本發(fā)明涉及一種球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，屬于工程機(jī)械及自動(dòng)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、機(jī)械臂或吊車起吊轉(zhuǎn)移物品時(shí)，采用吊帶、鋼絲繩等柔性結(jié)構(gòu)作為起吊工具存在擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)，采用拉桿等剛性起吊工具可以提高抗擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。移動(dòng)式機(jī)器人及吊車的姿態(tài)存在傾斜可能，拉桿起吊工具可以通過自適應(yīng)傾斜角度，保持與重力方向重合，避免拉桿因?yàn)榕c重力方向不重合產(chǎn)生較大彎矩，增加拉桿的斷裂風(fēng)險(xiǎn)。三自由度自由旋轉(zhuǎn)的球形關(guān)節(jié)連接可以使拉桿起吊工具適應(yīng)重力的方向，但是自由旋轉(zhuǎn)的球關(guān)節(jié)使起吊目標(biāo)發(fā)生繞球關(guān)節(jié)單擺運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明提供一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，旨在為吊具和機(jī)械臂末端或吊車與拉桿提供一種自適應(yīng)吊車姿態(tài)傾斜的防止晃動(dòng)的連接機(jī)構(gòu)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括：上半球殼、下半球殼、球頭組件；上半球殼、下半球殼連接形成球形關(guān)節(jié)球腔，球頭組件位于球形關(guān)節(jié)球腔內(nèi)；

3、所述球頭組件包含球頭、若干個(gè)摩擦片組件及摩擦片復(fù)位組件、拉桿組件、拉桿復(fù)位壓簧、限位螺套；所述球頭沿球頭中心軸開有階梯通孔，拉桿組件安裝在階梯通孔內(nèi)，拉桿復(fù)位壓簧安裝在拉桿組件上；限位螺套安裝在拉桿組件一端，并將拉桿組件安裝在球頭上；若干個(gè)摩擦片組件及相應(yīng)的摩擦片復(fù)位組件繞球頭中心軸安裝在球頭一端，球頭上的摩擦片組件容納通孔和摩擦片復(fù)位組件容納通孔的中心軸相互垂直；摩擦片組件與拉桿組件接觸，在球頭上的摩擦片組件容納通孔內(nèi)滑動(dòng)，由拉桿組件和摩擦片復(fù)位組件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)球頭和球形關(guān)節(jié)球腔之間鎖緊和解鎖。

4、進(jìn)一步的，所述上半球殼的內(nèi)表面中間區(qū)域?yàn)楣饣蛎妫饣蛎娴耐鈬鸀榉枪饣鲎璞砻?；所述球頭的外包絡(luò)表面為光滑球面，階梯通孔一端為限位螺套安裝螺紋孔，階梯通孔另一端的端口處繞球頭中心軸均勻分布若干個(gè)斜切平面a，每個(gè)斜切平面a上均設(shè)置摩擦片復(fù)位組件容納通孔，在球頭表面設(shè)置有斜切平面a的一端繞球頭中心軸均勻分布若干斜切平面b，每個(gè)斜切平面b上均設(shè)置摩擦片組件容納通孔，摩擦片組件容納通孔與摩擦片復(fù)位組件容納通孔一一對應(yīng)，摩擦片組件容納通孔的中心軸與對應(yīng)的摩擦片復(fù)位組件容納通孔中心軸相互垂直。

5、進(jìn)一步的，所述摩擦片組件包括摩擦片頂柱、簧片、摩擦片和連接螺釘，摩擦片和簧片通過連接螺釘安裝在摩擦片頂柱一端，簧片位于摩擦片和摩擦片頂柱端部之間；所述摩擦片頂柱的側(cè)壁上設(shè)有環(huán)槽，與拉桿組件接觸的一端為球面；所述摩擦片的側(cè)面為圓柱面，頂面為與上半球殼的非光滑增阻表面相同半徑的弧面，底面為平面，中心開有沉頭螺釘孔。

