PL248364B1 - Przegub - Google Patents

Abstract

Ujawniony jest przegub, którego korpus (2) zakończony jest wrębem (22) zębatki (11) o trapezowym przekroju poprzecznym, którego płaskie powierzchnie boczne (23) o kącie zarysu (α) rozmieszczone są symetrycznie względem siebie i stykają się liniowo z obydwu stron z powierzchniami (24) o zarysie ewolwentowym tworzącymi ząb (25), stanowiący część zakończenia widlastego (4) wychylnego członu (3). Szerokość (s) wrębu (22) na średnicy podziałowej (2•R) jest równa szerokości grubości zęba (25). Korpus (2) osadzony jest obrotowo na nieruchomej osi, połączonej z dwuramiennym członem roboczym (1). W górnej części korpusu (2) w rowkach osadzone są symetrycznie sprężyste ramiona (12), które z drugiej strony połączone są z płaską sprężyną (5). Korpus (2) połączony jest ruchomo z członem wychylnym (3), posiada w górnej części gniazdo walcowe z osadzonym w nim walcowym elementem tocznym, dociskanym w kierunku gniazda walcowego przez płaską sprężynę (5). Oś w dolnej części posiada gniazdo w postaci wycięcia łukowego, w którym osadzone są symetrycznie względem siebie dwie płaskie sprężyny w kształcie litery M, przylegające do zewnętrznej powierzchni stożkowej rozpieracza (6), osadzonego w otworze tulei (20), która połączona jest z członem roboczym (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przegub o walcowo - ewolwentowej konstrukcji, przeznaczony do stosowania w przegubach robotów przemysłowych, w szczególności robotów kroczących, egzoszkieletów oraz robotów humanoidalnych.

Z polskiego opisu patentowego PL 198014 B1 znany jest przegub kulowy, składający się z dwóch części, z których druga część ma kulisty otwór połączony zatrzaskowo z pierwszą częścią w kształcie kuli z odchodzącą szyjką mającą półkulistą osłonę umieszczoną ślizgowo na zewnętrznej powierzchni kulistego otworu. Średnica otworu kulistego w świetle jest mniejsza od średnicy kuli, a kula z odchodzącą szyjką jest wykonana z jednego materiału.

Z opisu patentowego US 8353776 B2 znany jest uniwersalny przegub kulowy, który zawiera pierwszy korpus obrotowy i drugi korpus obrotowy połączone ze sobą obrotowo. Pierwszy korpus obrotowy zawiera eliptyczny łeb i część łączącą. Łeb ma główną oś i mniejszą oś prostopadłą do głównej osi. Drugi korpus obrotowy wyznacza eliptyczne gniazdo kulowe sprzęgnięte obrotowo z łbem pierwszego korpusu obrotowego tak, że łeb może obracać się wokół głównej osi lub mniejszej osi łba.

Znany jest również ujawniony w dokumencie EP 1739022 B1 przegub do słupków stojaka transportowego i magazynowego, z dwoma członami konstrukcyjnymi, które mogą być przestawiane z ustalonego położenia końcowego w położenie odchylone, w którym są one przechylone względem siebie o ograniczony kąt. Jeden z tych dwóch członów konstrukcyjnych ma co najmniej jedno gniazdo do ustalenia drugiego członu konstrukcyjnego. Gniazdo takie ma powierzchnię prowadzącą nachyloną do pionu w stanie roboczym przegubu, na której jest prowadzony drugi człon konstrukcyjny. Aby przestawić oba te człony konstrukcyjne z ustalonego położenia końcowego w położenie odchylenia, oba te człony przemieszczają się względem siebie wzdłuż powierzchni prowadzącej, aż przegub osiągnie położenie odchylenia i będzie możliwe wzajemne przestawienie obrotowe tych członów konstrukcyjnych.

W związku z nowymi zastosowaniami przegubów, przykładowo w konstrukcjach robotów przemysłowych, w szczególności egzoszkieletów czy robotów humanoidalnych i robotów kroczących, nieustannie wzrastają wymagania co do wysokiej stabilności działania oraz regulacji powstających w trakcie ich pracy napięć. Z tego względu u podstaw przedmiotowego wynalazku leży opracowanie nowej i niezawodnej w działaniu konstrukcji przegubu, w którym zapewniona jest regulacja oporów ruchu, zwłaszcza przy równoczesnej możliwości obrotu jego członów roboczych w dowolnym kierunku.

