本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人以及特種機(jī)械互連。

背景技術(shù)：

1、球形機(jī)構(gòu)因具備較強(qiáng)的運(yùn)動輸出能力和優(yōu)異的力學(xué)性能，在空間建造、外行星探測、醫(yī)療等領(lǐng)域具有極強(qiáng)的應(yīng)用價值。在球形機(jī)構(gòu)設(shè)計中，需將整球殼切割成兩個半球殼以便于其加工和裝配，同時考慮兩個半球殼需相互旋轉(zhuǎn)以輸出一個旋轉(zhuǎn)自由度，這對半球連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計提出了更高要求。

2、現(xiàn)有半球連接機(jī)構(gòu)大都屬于固定連接形式，即半球連接機(jī)構(gòu)只能將兩個半球殼通過螺栓螺釘?shù)冗M(jìn)行固定連接，這使得兩個半球殼無法相互旋轉(zhuǎn)以形成一個旋轉(zhuǎn)自由度；此外，現(xiàn)有半球連接機(jī)構(gòu)因只使用螺栓等連接，這使得兩個半球殼間的力傳遞能力和運(yùn)動傳遞精度較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)球形機(jī)構(gòu)兩半球殼的相對旋轉(zhuǎn)以及兩半球殼間力/位置高精度可靠傳遞功能。

2、本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，包括上半球殼、下半球殼、上半球連接板、下半球連接板、交叉滾子軸承、軸承內(nèi)擋圈和軸承外擋圈；上半球殼通過第一環(huán)形凸臺與上半球連接板的第一環(huán)形凹槽定位對準(zhǔn)后并通過螺栓固定連接；下半球殼通過第二環(huán)形凸臺和下半球連接板的第二環(huán)形凹槽定位對準(zhǔn)后并通過螺栓固定連接；交叉滾子軸承內(nèi)圈同軸安裝于下半球連接板的凸軸上，凸軸底端加工有軸肩，軸肩與軸承內(nèi)圈端面接觸，配合凸軸頂端固定安裝的軸承內(nèi)擋圈以限制交叉滾子軸承內(nèi)圈軸向移動；交叉滾子軸承外圈同軸安裝于上半球連接板的第一軸承安裝座中，第一軸承安裝座底端加工有軸承擋肩，軸承擋肩與軸承外圈端面接觸，配合第一軸承安裝座頂端固定安裝的軸承外擋圈以限制交叉滾子軸承外圈軸向移動；通過交叉滾子軸承、軸承內(nèi)擋圈及軸承外擋圈的安裝，約束上半球連接板與下半球連接板除沿兩者共軸旋轉(zhuǎn)自由度外的其他五個自由度。

4、優(yōu)選的，上半球殼與下半球殼由通過球心的平面切割而形成切割面，切割面上分別加工有四個周向均勻分布的環(huán)形凸臺，工作角度為[0°,90°,180°,270°]；上半球連接板切割面上加工有四個周向均勻分布的第一環(huán)形凹槽，與下半球連接板切割面上分別加工有四個周向均勻分布的第二環(huán)形凹槽，工作角度均為[0°,90°,180°,270°]；第一環(huán)形凸臺嵌入第一環(huán)形凹槽，第二環(huán)形凸臺嵌入第二環(huán)形凹槽，并通過螺栓固定實現(xiàn)上半球殼與上半球連接板的固定，以及，下半球殼與下半球連接板的固定。

5、優(yōu)選的，所述上半球殼切割端面加工有用于安裝所述上半球連接板的安裝座，所述下半球殼切割端面加工有用于安裝所述下半球連接板的安裝座；所述上半球殼的球殼表面上均環(huán)向加工有6個均勻分布的貫穿第一直槽口，下半球殼的球殼表面上均環(huán)向加工有6個均勻分布的第二直槽口，用于輔助安裝所述上半球殼與所述上半球連接板以及所述下半球殼與所述下半球連接板的螺栓螺母，同時還用于球內(nèi)熱量散發(fā)。

