[发明专利]一种纯滚动接触的RCM柔性铰链

权利要求书

1.一种柔性铰链结构，其特征包括：

固定端滚动刚体模块(1)，包括前侧固定端支架(111)、后侧固定端支架(112)、左侧固定端滚动刚体(121)、右侧固定端滚动刚体(122)；

左侧中间滚动刚体模块(2a)和右侧中间滚动刚体模块(2b)，两模块具有相同的形状结构，且关于XOZ平面对称布置，均包括前侧中间支架、后侧中间支架、中间滚动刚体，中间支架对中间滚动刚体进行定位和固定，此外，中间支架的上下两表面均为有圆角过渡的两个平滑表面，分别与两个柔性连接模块固连；

载荷端滚动刚体模块(3)，包括前侧载荷端支架(311)、后侧载荷端支架(312)、左侧载荷端滚动刚体(321)、右侧载荷端滚动刚体(322)，载荷端支架对载荷端滚动刚体进行定位和固定，此外，载荷端支架下表面左右两端均有圆角过渡的两个平滑表面，可结合螺纹孔实现与柔性连接模块的固定；

柔性连接模块，包括前侧交叉簧片(41)和后侧交叉簧片(42)，两簧片呈空间交叉位姿，分别固连于刚体前后两侧的支架上，用作柔性连接并作为滚动刚体间做纯滚动的约束。

2.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，其特征在于，所述铰链整体构型为等腰梯形，转动轴心位于z方向远点处形成虚拟转动中心，呈RCM(Remote Center of Motion)结构，该结构在转动过程中虚拟转动中心随转动角度的偏移量较小。

3.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，用滚动刚体模块的接触支撑替换了一般RCM结构中单一的簧片支撑结构；

固定端滚动刚体模块、中间滚动刚体模块和载荷端滚动刚体模块中对应的滚动刚体在柔性连接模块的约束下，保持两两接触的状态，且接触位置的曲面轮廓呈相切关系。

4.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，通过柔性连接模块连接各类滚动刚体，约束滚动刚体在未受载状态下的初始位置，维持其曲面相互接触的位置关系；

保证两两接触的滚动刚体在铰链整体转动的过程中只能发生纯滚动，强化了柔性铰链无摩擦传动的优势，所述铰链在此结构下所受压力主要由滚动刚体承担，可增大铰链的承载能力。

5.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，铰链所受压力主要由滚动刚体承担，簧片所受压力载荷较小，可延长其使用寿命。

6.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，固连在同一支架上下两平滑表面的两柔性连接模块，在未加载状态下两柔性连接模块中的两对应簧片分别互相平行，以保证其受载特性的一致性。

7.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，各支架与对应滚动刚体的侧面固定螺纹孔规格相同且同轴心装配，以实现支架与对应滚动刚体定位和固定的目的。

8.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，各支架与簧片固连位置为有相切圆弧过渡的光滑平面，既能保证簧片的固连状态，也避免簧片受载弯曲时出现应力集中。

9.根据权利要求1所述的柔性铰链结构，调节各刚体间的位置关系，可调节虚拟转动中心到载荷端的距离，以满足不同的应用需求。