6、進(jìn)一步的，所述摩擦片復(fù)位組件包括螺帽、復(fù)位壓簧、滑靴、限位球，螺帽安裝在球頭上；復(fù)位壓簧位于螺帽和滑靴之間，在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程中，復(fù)位壓簧壓縮量增加，在摩擦片組件復(fù)位過程壓縮量減小，為限位球提供推力；限位球位于滑靴和摩擦片頂柱之間；摩擦片組件復(fù)位是指摩擦片在摩擦片頂桿牽引下與上半球殼接觸面分離，球形關(guān)節(jié)回到解鎖狀態(tài)；在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程中，摩擦片頂桿斜面推動(dòng)限位球及滑靴滑動(dòng)壓縮復(fù)位壓簧；在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)解鎖過程中，限位球推動(dòng)摩擦片頂桿使摩擦片頂桿反方向運(yùn)動(dòng)，摩擦片與上半球殼分離，限位球進(jìn)入摩擦片頂柱側(cè)壁上的環(huán)槽內(nèi)。

7、進(jìn)一步的，所述拉桿組件包含螺套、內(nèi)球頂柱、球副預(yù)緊壓簧、拉桿；內(nèi)球頂柱安裝在螺套的中心孔中，內(nèi)球頂柱能夠沿螺套的中心孔移動(dòng)，螺套對內(nèi)球頂柱進(jìn)行軸向限位；螺套安裝在拉桿設(shè)置有容腔的一端，所述球副預(yù)緊壓簧位于拉桿端部的容腔內(nèi)，兩端分別壓緊在內(nèi)球頂柱和拉桿上，為保持球頭處于中心位置提供預(yù)壓力。

8、進(jìn)一步的，所述拉桿為多段階梯軸，一端設(shè)有臺階孔，用于安裝螺套、內(nèi)球頂柱和球副預(yù)緊壓簧，從拉桿一端到另一端依次包括鎖止段、動(dòng)作段、解鎖段、導(dǎo)向段、對外接口段；鎖止段為圓柱結(jié)構(gòu)，動(dòng)作段為圓臺結(jié)構(gòu)，解鎖段為圓柱結(jié)構(gòu)；動(dòng)作段的大端連接鎖止段，小端連接解鎖段；導(dǎo)向段為大直徑圓柱，直徑大于鎖止段；對外接口段為帶有導(dǎo)向突起和對外連接螺紋的圓柱，導(dǎo)向突起的長度大于鎖止段、動(dòng)作段、解鎖段長度的總和。

9、進(jìn)一步的，所述內(nèi)球頂柱為階梯軸，小徑軸段穿過螺套指向上半球殼的內(nèi)表面，大徑軸段直徑大于螺套的中心孔，壓緊在球副預(yù)緊壓簧上。

10、進(jìn)一步的，所述限位螺套沿中心軸設(shè)有階梯孔，限位螺套外表面設(shè)有外螺紋；階梯孔的大端為圓孔，小端為帶有導(dǎo)向凸臺的通孔，導(dǎo)向凸臺繞小端周向均勻分布。

11、進(jìn)一步的，所述球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在解鎖狀態(tài)下，拉桿在拉桿復(fù)位壓簧作用下導(dǎo)向段的端面壓緊在球頭的階梯通孔的臺階面上，內(nèi)球頂柱支撐在上半球殼內(nèi)部的光滑表面以保持球頭位于球形關(guān)節(jié)球腔中心位置，摩擦片頂柱在限位球及復(fù)位壓簧的作用下與上半球殼的內(nèi)表面保持間隙；拉桿和球頭能夠在球形關(guān)節(jié)球腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小由拉桿穿過的下半球殼上的球面中心孔的大小決定。

12、進(jìn)一步的，所述球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程為：拉桿受到軸向拉力作用時(shí)，沿著拉力方向滑動(dòng)，拉桿的動(dòng)作段推動(dòng)摩擦片頂柱沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，壓縮簧片和復(fù)位壓簧，并推動(dòng)摩擦片壓緊在上半球殼內(nèi)表面的非光滑增阻表面上；當(dāng)摩擦片頂柱與鎖止段接觸時(shí)，完成鎖緊；

13、所述球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)從鎖緊狀態(tài)到解鎖狀態(tài)的過程為：拉桿受到拉力減小后，拉桿復(fù)位壓簧推動(dòng)拉桿向球形關(guān)節(jié)球腔內(nèi)部方向運(yùn)動(dòng)，復(fù)位壓簧推動(dòng)摩擦片頂柱反向復(fù)位運(yùn)動(dòng)，摩擦片與上半球殼的內(nèi)表面分離，拉桿恢復(fù)自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：