Przegub według wynalazku zawiera korpus ruchomo połączony z członem wychylnym. Przegub charakteryzuje się tym, że zapewnione są w nim dwa powiązane i współdziałające ze sobą węzły kinematyczne, tj. węzeł zębaty oraz węzeł obrotowy. W węźle zębatym korpus zakończony jest wrębem zębatki, która w przekroju poprzecznym posiada kształt trapezowy, którego płaskie powierzchnie boczne o kącie zarysu rozmieszczone są symetrycznie względem siebie i stykają się liniowo z obydwu stron z powierzchniami o zarysie ewolwentowym tworzącymi ząb, stanowiący część zakończenia widlastego wychylnego członu. Szerokość wrębu na średnicy podziałowej jest równa szerokości grubości zęba. W węźle obrotowym z kolei korpus osadzony jest obrotowo na nieruchomej osi, połączonej z dwuramiennym członem roboczym. Ponadto, w górnej części korpusu w rowkach osadzone są symetrycznie sprężyste ramiona, które z drugiej strony połączone są z płaską sprężyną. Człon wychylny posiada w górnej części gniazdo walcowe, w którym osadzony jest walcowy element toczny, dociskany w kierunku gniazda walcowego przez płaską sprężynę. Oś w dolnej części posiada gniazdo w postaci wycięcia łukowego, w którym osadzone są symetrycznie względem siebie dwie płaskie sprężyny w kształcie litery M, przylegające do zewnętrznej powierzchni stożkowej rozpieracza, osadzonego w otworze tulei, która połączona jest z członem roboczym.

Korzystnie, gdy płaska sprężyna posiada wygięte łukowo zakończenia, które połączone są ze sprężystymi ramionami za pośrednictwem śrub wkręconych w gwintowany otwór tulei osadzonych we współosiowych otworach sprężyny i sprężystych ramion.

Korzystnie także, gdy pomiędzy śrubami a górną powierzchnią sprężyny umieszczone są podkładki dociskowe.

Korzystnie jest również, gdy sprężyste ramiona osadzone są w rowkach korpusu za pomocą połączenia śrubowego.

Ponadto korzystnie, gdy walcowy element toczny styka się liniowo z dolną powierzchnią sprężyny wzdłuż najwyżej położonej tworzącej powierzchni walcowej walcowego elementu tocznego, przy czym tworząca powierzchni walcowej pokrywa się z osią koła podziałowego zazębienia ewolwentowego.

Korzystnie, gdy walcowy element toczny stanowi wałek.

Również korzystnie, gdy walcowy element toczny stanowi rolka toczna.

Dodatkowo korzystnie jest, gdy zakończenie widlaste połączone jest z członem wychylnym za pomocą połączenia gwintowanego oraz śrub mocujących.

Korzystnie też, gdy rozpieracz wkręcony jest w gwintowany otwór tulei, która połączona jest gwintowo z członem roboczym.

Dzięki zastosowaniu dwóch węzłów kinematycznych, tj. odpowiednio węzła obrotowego oraz węzła zębatego, zaletą wynalazku jest możliwość regulacji oporów ruchu przy równoczesnym zapewnieniu obrotu członów roboczych przegubu w dowolnym kierunku.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przegub według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia przegub według wynalazku w widoku z boku, fig. 3 przedstawia przegub w przekroju pionowym w płaszczyźnie A-A z fig. 1, fig. 4 przedstawia przegub w przekroju pionowym w płaszczyźnie B-B z fig. 2, fig. 5 przedstawia widok z przodu członu wychylnego oraz jego przekrój, fig. 6 przedstawia widok korpusu w widoku z przodu oraz jego przekrój, oraz fig. 7 przedstawia widok osi oraz jej przekrój poprzeczny.

Zgodnie z przykładem wykonania na fig. 1-4 przegub zawiera korpus 2, który ruchomo połączony jest z członem wychylnym 3, przy czym korpus 2 posiada zębatkę 11 a człon wychylny 3 z jednej strony zakończony jest zębem 25, co zapewnia kątowo wychylny ruch przegubu w płaszczyźnie πι. Korpus 2 osadzony jest obrotowo w nieruchomej osi 8, połączonej na stałe z dwuramiennym członem roboczym 1, co zapewnia kątowo wychylny ruch przegubu w płaszczyźnie Π2.