6、一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)的安裝方法，包括：

7、s1：下半球連接板由第二環(huán)形凹槽定位對準(zhǔn)后，同軸安裝于下半球殼的切割面上，并通過沉頭螺絲連接，交叉滾子軸承內(nèi)圈同軸安裝于下半球連接板的凸軸上；

8、s2：將外六角螺栓嵌入于上半球連接板的外六角沉頭孔中，然后將上半球連接板同軸安裝于交叉滾子軸承外圈，使得交叉滾子軸承完全進(jìn)入上半球連接板的第一軸承安裝座中；

9、s3：將軸承內(nèi)擋圈同軸安裝于下半球連接板的凸軸頂端，并通過螺栓連接，將軸承外擋圈同軸安裝于上半球連接板的第一軸承安裝座頂端，并通過螺栓連接；

10、s4：將上半球殼由第一環(huán)形凹槽定位對準(zhǔn)后同軸安裝在上半球連接板上，同時保證安裝于上半球連接板的外六角螺栓螺柱端穿過上半球殼上加工的螺栓連接通孔，然后通過上半球殼的第一直槽口將螺母安裝于上半球連接板的外六角螺栓螺柱端。

11、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

12、(1)本發(fā)明由上半球殼、下半球殼、上半球連接板、下半球連接板、交叉滾子軸承、軸承外擋圈、軸承內(nèi)擋圈組成，結(jié)構(gòu)簡明，可實現(xiàn)快速可靠連接。

13、(2)本發(fā)明所有結(jié)構(gòu)均集中于球殼底面，內(nèi)部空間占有率較低，為半球連接機(jī)構(gòu)的拓展應(yīng)用提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

14、(3)上半球殼設(shè)計有第一環(huán)形凸臺以及下半球殼設(shè)計有第二環(huán)形凸臺分別與上半球連接板的第一環(huán)形凹槽和下半球連接板的第二環(huán)形凹槽嵌連，可以實現(xiàn)較大的力傳遞，同時保證位姿傳遞精度。

15、(4)上半球殼與下半球殼其外表面分別設(shè)計第一直槽口和第二直槽口，便于球殼安裝、內(nèi)部散熱和觀測內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