15、本發(fā)明的球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，具有受拉鎖緊功能，可應(yīng)用在吊具和機(jī)械臂末端或吊車與拉桿，采用本發(fā)明的球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的拉桿起吊可以通過三自由度旋轉(zhuǎn)自適應(yīng)拉力角度，保持與拉力方向重合，避免拉桿產(chǎn)生較大彎矩而破壞；拉桿受拉力后鎖緊，避免繞球關(guān)節(jié)單擺運(yùn)動(dòng)，減少晃動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括：上半球殼(7)、下半球殼(1)、球頭組件；上半球殼(7)、下半球殼(1)連接形成球形關(guān)節(jié)球腔，球頭組件位于球形關(guān)節(jié)球腔內(nèi)；

2.如權(quán)利要求1所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述上半球殼(7)的內(nèi)表面中間區(qū)域?yàn)楣饣蛎妫饣蛎娴耐鈬鸀榉枪饣鲎璞砻?；所述球頭(2)的外包絡(luò)表面為光滑球面，階梯通孔一端為限位螺套安裝螺紋孔，階梯通孔另一端的端口處繞球頭中心軸均勻分布若干個(gè)斜切平面a，每個(gè)斜切平面a上均設(shè)置摩擦片復(fù)位組件容納通孔，在球頭表面設(shè)置有斜切平面a的一端繞球頭中心軸均勻分布若干斜切平面b，每個(gè)斜切平面b上均設(shè)置摩擦片組件容納通孔，摩擦片組件容納通孔與摩擦片復(fù)位組件容納通孔一一對應(yīng)，摩擦片組件容納通孔的中心軸與對應(yīng)的摩擦片復(fù)位組件容納通孔中心軸相互垂直。

3.如權(quán)利要求2所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述摩擦片組件包括摩擦片頂柱(3)、簧片(4)、摩擦片(5)和連接螺釘(6)，摩擦片(5)和簧片(4)通過連接螺釘(6)安裝在摩擦片頂柱(3)一端，簧片(4)位于摩擦片(5)和摩擦片頂柱(3)端部之間；所述摩擦片頂柱(3)的側(cè)壁上設(shè)有環(huán)槽，與拉桿組件接觸的一端為球面；所述摩擦片(5)的側(cè)面為圓柱面，頂面為與上半球殼(7)的非光滑增阻表面相同半徑的弧面，底面為平面，中心開有沉頭螺釘孔。

4.如權(quán)利要求3所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述摩擦片復(fù)位組件包括螺帽(11)、復(fù)位壓簧(12)、滑靴(13)、限位球(14)，螺帽(11)安裝在球頭(2)上；復(fù)位壓簧(12)位于螺帽(11)和滑靴(13)之間，在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程中，復(fù)位壓簧(12)壓縮量增加，在摩擦片組件復(fù)位過程壓縮量減小，為限位球(14)提供推力；限位球(14)位于滑靴(13)和摩擦片頂柱(3)之間；摩擦片組件復(fù)位是指摩擦片(5)在摩擦片頂桿(3)牽引下與上半球殼(7)接觸面分離，球形關(guān)節(jié)回到解鎖狀態(tài)；在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程中，摩擦片頂桿(3)斜面推動(dòng)限位球(14)及滑靴(13)滑動(dòng)壓縮復(fù)位壓簧(12)；在所述球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)解鎖過程中，限位球(14)推動(dòng)摩擦片頂桿(3)使摩擦片頂桿(3)反方向運(yùn)動(dòng)，摩擦片(5)與上半球殼(7)分離，限位球(14)進(jìn)入摩擦片頂柱(3)側(cè)壁上的環(huán)槽內(nèi)。

5.如權(quán)利要求4所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述拉桿組件包含螺套(15)、內(nèi)球頂柱(16)、球副預(yù)緊壓簧(17)、拉桿(18)；內(nèi)球頂柱(16)安裝在螺套(15)的中心孔中，內(nèi)球頂柱(16)能夠沿螺套(15)的中心孔移動(dòng)，螺套(15)對內(nèi)球頂柱(16)進(jìn)行軸向限位；螺套(15)安裝在拉桿(18)設(shè)置有容腔的一端，所述球副預(yù)緊壓簧(17)位于拉桿(18)端部的容腔內(nèi)，兩端分別壓緊在內(nèi)球頂柱(16)和拉桿(18)上，為保持球頭(2)處于中心位置提供預(yù)壓力。

