阅读说明：本技术 一种改进型铰链体驱动装置 (Improved hinge body driving device ) 是由 黄万强 于 2020-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改进型铰链体驱动装置,属于机械设备的技术领域,所述驱动装置包括驱动部、导轨总成、输出轴、滑块轴和连杆,所述输出轴与驱动部传动连接,且输出轴通过连杆传递力矩至滑块轴,且输出轴和/或滑块轴可拆卸装配于连杆上；导轨总成包括滑块组件,所述滑块组件内安装有滑块轴,且通过滑块组件实现滑块轴绕X向、Y向和Z向作轴向旋转；导轨总成还包括用于安装滑块组件的滑动导轨,通过滑块组件在滑动导轨内运动实现滑块轴的X向和Y向平动；滑块轴通过滑块组件在滑动导轨内运动实现Z向平动,或通过在滑块组件内运动作Z向平动,以达到通过优化连杆的方案设计,并提升六个自由度的容错能力,以实现长期稳定工作的目的。(The invention discloses an improved hinge body driving device, which belongs to the technical field of mechanical equipment and comprises a driving part, a guide rail assembly, an output shaft, a slider shaft and a connecting rod, wherein the output shaft is in transmission connection with the driving part, transmits torque to the slider shaft through the connecting rod, and is detachably assembled on the connecting rod; the guide rail assembly comprises a sliding block component, a sliding block shaft is arranged in the sliding block component, and the sliding block shaft axially rotates around the X direction, the Y direction and the Z direction through the sliding block component; the guide rail assembly also comprises a sliding guide rail used for mounting the sliding block assembly, and the X-direction translation and the Y-direction translation of the sliding block shaft are realized through the movement of the sliding block assembly in the sliding guide rail; the sliding block shaft moves in the sliding guide rail through the sliding block assembly to realize Z-direction translation, or moves in the sliding block assembly to realize Z-direction translation, so that the aim of realizing long-term stable work by optimizing the scheme design of the connecting rod and improving the fault-tolerant capability of six degrees of freedom is fulfilled.)

一种改进型铰链体驱动装置

技术领域

本发明属于机械设备的技术领域，具体而言，涉及一种改进型铰链体驱动装置。

背景技术

在空间中两个物体绕铰链作相对运动，例如：在我们日常可见的平开门或平开窗的应用上；若要控制两个物体的相对运动能够自动化控制，则需要应用相应的驱动装置，在现有技术中，还驱动装置主要由驱动部、连杆以及导轨总成三大部分组成，但现有技术的驱动装置，在实际应用中主要存在以下缺陷：

(1)对于连杆的加工难度较高，导致制造成本较高，同时，现有的连杆在安装过程中难度较大，易产生形变；

(2)由于加工、安装误差等导致两相对运动的运动方向不平行，而现有的驱动装置在六个自由度(包括在3个正交方向上平动以及3个正交方向所对应的绕轴转动方向)方向的容错能力较差，不能确保装置的长期稳定工作。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种改进型铰链体驱动装置以达到通过优化连杆的方案设计，并提升六个自由度的容错能力，以实现长期稳定工作的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种改进型铰链体驱动装置，所述驱动装置包括驱动部和导轨总成，驱动装置还包括输出轴、滑块轴和连杆，所述输出轴与驱动部传动连接，且输出轴通过连杆传递力矩至滑块轴，且输出轴和/或滑块轴可拆卸装配于连杆上；

导轨总成包括滑块组件，所述滑块组件内安装有滑块轴，且通过滑块组件实现滑块轴绕X向、Y向和Z向作轴向旋转；

导轨总成还包括用于安装滑块组件的滑动导轨，通过滑块组件在滑动导轨内运动实现滑块轴的X向和Y向平动；

滑块轴与滑块组件在Z向方向上作同步运动或相对运动，其中，当滑块轴与滑块组件在Z向方向上作同步运动时，通过滑块组件在滑动导轨的Z向方向上作平动运动实现滑块轴的Z向平动。

进一步地，所述输出轴和/或滑块轴通过锁止组件装配于连杆上并通过螺钉固定锁紧，以实现输出轴与滑块轴之间通过连杆能够稳定、可靠的传递力矩。

进一步地，所述锁止组件包括设于连杆端部的锁止公头，所述输出轴和/或滑块轴上设有锁止母头，锁止公头与锁止母头之间为防止相对转动的配合结构，该配合结构的设计，有利于降低连杆的装配难度和加工难度，并可降低加工成本。

