 本实施例中，第一限位槽220为设置在第一腔210的内表面并向内凹陷的矩形槽，第一限位槽220沿第一腔210的经线方向设置，第一限位体120为设置在第一滑动球100的外表面上并向外凸起的矩形棱，第一限位体120沿第一滑动球100的经线设置，使得第一限位体120在第一滑动球100上的延伸方向与第一限位槽220在第一腔210内的延伸方向一致，第一滑动球100安装在第一腔210内时，第一限位体120位于第一限位槽220内并可沿第一限位槽220滑动，第一限位体120和第一限位槽220的配合为矩形棱和矩形槽的配合，有助于防止第一限位体120从第一限位槽220中滑脱。
[0035] 第二限位槽320为设置在第二腔310的内表面并向内凹陷的矩形槽，第二限位槽320沿第二腔310的经线设置，第二限位体230为设置在第二滑动球200的外表面上并向外凸起的矩形棱，第二限位体230沿第二滑动球200的经线设置，使得第二限位体230在第二滑动球200上的延伸方向与第二限位槽320在第二腔310内的延伸方向一致，第二滑动球200安装在第二腔310内时，第二限位体230位于第二限位槽320内并可沿第二限位槽滑动。第二限位体230和第二限位槽320的配合为矩形棱和矩形槽的配合，有助于防止第二限位体230从第二限位槽320中滑脱。第一滑动球100可相对第二滑动球200沿着第一限位体120和第一限位槽220的延伸方向转动，第二滑动球200可相对球座300沿着第二限位体230和第二限位槽
320的延伸方向转动，第二滑动球200上，第一限位槽220和第二限位体230呈空间十字交叉，使得第一滑动球100的转动方向与第二滑动球200的转动方向相交，两种转动的组合可实现万向转动。
[0036] 具体实施时，第一限位体也可以为设置在第一腔210内表面并向外凸出的矩形棱，其沿第一腔的经线设置，对应地，第一限位槽为设置在第一滑动球100的外表面并向内凹陷的矩形槽，其沿第一滑动球的经线设置，第一滑动球100安装在第一腔210内时，第一限位体位于第一限位槽内，并可沿第一限位槽滑动。第二限位体也可以设置在第二腔310内表面并向外突出的矩形棱，其沿第二腔310的经线设置，对应地，第二限位槽为设置在第二滑动球200的外表面并向内凹陷的矩形槽，沿第二滑动球的经线设置，第二滑动球200安装在第二腔310内时，第二限位体位于第二限位槽内，并可沿第二限位槽滑动。第二滑动球200上的第二限位体和第一限位槽呈空间十字交叉。
[0037] 本实施例中，第二滑动球200为半球状，包括两个半球壳201，每个半球壳201包括安装边沿202，两个半球壳201通过安装边沿202可拆卸地固定连接，从而形成第二滑动球200，两个安装边沿202共同组成第二限位体230。两个安装边沿202之间可设置有配合连接的
定位销和定位孔，并通过
螺栓固定连接。
[0038] 球座300整体为半球状，第二腔310为半球形腔体，压盖400为环状结构，压盖400固定安装在球座300的上部，压盖400上设置有用于供第一滑动球100穿过的通孔410，通孔410的内壁为直径与第二腔310的内表面的直径一致的球面结构，压盖400上对应第二限位槽320的位置还设置有一对让位槽420，第二限位体可在让位槽420中滑动。压盖400安装在球座300上时，通孔410的内表面与第二腔310的内表面对齐，从而组成大于半球的安装球面，使得第二滑动球200可在该安装球面内滑动，但不能拔脱。让位槽420与第二限位槽320对齐，避免在第二滑动球200转动时，第二限位体230与压盖400发生干涉。
[0039] 连接体110包括第一连接盘111，球座300包括第二连接盘330，第一连接盘111和第二连接盘330用于与外部构件连接。第一接盘111和地热接盘340的结构相同，可缩短
机械加工周期，降低成本，并提高该高承载万向关节和外部构件连接的装配效率和装配容差率。
[0040] 本发明在第一滑动球100和球座300之间设置了第二滑动球200，保证了第一滑动球100和第二滑动球200之间的接触面积、第二滑动球200和球座300之间的接触面积，提高载荷能力，使得本发明万向关节实现高承载，并设置第一限位结构和第二限位结构分别对第一滑动球100绕其纬线的转动和第二滑动球200绕其纬线的转动进行限制，使得在第一滑动球100和第二滑动球200之间的运动与第二滑动球200和球座300之间的相组合实现万向转动的前提下，解决了普通球绞欠驱动的问题。
[0041] 实施例二：
[0042] 图3为本发明机械臂骨节一个实施例的结构示意图，参考图3，本实施例机械臂骨节1包括骨节本体10和万向关节20，本实施例中的万向关节20为上述实施例一所述的高承载万向关节，有利于提高机械臂骨节的承载能力，其中连接体包括第一连接盘111，球座包括第二连接盘330，骨节本体10与第一连接盘111或第二连接盘330固定连接。第一接盘111和第二接盘330的结构相同，可缩短机械加工周期，降低成本，并且在安装骨节本体10时可与其中任意一个进行安装，无需考虑安装顺序，有利于提高装配效率和容错率。骨节本体10对称设置，其两端为安装端101，两个安装端101的结构设置也相同，有利于实现机械臂骨节1之间的模
块化安装。
[0043] 实施例三：
[0044] 图4为本发明柔性机械臂一个实施例的结构示意图，参考图4,本实施例的柔性机械臂包括驱动装置和若干机械臂骨节1，机械臂骨节1依次连接形成长条状，驱动装置包括若干根驱动绳2，驱动绳2的末端与机械臂骨节的安装端101固定连接，安装端101上还设置有用于穿设驱动绳2的穿孔102，每个安装端101固定连接3根驱动绳2。通过驱动绳2分别驱动机械臂骨节1绕万向关节20运动，从而实现柔性机械臂整体的弯曲动作。具体实施时，该机械臂骨节为上述实施例二所述的机械臂骨节，可提高柔性机械臂整体的装配效率和装配容错率，实现柔性机械臂的模块化。通过上述实施例一的说明可知万向关节20具有高承载、控制准确的特点，可提高柔性机械臂整体的载荷能力和控制
精度。
[0045] 上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同
变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本
申请权利要求所限定的范围内。
