專利名稱：具有單向復位功能的二自由度鉸接頭的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種采用鋼絲繩軟捕獲方式的機械臂末端效應器的鋼絲繩連接復位裝置
背景技術：
在航天領域中，有一種機械臂末端效應器，它采用的是三根鋼絲繩相互轉動的方式實現對適配器的軟捕獲。每根鋼絲繩的兩頭分別鉸接在兩個可以相對 轉對的同心圓環上，初始狀態下，三根鋼絲繩均勻分布在圓環內側槽內，緊靠圓環內壁，當兩個圓環相對轉動時，鋼絲繩在大致垂直于圓環軸線的平面內轉動，3根鋼絲繩圍城的空間逐漸縮小，最終完成對適配器桿段大頭的抓取。當末端效應器捕獲機構復位時，要求鋼絲繩能回復初始位置以便下一次的捕獲任務順利完成。由于鋼絲繩在捕獲完成后有一個拉緊過程，這個時候適配器長桿末端對鋼絲繩有一個平行于圓環軸的力，由于鋼絲繩與適配器長桿間角度約等于90°，故這個平行于圓環軸向的力分解到鋼絲繩上將得到一個很大的力，此時鋼絲繩會在平行于圓環軸線的平面上轉動一定角度，當拉緊過程釋放時，要求鋼絲繩回到初始平面位置以便在捕獲釋放時鋼絲繩能順利回到圓環內壁的槽內。現有的末端效應器捕獲機構所采用的鉸接頭采用的是兩根相互垂直的軸錯位連接，鋼絲繩接頭末端打孔后直接與鉸接頭最外邊的軸相連。這種鉸接頭有幾個缺陷只具備兩個轉動自由度，不具備彈簧自動復位功能，在捕獲機構重復多次工作時，時常會出現鋼絲繩無法順利返回圓環內壁凹槽的現象；由于捕獲機構對于三根鋼絲繩的長度要求相當嚴格，這就使得鋼絲繩與接頭固定時難度加大；鋼絲繩的拉力在經過鉸接頭后分解為兩個不相交的空間力，使得最端部的軸會額外受到一個彎矩作用，容易造成該軸安裝孔受力不均。
發明內容
發明的目的現有的捕獲機構鋼絲繩鉸接頭無法自動復位，且鋼絲繩長度無法自由調節。本發明在傳統的球鉸基礎上，將復位彈簧，復位扭簧和可調節螺紋連接加入到鉸接頭中，彌補現有絞接頭的不足。本發明的技術方案兩個內部加工有圓柱形槽與彈簧片安裝位的外殼，夕卜殼一端有半圓形伸長段，半圓柱面上攻螺紋，兩個外殼的半圓伸長段合起來可組成一個螺釘，可安裝固結有鋼絲繩的帶內螺紋的金屬套；還包括可在兩個外殼組成的圓柱空腔內滾動的加工有對稱凹槽的圓柱，在兩個凹槽的對稱片面垂直于圓柱軸線的方向上加工有安裝軸的光滑通孔；還包括安裝在軸上，最外端有平直段的復位扭簧。還包括兩端固結有帶內螺紋金屬套的鋼絲繩，兩端金屬套中螺紋旋向相反。本發明的有益效果I.兩個方向轉動自由度的中心軸相交在鉸接頭中軸的中心點上，將平行于圓環軸線的力轉化為鉸接頭中軸的軸向力，大大提高鉸接頭承載力；
2.內部復位彈簧片在安裝到外殼內后處于預緊狀態，且無論鉸接頭上下轉動均擁有復位功能；3.固結在鋼絲繩上的金屬套內螺紋旋向相反，但兩端各連接一個鉸接頭時，只需轉動鋼絲繩即可調節兩個鉸接頭之間的距離。
圖I具有復位功能的二自由度鉸接頭結構示意2具有復位功能的二自由度鉸接頭外觀中的標號名稱1、底座，2、夕卜殼,3、復位彈簧片,4、轉動軸,5、復位扭簧,6、開槽圓柱，7、固結在鋼絲繩端部的金屬套，8、鋼絲繩，9、外殼(帶沉頭孔)。
具體實施方案本發明的基本原理I.如圖I所示，鋼絲繩在垂直于紙面方向轉動時，開槽圓柱6繞轉動軸4轉動，開槽圓柱6與外殼2之間沒有相對運動,外殼的伸長段安裝金屬套筒7的部分迫使扭簧5發生扭轉，產生扭力。當驅動鋼絲繩8轉動的力消失后，扭簧5的扭力迫使外殼2帶動開槽圓柱6朝初始位置轉動,實現復位；2.如圖I所示，鋼絲繩在平行于紙面方向轉動時，開槽圓柱6與轉動軸4相對靜止，外殼2與開槽圓柱6之間相對轉動，由于此處接觸為圓柱面接觸，故承載能力強。外殼
2與開槽圓柱6之間相對轉動使開槽圓柱的槽的一邊壓迫復位彈簧片3，由于結構對稱布置，故開槽圓柱的兩個槽均壓彈簧片使彈簧片3產生變形，產生較大的回復力，當驅動鋼絲繩轉動的力消失時，彈簧片3上的力驅動外殼2回復初始位置，完成復位。鋼絲繩8兩端各連接有一個鉸接頭，且兩端的套筒7內螺紋旋向相反，兩側鉸接頭底座I不轉動時，轉動鋼絲繩8，鋼絲繩兩端的金屬套筒7同時往鉸接頭方向旋進或旋出，從而調整兩個鉸接頭之間鋼絲繩的長度。
權利要求
1.一種帶復位功能的二自由度鉸接頭，其特征在于每個鉸接頭兩外殼內都加工有圓柱形槽與彈簧片安裝槽，外殼一端有半圓形仲長段，半圓柱面上攻螺紋，兩個外殼的半圓伸長段合起來可組成一個完整的螺釘，可安裝固結有鋼絲繩且帶內螺紋的金屬套管。
2.根據權利要求I所述的帶復位功能的二自由度鉸接頭，其特征在于一個表面光滑的圓柱，可在兩個外殼組成的圓柱空腔內滾動，在其側面對稱加工有凹槽，在兩個凹槽的對稱面上且垂直于圓柱軸線的方向上加工有安裝軸的光滑通孔。
3.根據權利要求I所述的帶復位功能的二自由度鉸接頭，其特征在于一個最外端有平直段的復位扭簧安裝在軸上。
4.根據權利要求I所述的帶復位功能的二自由度鉸接頭，其特征在于兩端固結有帶內螺紋金屬套的鋼絲繩，兩端金屬套中螺紋旋向相反。
全文摘要
一種帶復位功能的二自由度鉸接頭，屬于一種采用鋼絲繩軟捕獲方式的機械臂末端效應器的鋼絲繩連接復位裝置。該鉸接頭由外殼(2)(9)、中心開槽圓柱(6)、轉動軸(4)組成二自由度鉸接頭，由復位彈簧片(3)與復位扭簧(5)組成自動復位裝置。其特點是，鉸接頭兩個方向轉動的軸心在同一個點上，且在普通鉸接頭的基礎上加入復位彈簧片(3)與復位扭簧(6)，使得鉸接頭所連接的鋼絲繩(8)轉動后能自動回復初始位置。
文檔編號F16C11/12GK102878195SQ201210359188
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者陳金寶, 鄧飛, 聶宏, 陳萌, 曾占魁, 博偉, 楊銘波, 陳傳志 申請人:南京航空航天大學