进一步地，所述锁止公头设为矩形状、三角状、多边形状或齿形状，且连杆的两端部设为同一种锁止公头或任意不同的两种锁止公头，以满足不同的设计需求。

进一步地，当滑块轴通过滑块组件在滑动导轨内运动实现Z向平动时，所述滑块组件包括设于滑动导轨内的滑块，所述滑块内固定安装有关节轴承并通过关节轴承的内圈固定安装所述滑块轴；实现滑块、关节轴承以及滑块轴在Z向方向上同步运动，进而通过滑块的运动实现滑块轴在Z向上的平动。

进一步地，所述滑动导轨设为U形壳体，该U形壳体内滑动装配有所述滑块，且滑块可在U形壳体内沿X向、Y向和Z向平动；由于滑块轴通过关节轴承安装在滑块上，进而实现滑块轴能够沿X向、Y向和Z向平动。

进一步地，当滑块轴通过在滑块组件内运动作Z向平动时，所述滑块组件包括设于滑动导轨内的滑块，所述滑块内固定安装有关节轴承，且关节轴承的内圈沿Z向活动安装所述滑块轴；实现滑块轴与关节轴承在Z向方向上作相对平动，进而实现滑块轴在Z向上的平动。

进一步地，所述滑动导轨设为U形壳体，该U形壳体内滑动装配有所述滑块，滑块可在U形壳体内沿X向和Y向平动且不可在U形壳体内沿Z向平动，进而通过滑块自身实现滑块轴在X向和Y向上的平动。

进一步地，所述滑块包括上滑块和下滑块，所述上滑块与下滑块之间为可拆卸装配且两者装配后形成装配槽，装配槽与所述关节轴承的外圈相匹配且通过该装配槽对关节轴承限位锁紧，降低滑块的加工难度，同时，在上滑块与下滑块装配之后即可对关节轴承限位锁紧，也能够降低关节轴承的安装难度。

进一步地，还包括导轨安装壳，所述导轨安装壳内安装有所述滑动导轨且所述滑块朝向导轨安装壳的一侧设有避位槽，以确保滑块能够在滑动导轨内作自由滑动，不受外界的干涉。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的改进型铰链体驱动装置，其通过对连杆、输出轴以及滑块轴相互之间的装配方式进行优化设计，采用可拆卸装配结合锁止组件的作用下，能够降低连杆的加工难度，节约制造成本；同时，滑块轴通过滑块组件安装于导轨总成上，通过滑块组件、滑动导轨以及关节轴承的作用下，能够实现滑块轴在六个自由度方向上具有足够的容错让性，进而提升整个驱动装置在运动过程中的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明所提供的改进型铰链体驱动装置的整体结构示意图；

图2是本发明所提供的改进型铰链体驱动装置在实施例1中的拆分结构示意图；

图3是图2的局部剖视示意图；

图4是本发明所提供的改进型铰链体驱动装置在实施例2中的拆分结构示意图；

图5是图4的局部剖视示意图；

图6是本发明所提供的改进型铰链体驱动装置中连杆的第一种结构示意图；

图7是本发明所提供的改进型铰链体驱动装置中连杆的第二种结构示意图；

附图中标注如下：

1-门体，2-门框，3-驱动部，4-连杆，5-导轨安装壳，6-滑动导轨，7-滑块，8-关节轴承，9-滑块轴，10-锁止母头，11-输出轴，12-锁止公头，13-避位槽，14-卡簧，15-上滑块，16-下滑块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图1所示，具体提供了一种改进型铰链体驱动装置，在本实施例中以平开门为例，平开门包括呈铰接连接的门体和门框，在该驱动装置的作用下，门体相对于门框作打开或关闭的动作，当然，也可以应用在平开窗上，其原理与平开门类似，此处不再赘述。

由于真实环境中加工、安装误差等问题，会导致门体与门框之间的相对运动方向不平行，需要在六个自由度(在三个正交方向上平动，以及三个正交方向绕轴进行转动运动)皆有容错能力，才能保证长期稳定的工作。由此，对驱动装置作如下优化设计：

如图2所示，在门体和门框上分别设有驱动部和导轨总成，驱动部主要是通过电机和变速箱提供驱动力的作用，驱动装置还包括输出轴、滑块轴和连杆，所述输出轴通过连杆传递力矩至滑块轴，且输出轴和/或滑块轴可拆卸装配于连杆上，具有分为以下三种情况：输出轴可拆卸装配于连杆上而滑块轴一体成型于连杆上、输出轴一体成型于连杆上而滑块轴可拆卸装配于连杆上或者输出轴和滑块轴均可拆卸装配于连杆上；在本实施例中，为最大限度降低连杆的生产成本且降低装配难度，采用输出轴和滑块轴均可拆卸装配于连杆上的方式进行设计。