Jak pokazano na fig. 6 korpus 2 zakończony jest wrębem 22 zębatki 11, która w przekroju poprzecznym posiada kształt trapezowy. Płaskie powierzchnie boczne 23 wrębu 22, o kącie zarysu α, są rozmieszczone symetrycznie względem siebie i stykają się liniowo z obydwu stron z powierzchniami 24 o zarysie ewolwentowym tworzącymi - jak pokazano na fig. 5 - pojedynczy ząb 25, który jest elementem zakończenia widlastego 4 wychylnego członu 3 przegubu. Szerokość s wrębu 22 na średnicy podziałowej 2· R jest równa szerokości grubości zęba 25.

W górnej części korpusu 2 w rowkach 21 osadzone są na stałe przy pomocy śrub 19, symetrycznie z obydwu stron, sprężyste ramiona 12. Sprężyste ramiona 12, z drugiej strony, połączone są na stałe z płaską sprężyną 5 z wygiętymi łukowo zakończeniami 26 poprzez wkręcenie śrub 13 w gwintowany otwór tulei 17, która osadzona jest we współosiowych otworach sprężyny płaskiej 5 i sprężystych ramion 12. Dodatkowo, pomiędzy śrubami 13 a górną powierzchnią sprężyny 5 umieszczone są podkładki dociskowe 14. Ponadto, do zabezpieczenia śruby 13, na styku sprężystych ramion 12 oraz łukowych zakończeń 26 sprężyny 5 zastosowane są nakrętki 15 oraz podkładki 16.

Zgodnie z prezentowanym przykładem wykonania, zakończenie widlaste 4 jest połączone na stałe z członem wychylnym 3 przy pomocy znanego połączenia gwintowego z zastosowaniem śrub mocujących 18. Ponadto człon wychylny 3 posiada w swej górnej części gniazdo walcowe 28, w którym - zgodnie z przykładem wykonania - osadzony jest wałek 10. Dla znawcy dziedziny wynalazku oczywistym będzie, że w gnieździe walcowym 28 umieszczony może być dowolny inny walcowy element toczny, np. rolka toczna. Jak pokazano na fig. 3, 4 i 5 wałek 10 dociskany jest w kierunku gniazda walcowego 28 przez znajdującą się powyżej, napiętą sprężynę płaską 5. Wałek 10 styka się liniowo z powierzchnią płaską sprężyny 5 wzdłuż najwyżej położonej tworzącej 27 powierzchni walcowej wałka 10 i przemieszcza w płaszczyźnie πι prostopadłej do osi koła podziałowego wzdłuż linii prostej pokrywającej się z powierzchnią sprężyny 5. Zgodnie z wynalazkiem, tworząca 27 walca 10 pokrywa się z osią koła podziałowego zazębienia ewolwentowego.

Dodatkowo, jak pokazano na fig. 3, 4 i 7, nieruchoma oś 8 przegubu w swej dolnej części posiada gniazdo 9 w postaci wycięcia łukowego, w którym osadzone są symetrycznie względem siebie dwie płaskie sprężyny 7, uformowane w kształcie litery „M”. Sprężyny 7 przylegają do zewnętrznej powierzchni stożkowej rozpieracza 6 wkręconego w gwintowany otwór tulei 20, która jest połączona na stałe przy pomocy połączenia gwintowego z członem roboczym 1 przegubu.

Zgodnie z wynalazkiem, poprzez zastosowanie dwóch węzłów kinematycznych, tj. węzła zębatego o zarysie ewolwentowym oraz węzła obrotowego w zakresie zamocowania korpusu 2 na osi 8 w członie roboczym 1 możliwe jest odchylenie przegubu w dwóch płaszczyznach, tj. płaszczyźnie πι prostopadłej do osi koła podziałowego zęba 25, oraz prostopadłej do niej płaszczyźnie Π2. Dodatkowo, dzięki zastosowanej konstrukcji przegubu człon wychylny 3 porusza się tak jak fragment koła zazębionego z zębatką 11 - gdzie oś okręgu podziałowego zazębienia ewolwentowego tożsama z tworzącą 27 walca 10 osadzonego na członie wychylnym 3 porusza się po linii prostej n, równoległej do płaszczyzny podziałowej zębatki 11.

