[发明专利]一种柔性虎克铰链

说明书

本发明涉及一种柔性虎克铰链，包括铰链主体以及安装在铰链主体上的第一连接轴和第二连接轴，所述铰链主体为由轴首尾相接形成的闭合结构，所述闭合结构具有若干个弯曲部，在所述轴上制有至少五组切口，且至少五组切口的轴线相交于同一点，每组包含两个呈镜像对称分布的切口。本发明的结构能够实现传统虎克铰链的全部功能，包括沿过同一点的两条垂直轴线的独立的转动运动，而且，力学性能和动力学性能更优，运动精度更高，装配更加方便、可靠，更加适用于微型化制造。

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链，具体涉及一种柔性虎克铰链，属于精密机械及机器人技术领域。

背景技术

随着现代机械不断向高精密方向发展，柔性铰链以其无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高等特点，受到越来越多机械行业者们的青睐，成为精密机械中的重要元件之一。柔性铰链是一种利用材料的弹性变形及其自回复特性来实现运动的新型铰链，较之于传统的刚性铰链,柔性铰链具有：易于一体化设计与加工，能够简化装配过程，降低成本；无磨擦与磨损，从而减少噪声与振动，提高寿命；无需润滑，可以避免污染等优点，因此被广泛应用于微操作机器人、精密光学仪器、航空航天器以及工业设备等领域。

传统虎克铰链是轴线通过同一点的两个转动副的组合，允许两构件沿着相互垂直的轴线有两个相对转动的自由度，用于运动过程中两轴之间的运动和力的传递。传统虎克铰链在结构上通常采用十字轴或者类似十字的支撑轴，其结构设计复杂，加工比较困难、工序多，导致了精度的降低和成本的增加。目前精密机械领域，特别是多自由度并联机器人，需要运动精度高、动力学性能好、轴线漂移小的虎克铰链，而传统虎克铰链很难满足使用要求，因此出现了一些柔性虎克铰链的设计。

经检索发现，专利号为201110375372.9的中国专利提供了一种新型大行程柔性虎克铰链，该虎克铰链为组合式多簧片柔性铰链结构，其结构设计复杂、部件较多、安装比较困难；专利号为201710639376.0的中国专利提供了一种基于柔性机构的复合虎克铰链，通过两个正交的等腰梯形结构实现运动，但其运动时会产生额外的转动惯量，导致铰链动力学性能差，所以不能看成理想的柔性虎克铰链。

综上可知，现有的柔性虎克铰链技术存在以下几个问题：

(1)结构设计复杂，部件较多，加工与安装都比较困难，同时不利于微型化制造；

(2)有机械摩擦，有间隙，难以保证较高的运动精度；

(3)实际工作时，一个驱动件的运动会带动另一驱动件的位置也发生变化，这会产生额外的转动惯量，导致铰链动力学性能差，不利于结构的长期使用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种设计合理、使用方便、运动精度高、动力学性能好的柔性虎克铰链。

为了达到以上目的，本发明提供了一种柔性虎克铰链，包括铰链主体以及安装在铰链主体上的第一连接轴和第二连接轴，所述铰链主体为由轴首尾相接形成的闭合结构，所述闭合结构具有若干个弯曲部，在所述轴上制有至少五组切口，且至少五组切口的轴线相交于同一点，每组包含两个呈镜像对称分布的切口。

本发明的铰链主体为闭合的回路，在铰链主体上设有多组切口，铰链主体的非切口部分为刚体，相邻切口部分通过刚体连接，刚体部分弯曲多次后形成蛇形结构。切口部分可以转动，形成转动副，铰链主体具有多个转动副，使得铰链主体成为可以相对转动的铰链结构，进而保证第一连接轴相对于第二连接轴有两个方向的转动。

优选地，所述闭合结构由一根轴首尾相接形成，所述轴以90°弯曲若干次形成若干个直角结构。

优选地，所述闭合结构为多根轴通过弯头依次首尾连接而成，相邻两轴之间通过弯头相连成直角结构。