6.如權(quán)利要求5所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述拉桿(18)為多段階梯軸，一端設(shè)有臺階孔，用于安裝螺套(15)、內(nèi)球頂柱(16)和球副預(yù)緊壓簧(17)，從拉桿一端到另一端依次包括鎖止段、動(dòng)作段、解鎖段、導(dǎo)向段、對外接口段；鎖止段為圓柱結(jié)構(gòu)，動(dòng)作段為圓臺結(jié)構(gòu)，解鎖段為圓柱結(jié)構(gòu)；動(dòng)作段的大端連接鎖止段，小端連接解鎖段；導(dǎo)向段為大直徑圓柱，直徑大于鎖止段；對外接口段為帶有導(dǎo)向突起和對外連接螺紋的圓柱，導(dǎo)向突起的長度大于鎖止段、動(dòng)作段、解鎖段長度的總和。

7.如權(quán)利要求6所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)球頂柱(16)為階梯軸，小徑軸段穿過螺套(15)指向上半球殼(7)的內(nèi)表面，大徑軸段直徑大于螺套(15)的中心孔，壓緊在球副預(yù)緊壓簧(17)上。

8.如權(quán)利要求7所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述限位螺套(20)沿中心軸設(shè)有階梯孔，限位螺套外表面設(shè)有外螺紋；階梯孔的大端為圓孔，小端為帶有導(dǎo)向凸臺(24)的通孔，導(dǎo)向凸臺(24)繞小端周向均勻分布。

9.如權(quán)利要求8所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在解鎖狀態(tài)下，拉桿(18)在拉桿復(fù)位壓簧(19)作用下導(dǎo)向段的端面壓緊在球頭(2)的階梯通孔的臺階面上，內(nèi)球頂柱(16)支撐在上半球殼(7)內(nèi)部的光滑表面以保持球頭(2)位于球形關(guān)節(jié)球腔中心位置，摩擦片頂柱(3)在限位球(14)及復(fù)位壓簧(12)的作用下與上半球殼(7)的內(nèi)表面保持間隙；拉桿(18)和球頭(2)能夠在球形關(guān)節(jié)球腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小由拉桿(18)穿過的下半球殼(1)上的球面中心孔的大小決定。

10.如權(quán)利要求9所述的一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述球關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)鎖緊過程為：拉桿(18)受到軸向拉力作用時(shí)，沿著拉力方向滑動(dòng)，拉桿(18)的動(dòng)作段推動(dòng)摩擦片頂柱(3)沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，壓縮簧片(4)和復(fù)位壓簧(12)，并推動(dòng)摩擦片(5)壓緊在上半球殼(7)內(nèi)表面的非光滑增阻表面上；當(dāng)摩擦片頂柱(3)與鎖止段接觸時(shí)，完成鎖緊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有受拉鎖緊功能的球形關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括上、下半球殼和球頭組件。上半球殼設(shè)有光滑表面和增阻表面，下半球殼中間設(shè)有通孔，上、下半球殼通過法蘭連接，形成球腔；球頭組件位于球腔內(nèi)，包含球頭、多個(gè)摩擦片組件及摩擦片復(fù)位組件、拉桿組件、拉桿復(fù)位壓簧、限位螺套，拉桿組件穿過球腔下端孔。拉桿不受拉力時(shí)，摩擦片組件與上半球殼增阻表面不接觸,球形關(guān)節(jié)可以在一定范圍內(nèi)3自由度自由轉(zhuǎn)動(dòng)；拉桿組件受到拉力時(shí)，在球頭滑道內(nèi)向下滑動(dòng)，推動(dòng)摩擦片組件與上半球殼壓緊，摩擦阻力矩阻礙球關(guān)節(jié)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鎖緊；拉桿受拉力卸載后，球形關(guān)節(jié)在拉桿復(fù)位壓簧和摩擦片復(fù)位組件驅(qū)動(dòng)下恢復(fù)自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：余運(yùn)鋒,王帥,竹陽升,周卓,陳剛,周艾玉,賴東方,陳輝,袁勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8