导轨总成包括滑动导轨和装于滑动导轨内的滑块组件，滑块组件内安装有滑块轴，在驱动部工作时，由于驱动部与输出轴之间传动连接，输出轴通过连杆传递力矩至滑块轴，在驱动装置工作时，滑块轴能够在滑块组件内实现绕X向、Y向和Z向的轴向旋转并通过滑块组件在滑动导轨内运动实现滑块轴的X向和Y向平动。

为了确保驱动装置能够长期稳定的工作，需要最终实现在X向、Y向以及Z向三个自由度上的平动，在绕X向、Y向以及Z向三个自由度上的轴向转动，保证在六个自由度上具备足够的容错能力，在本实施例中，通过滑块组件在滑动导轨内运动实现Z向平动，如图3所示，其具体设计如下：

滑块组件包括设于滑动导轨内的滑块，滑块为一体成型而成，将滑动导轨设为一端开口的U形壳体，该U形壳体内滑动装配有所述滑块，由于滑块与滑动导轨分别在X向、Y向和Z向三个自由度方向上留有平动间距，以实现滑块可在U形壳体内沿X向、Y向和Z向平动；由于滑块轴通过关节轴承安装在滑块上，在运动过程中，可实现滑块轴能够沿X向、Y向和Z向平动。

滑块轴、关节轴承以及滑块之间的安装方式如下：

在滑块内固定安装有关节轴承并通过关节轴承的内圈固定安装所述滑块轴；实现滑块、关节轴承以及滑块轴在Z向方向上同步运动，进而通过滑块的运动实现滑块轴在Z向上的平动。其中，对于关节轴承的固定安装是通过在滑块内预留与关节轴承外圈相匹配的装配槽，将关节轴承置入到装配槽内，在通过装配槽内壁上的卡圈对关节轴承锁紧固定，又或者，将关节轴承外圈与装配槽之间采用过盈配合的方式进行锁紧固定；对于滑块轴的固定安装，将滑块轴套装在关节轴承的内圈上，并在滑块轴的端部设置卡簧，将滑块轴卡紧在关节轴承的内圈上。

在实际应用中，驱动装置还包括导轨安装壳，以通过导轨安装壳对滑动导轨进行固定，在所述导轨安装壳内通过若干个螺丝固定安装所述滑动导轨且所述滑块朝向导轨安装壳的一侧设有避位槽，以确保滑块能够在滑动导轨内作自由滑动，且在滑动过程中，不会与各个螺丝之间发生干涉。

对于连杆部分的设计如下：

为实现在驱动部动作时，输出轴能够稳定、可靠的将力矩传递至滑块轴，进而通过滑块轴联动导轨总成作运动，所述输出轴和滑块轴均通过锁止组件装配于连杆上并通过螺钉固定锁紧。

锁止组件包括设于连杆端部的锁止公头，所述输出轴和滑块轴上均设有锁止母头，锁止公头与锁止母头相匹配且锁止公头与锁止母头之间为防止相对转动的配合结构，以实现当锁止公头与锁止母头相互装配之间，输出轴和滑块轴均不会相对于连杆产生相对转动。

锁止公头设为矩形状、三角状、多边形状(如图7所示)或齿形状(如图6所示)，对应的，锁止母头设为矩形槽状、三角槽状、多边形槽状或齿形槽槽状(如图6所示)，在装配时，将锁止公头嵌装至对应的锁止母头中，即可实现防转锁止的功能，同时，在锁止公头开设有通孔，在锁止母头上开设有螺纹孔，当锁止公头与锁止母头装配之后，通过螺钉将锁止公头与锁止母头连接锁紧。

在实际应用中，在连杆的两端部设为同一种锁止公头或任意不同的两种锁止公头，分别在输出轴和滑块轴上设有与之对应的锁止母头，具体为：在连杆的两端均为齿形状锁止公头、在连杆的一端为齿形状且另一端为矩形状的锁止公头，组合形式可根据实际需求进行适应性设计，此处不再一一列举。