Jak pokazano zgodnie z prezentowanym przykładem wykonania na fig. 1 i 3 - kąt wychylenia β przegubu względem jego osi podłużnej w płaszczyźnie πι zawiera się w przedziale ±15°, z kolei kąt wychylenia γ przegubu względem jego osi podłużnej w płaszczyźnie π2 wynosi ±18°. Dodatkowo, przy promieniu koła podziałowego R = 50 mm uzyskuje się przesuw wzdłuż linii prostej n wynoszący 13 mm. Ząb koła zębatego stanowi fragment pełnego koła o module m = 5 mm, posiadającego 20 zębów o podziałce osiowej pt = 5 π.

Przegub według wynalazku - oprócz wskazanych zastosowań w zakresie egzoszkieletów czy robotów kroczących i humanoidalnych - z powodzeniem stosowany może być w różnego rodzaju innych układach i konstrukcjach, w których wymagana jest wysoka stabilność realizowanego ruchu, w szczególności w robotyce, w robotach wielonożnych, w urządzeniach pomiarowych, w manipulatorach czy robotach przemysłowych.

Oczywiście, przedmiotowy wynalazek nie ogranicza się tylko do przedstawionego powyżej przykładu wykonania. Możliwe są różne jego modyfikacje i rozwinięcia w ramach załączonych zastrzeżeń patentowych, bez odejścia od istoty wynalazku.

Claims (9)

1. Przegub zawierający korpus 2 ruchomo połączony z członem wychylnym 3, znamienny tym, że korpus (2) zakończony jest wrębem (22) zębatki (11), która w przekroju poprzecznym posiada kształt trapezowy, którego płaskie powierzchnie boczne (23) o kącie zarysu (α) rozmieszczone są symetrycznie względem siebie i stykają się liniowo z obydwu stron z powierzchniami (24) o zarysie ewolwentowym tworzącymi ząb (25), stanowiący część zakończenia widlastego (4) wychylnego członu (3), gdzie szerokość (s) wrębu (22) na średnicy podziałowej (2 R) jest równa szerokości grubości zęba (25), przy czym korpus (2) osadzony jest obrotowo na nieruchomej osi (8) połączonej z dwuramiennym członem roboczym (1), a w górnej części korpusu (2) w rowkach (21) osadzone są symetrycznie sprężyste ramiona (12), które z drugiej strony połączone są z płaską sprężyną (5), przy czym człon wychylny (3) posiada w górnej części gniazdo walcowe (28), w którym osadzony jest walcowy element toczny (10), dociskany w kierunku gniazda walcowego (28) przez płaską sprężynę (5), a oś (8) w dolnej części posiada gniazdo (9) w postaci wycięcia łukowego, w którym osadzone są symetrycznie względem siebie dwie płaskie sprężyny (7) w kształcie litery M, przylegające do zewnętrznej powierzchni stożkowej rozpieracza (6), osadzonego w otworze tulei (20), która połączona jest z członem roboczym (1).

2. Przegub według zastrz. 1, znamienny tym, że sprężyna (5) posiada wygięte łukowo zakończenia (26), które połączone są ze sprężystymi ramionami (12), za pośrednictwem śrub (13) wkręconych w gwintowany otwór tulei (17) osadzonych we współosiowych otworach sprężyny (5) i sprężystych ramion (12).

3. Przegub według zastrz. 2, znamienny tym, że pomiędzy śrubami (13) a górną powierzchnią sprężyny (5) umieszczone są podkładki dociskowe (14).

4. Przegub według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że sprężyste ramiona (12) osadzone są w rowkach (21) korpusu (2) za pomocą połączenia śrubowego.

5. Przegub według któregokolwiek z zastrzeżeń 1 do 4, znamienny tym, że walcowy element toczny (10) styka się liniowo z dolną powierzchnią sprężyny (5) wzdłuż najwyżej położonej tworzącej (27) powierzchni walcowej walcowego elementu tocznego (10), przy czym tworząca (27) powierzchni walcowej pokrywa się z osią koła podziałowego zazębienia ewolwentowego.

6. Przegub według zastrz. 5, znamienny tym, że walcowy element toczny (10) stanowi wałek.

7. Przegub według zastrz. 5, znamienny tym, że walcowy element toczny (10) stanowi rolka toczna.

8. Przegub według zastrz. 1, znamienny tym, że zakończenie widlaste (4) połączone jest z członem wychylnym (3) za pomocą połączenia gwintowanego oraz śrub mocujących (18).

9. Przegub według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpieracz (6) wkręcony jest w gwintowany otwór tulei (20), która połączona jest gwintowo z członem roboczym (1).