16、(5)設(shè)計交叉滾子軸承，并將其安裝于下半球連接板中的凸軸上，能夠在傳遞較大力的同時，保證運(yùn)動的順滑性。

技術(shù)特征：

1.一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括上半球殼(1)、下半球殼(2)、上半球連接板(3)、下半球連接板(4)、交叉滾子軸承(5)、軸承內(nèi)擋圈(6)和軸承外擋圈(7)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，上半球殼(1)與下半球殼(2)由通過球心的平面切割而形成切割面，上半球殼(1)切割面上分別加工有四個周向均勻分布的第一環(huán)形凸臺(12)，下半球殼(2)切割面上分別加工有四個周向均勻分布的第二環(huán)形凸臺(22)；上半球連接板(3)切割面上加工有四個周向均勻分布的第一環(huán)形凹槽(31)，下半球連接板(4)切割面上加工有四個周向均勻分布的第二環(huán)形凹槽(41)；第一環(huán)形凸臺(12)嵌入第一環(huán)形凹槽(31)，第二環(huán)形凸臺(22)嵌入第二環(huán)形凹槽(41)，并通過螺栓固定實現(xiàn)上半球殼(1)與上半球連接板(3)的固定，以及，下半球殼(2)與下半球連接板(4)的固定。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，上半球殼(1)上還加工有第一直槽口(11)、上半球連接板安裝座(13)和第一螺栓連接孔(14)，其中第一直槽口(11)位于上半球殼(1)球面上，第一環(huán)形凸臺(12)、上半球連接板安裝座(13)和第一螺栓連接孔(14)位于上半球殼(1)切割面；下半球殼(2)上還加工有第二直槽口(21)、下半球連接板安裝座(23)和第二螺栓連接孔(24)，其中第二直槽口(21)位于下半球殼(2)球面上，第二環(huán)形凸臺(22)、下半球連接板安裝座(23)和第二螺栓連接孔(24)位于下半球殼(2)切割面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，上半球連接件板(3)上還加工有軸承外擋圈安裝臺(32)，交叉滾子軸承(5)安裝于第一軸承安裝座(35)中，其下端面外圈與軸承擋圈接觸(34)，上端面與軸承外擋圈安裝臺(32)預(yù)留間隙，并通過軸承外擋圈(7)安裝到軸承外擋圈安裝臺(32)上以壓緊軸承外圈從而約束軸承外圈的軸向移動；下半球連接件板上還加工有第二軸承內(nèi)擋圈安裝臺(42)，交叉滾子軸承(5)內(nèi)圈同軸安裝于下半球連接板(4)的第二軸承內(nèi)擋圈安裝臺(42)上，凸軸(46)底端加工有軸肩(44)并與軸承內(nèi)圈端面接觸，配合凸軸(46)頂端固定安裝的軸承內(nèi)擋圈(6)以限制交叉滾子軸承(5)內(nèi)圈軸向移動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，通過將交叉滾子軸承(5)安裝于凸軸(46)上實現(xiàn)力傳遞的同時保證運(yùn)動的順滑性。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，第一環(huán)形凹槽(31)與第一環(huán)形凸臺(12)間隙配合以便于安裝；第二環(huán)形凹槽(41)與第一環(huán)形凸臺(22)間隙配合以便于安裝。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，通過第一環(huán)形凸臺(12)嵌入第一環(huán)形凹槽(31)，第二環(huán)形凸臺(22)嵌入第二環(huán)形凹槽(41)，實現(xiàn)力傳遞的同時保證位姿傳遞精度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述上半球殼(1)切割端面加工有用于安裝所述上半球連接板(3)的上半球連接板安裝座(13)，所述下半球殼(2)切割端面加工有用于安裝所述下半球連接板(4)的下半球連接板安裝座(23)；所述上半球殼(1)的球殼表面上均環(huán)向加工有6個均勻分布的第一直槽口(11)，下半球殼的球殼表面上均環(huán)向加工有6個均勻分布的第二直槽口(21)，用于輔助安裝所述上半球殼(1)與所述上半球連接板(3)以及所述下半球殼(2)與所述下半球連接板(4)的螺栓螺母，同時還用于球內(nèi)熱量散發(fā)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，其特征在于，第一直槽口(11)和第二直槽口(21)還用于觀測內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

10.一種基于權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)的安裝方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
一種可轉(zhuǎn)動式半球連接機(jī)構(gòu)，包括上半球殼、下半球殼、上半球連接板、下半球連接板、交叉滾子軸承、軸承外擋圈、軸承內(nèi)擋圈組成；本發(fā)明所有結(jié)構(gòu)均集中于球殼底面，內(nèi)部空間占有率較低，為半球連接機(jī)構(gòu)的拓展應(yīng)用提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；上半球殼設(shè)計有第一環(huán)形凸臺以及下半球殼設(shè)計有第二環(huán)形凸臺分別與上半球連接板的第一環(huán)形凹槽和下半球連接板的第二環(huán)形凹槽嵌連，可以實現(xiàn)較大的力傳遞，同時保證位姿傳遞精度；上半球殼與下半球殼其外表面分別設(shè)計第一直槽口和第二直槽口，便于球殼安裝、內(nèi)部散熱和觀測內(nèi)部結(jié)構(gòu)；通過交叉滾子軸承，并將其安裝于下半球連接板中的凸軸上，能夠在傳遞較大力的同時，保證運(yùn)動的順滑性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉育強(qiáng),劉華偉,譚春林,陳鋼,徐新博,李彤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京空間飛行器總體設(shè)計部
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5