本实施例所提供的改进型铰链体驱动装置，其安装和工作过程如下：

先分别将驱动部和导轨总成安装于门体和门框上；

将输出轴安装锁紧在驱动部上，同时，将连杆的一端通过锁止组件配合结构与输出轴连接紧固；

将滑块轴通过关节轴承安装在导轨总成的滑块上，再将连杆的另一端调整至滑块轴的对应位置，先将滑块轴沿Z向(向上)抬起一段距离(2.5mm以上)，待连杆调整到位，滑块轴则可下落并直接与连杆完成装配(锁止公头与锁止母头配合)，最后将滑块轴与连杆之间进行锁紧；

以此完成对滑块轴、输出轴以及连杆的装配锁紧，进而通过驱动部提供驱动力并配合导轨总成，以实现门体相对于门框的转动运动。

实施例2

相对于实施例1，在本实施例中，提供了另一种导轨总成的结构设计，以达到相同的技术效果，如图4、图5所示，具体设计如下：

为了确保驱动装置能够长期稳定的工作，需要最终实现在X向、Y向以及Z向三个自由度上的平动，在绕X向、Y向以及Z向三个自由度上的轴向转动，保证在六个自由度上具备足够的容错能力，在本实施例中，滑块轴通过在滑块组件内运动以实现在Z向平动，其具体设计如下：

滑块组件包括设于滑动导轨内的滑块，将滑动导轨设为一端开口的U形壳体，该U形壳体内滑动装配有所述滑块，由于滑块与滑动导轨分别在X向、Y向两个自由度方向上留有平动间距，以实现滑块可在U形壳体内沿X向和Y向平动；同时，滑块装配在滑动导轨内部时，由于滑块的Z向厚度与滑动导轨内部预留的Z向装配间隙相匹配，因此，滑块不可在U形壳体内沿Z向平动，进而通过滑块自身只能实现滑块轴在X向和Y向上的平动。

为实现滑块轴能够Z向上进行平动，在滑块内固定安装有关节轴承，且关节轴承的内圈沿Z向活动安装所述滑块轴；以实现滑块轴与关节轴承在Z向方向上作相对平动，进而实现滑块轴在Z向上的平动。

对于关节轴承的固定安装采用以下方式：

滑块包括可拆卸装配的上滑块和下滑块，在所述上滑块设有上装配槽，在所述下滑块设有下装配槽，当上滑块与下滑块之间装配后形成装配槽，装配槽与所述关节轴承相匹配，且关节轴承容纳于下装配槽内并通过上装配槽的端部抵紧在关节轴承的端部，以对关节轴承进行限位锁紧，进而降低滑块的加工难度，同时，由于在上滑块与下滑块装配之后即可对关节轴承限位锁紧，也能够降低关节轴承的安装难度。

对于滑块轴在关节轴承内的活动安装采用以下方式：

将滑块轴活动套装在关节轴承的内圈上，并在滑块轴的端部设置卡簧，当将滑块轴一段抵紧在关节轴承的内圈上时，关节轴承内圈的另一端与卡簧之间留有作Z向平动的间距，以实现滑动块相对于关节轴承可作Z向平动。

本实施例所提供的滑块组件，其内部结构和工作原理与实施例1略有不同，但也能够实现在六个自由度方向上运动，在安装过程中，也可先将滑块轴向上抬起一段距离，以确保滑块轴与连杆相配合安装时，无需连杆产生形变，即可实现装配连接。

实施例3

在实施例1或实施例2中，对于通过滑块组件实现滑块轴绕X向、Y向和Z向作轴向旋转，是通过在滑块组件内设置关节轴承并将滑块轴安装于关节轴承上所实现的，在本实施例中，还提供了另一种实现方式，如下：

在滑块内固定安装滑动轴承，在滑动轴承的内部固定安装所述滑块轴(滑动轴承不提供在绕X向、Y向以及Z向三个自由度上的轴向转动)，并将该滑块装配于滑动导轨内；在对滑动导轨和滑块进行设计时，应确保滑块与滑动导轨在X向、Y向以及Z向均留有间隙，进而，在驱动装置工作时，滑块自身相对于滑动导轨可绕X向、Y向以及Z向作轴线旋转，同时，滑块在X向、Y向以及Z向三个自由度方向上作平动运动，以最终满足在X向、Y向以及Z向三个自由度上的平动，在绕X向、Y向以及Z向三个自由度上的轴向转动，保证在六个自由度上具备足够的容错能力。

该实施例所公开的方式，能够最大限度的降低制造成本，但其稳定性也不如实施例1和实施例2所提供的方案，在实际应用时，用户可根据实际需求进行选择。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。