[发明专利]一种制造便捷的三维转动柔性机构

摘要

本发明公开了一种制造便捷的三维转动柔性机构，该机构由上圆盘(1)、下圆盘(2)、外环(3)与设置在外环内部的内环(4)以及簧片(5)构成，且上圆盘(1)和下圆盘(2)结构相同，下圆盘(2)的结构是上圆盘(1)绕Z轴转过180°的结构。上圆盘(1)和下圆盘(2)为一体成型件，是在一圆柱状材料上采用线切割技术切割制得，外环(3)和内环(4)结构相似，内环(4)的结构是外环(3)绕Z轴转过180°的结构，外环(3)和内环(4)为一体成型件，是在相同圆柱状材料上采用线切割技术切割制得。该机构分别设有十个簧片、六个中间刚体、四个刚体，由此使内环(4)与外环(3)上层相对下层具有绕空间坐标系纵轴Y转动和绕横轴X转动以及使上圆盘(1)与下圆盘(2)上层相对于下层具有绕空间坐标系Z轴转动的的3个自由度。本发明的优点为在转动刚度、径向刚度、行程、转动精度上具有良好的综合性能。

主权项

一种制造便捷的三维转动柔性机构，其特征在于：由上圆盘(1)、下圆盘(2)、外环(3)与设置在外环内部的内环(4)，以及簧片(5)构成；上圆盘(1)与下圆盘(2)、外环(3)与内环(4)之间采用销钉、垫块或者螺钉进行安装；上圆盘(1)和下圆盘(2)结构相同，下圆盘(2)的结构是上圆盘(1)绕Z轴转过180°的结构，上圆盘(1)和下圆盘(2)为一体成型件，是在一圆柱状材料上采用线切割技术切割制得；外环(3)和内环(4)结构相似，内环(4)的结构是外环(3)绕Z轴转过180°的结构，外环(3)和内环(4)为一体成型件，是在相同圆柱状材料上采用线切割技术切割制得；该机构分别设有十个簧片、六个中间刚体、四个刚体；十个簧片是指A簧片(501)、B簧片(502)、C簧片(503)、D簧片(504)、E簧片(505)、F簧片(506)、G簧片(507)、H簧片(508)、I簧片(509)和J簧片(510)，其中A～H簧片结构相同，I簧片和J簧片结构相同；六个中间刚体是指上圆盘静刚体(102)、下圆盘静刚体(202)、外环上刚体(301)、内环上刚体(401)、外环中间刚体(302)和内环中间刚体(402)；六个中间刚体分别设置在四个刚体之间；四个刚体是指上圆盘动刚体(101)、下圆盘动刚体(201)、外环静刚体(303)、内环静刚体(403)；所述上圆盘(1)包括上圆盘动刚体(101)、上圆盘静刚体(102)、A切缝(103)与A切槽(104)，上圆盘动刚体(101)与上圆盘静刚体(102)分别位于内和外两个位置；其中，上圆盘动刚体(101)与上圆盘静刚体(102)间通过I簧片(509)相连，使I簧片(509)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中的竖轴Z转动的自由度；A切缝(103)将上圆盘(1)与下圆盘(2)分开；A切槽(104)将上圆盘动刚体(101)和上圆盘静刚体(102)分开；所述下圆盘(2)包括下圆盘动刚体(201)、下圆盘静刚体(202)、B切缝(203)与B切槽(204)，下圆盘动刚体(201)与下圆盘静刚体(202)分别位于内和外两个位置；其中，下圆盘动刚体(201)与下圆盘静刚体(202)间通过J簧片(510)相连，使J簧片(510)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中的竖轴Z转动的自由度；B切缝(203)将下圆盘(2)与外环(3)和内环(4)分开；B切槽(204)将下圆盘动刚体(201)和下圆盘静刚体(202)分开；所述外环(3)包括外环上刚体(301)、外环中间刚体(302)、外环静刚体(303)、C切槽(304)与D切槽(305)，外环中间刚体(302)上端与外环上刚体(301)之间通过A簧片(501)和B簧片(502)相连，使A簧片(501)和B簧片(502)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度；外环中间刚体(302)下端与外环静刚体(303)之间通过E簧片(505)和F簧片(506)相连，使E簧片(505)和F簧片(506)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度；C切槽(304)将外环上刚体(301)与外环中间刚体(302)分开；D切槽(305)将外环中间刚体(302)与外环静刚体(303)分开；A簧片(501)和B簧片(502)的下板面与外环中间刚体(302)的上板面之间的夹角记为α，α＝30°～60°；E簧片(505)和F簧片(506)的下板面与外环中间刚体(302)的上板面之间的夹角记为β，β＝30°～60°；所述内环(4)包括内环上刚体(401)、内环中间刚体(402)、内环静刚体(403)、E切槽(404)与F切槽(405)，内环中间刚体(402)上端与内环上刚体(401)之间通过C簧片(503)和D簧片(504)相连，使C簧片(503)和D簧片(504)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中横轴X转动的自由度；内环中间刚体(402)下端与内环静刚体(403)之间通过G簧片(507)和H簧片(508)相连，使G簧片(507)和H簧片(508)具有绕空间直角坐标系O(x、y、z)中纵轴Y转动的自由度；E切槽(404)将内环上刚体(401)与内环中间刚体(402)分开；F切槽(405)将内环中间刚体(402)与内环静刚体(403)分开；C簧片(503)和D簧片(504)的下板面与内环中间刚体(402)的上板面之间的夹角记为α，α＝30°～60°；E簧片(505)和F簧片(506)的下板面与内环中间刚体(402)的上板面之间的夹角记为β，β＝30°～60°；上述位于同侧的A簧片(501)与C簧片(503)间形成X型交叉簧片柔性机构；位于同侧的B簧片(502)与D簧片(504)间形成X型交叉簧片柔性机构；位于同侧的E簧片(505)与G簧片(507)间形成X型交叉簧片柔性机构；位于同侧的F簧片(506)与H簧片(508)间形成X型交叉簧片柔性机构；位于同侧的I簧片(509)与J簧片(510)形成X型交叉簧片柔性机构；上述外环上刚体(301)与内环上刚体(401)径向间，以及外环静刚体(303)与内环静刚体(403)径向间定位装配；上述上圆盘静刚体(102)与下圆盘静刚体(202)轴向间，上圆盘动刚体(101)与下圆盘动刚体(201)轴向间，以及下圆盘静刚体(202)与外环上刚体(301)轴向间加垫片定位装配。