CN107053223A - 双层折回驱动的两级回转机构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种双层折回驱动的两级回转机构，电机与第一转动体连接，螺杆和螺母设置于电机机架的下方，螺杆与第二转动体连接，第一转动体和第二转动体之间传动连接，螺母上设有连接部，第一级连杆与电机机架连接，第二级连杆与第一级连杆连接，第一拉杆与电机机架连接，第一拉杆与第二级连杆连接，第一级连杆通过可弯折连接部件与连接部连接，复位机构设置在电机机架与第一级连杆的连接处。本发明实施例提供的双层折回驱动的两级回转机构，通过采用双层折回传动结构，配合螺杆和螺母的特殊设计，使得动力源的原始输出和对被驱动部件的驱动输出分别位于两层，并且通过层间传动机构实现了折回，从而节省轴向传动输出所占用的空间。

Description

双层折回驱动的两级回转机构

技术领域

本发明实施例涉及一种驱动机构，尤其涉及一种双层折回驱动的两级回转机构。

背景技术

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。广义上的机械手不一定都是复杂的模仿人的手的结构，在工业生产中，类似于手臂结构的装置也是有较为广泛的应用，例如通过驱动机构驱动可转动的连杆部件，来实现对生产线上的物体的拨动、阻拦等功能，此外，还有许多机械手也是针对残疾人设计，来充当残疾人的假肢，从而让残疾人具有一定的抓取物体的能力。

在机械手的机构中，需要通过驱动机构来驱动手臂或手指，使得手臂或者手指能够沿着关节转动，从而实现对物体的抓取。手臂或者手指的转动需要通过驱动源来实现，现有技术中一般通过电机驱动来完成，而电机通过输出轴转动的方式输出动力，需要经过一定的传动机构设计才能输出到手臂或手指上来带动其转动。现有技术的传动机构设计占用空间较大，或者对关节部分影响较大，需要对关节部分进行特殊设计等。

发明内容

本发明实施例提供一种双层折回驱动的两级回转机构，以节省驱动机构所占用的空间。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种双层折回驱动的两级回转机构，其包括电机机架、层间传动机构、电机、螺杆以及与所述螺杆配合的螺母、被驱动部件以及复位机构，所述被驱动部件包括两级连杆结构，所述电机固定在所述电机机架内，并通过输出轴与所述层间传动机构的第一转动体连接，所述螺杆和螺母设置于所述电机机架的下方，所述螺杆的一端与所述层间传动机构的第二转动体连接，所述第一转动体和第二转动体之间传动连接，所述螺母设置在所述电机机架下部，所述螺母在径向方向上相对于所述电机机架固定，并能够相对所述电机机架在轴向方向上运动，所述螺母与所述电机位于所述层间传动机构的同侧，所述螺杆的轴向方向固定，当所述螺杆转动时，带动所述螺母在轴向方向运动，所述螺母上设置有与所述被驱动部件连接的连接部，用于通过所述螺母在轴向方向的运动驱动所述被驱动部件运动，所述两级连杆结构的第一级连杆的一端通过第一转轴与所述电机机架可转动连接，所述两级连杆结构的第二级连杆的一端与所述第一级连杆的另一端通过第二转轴可转动连接，在所述第二级连杆与所述电机机架之间设置有第一拉杆，所述第一拉杆的一端通过第三转轴与所述电机机架可转动连接，所述第一拉杆的另一端通过第四转轴与所述第二级连杆可转动连接，所述第三转轴设置于所述第一转轴的上方，所述第四转轴设置于所述第二转轴的下方，所述第一拉杆与所述第一级连杆形成交叉结构，所述第一级连杆通过柔性连接部件或者可弯折连接部件与所述螺母上的连接部连接，所述复位机构设置在所述电机机架与所述第一级连杆的连接处，用于向所述第一级连杆施加与所述螺母对所述第一级连杆的驱动力所产生的作用相反的复位力。

本发明实施例提供的双层折回驱动的两级回转机构，通过采用双层折回传动结构，配合螺杆和螺母的特殊设计，使得动力源的原始输出和对被驱动部件的驱动输出分别位于两层，并且通过层间传动机构实现了折回，从而节省轴向传动输出所占用的空间。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例一的双层折回驱动机构的原理示意图之一。

图2为本发明实施例一的双层折回驱动机构的原理示意图之二。

图3为本发明实施例二的双层折回驱动机构的原理示意图之一。

图4为本发明实施例二的双层折回驱动机构的原理示意图之二。

图5为本发明实施例二的双层折回驱动机构的原理示意图之三。

图6为本发明实施例二的双层折回驱动机构的原理示意图之四。

图7为本发明实施例三的双层折回驱动机构的原理示意图之一。

图8为本发明实施例三的双层折回驱动机构的原理示意图之二。

图9为本发明实施例三的双层折回驱动机构的原理示意图之三。

图10为本发明实施例三的双层折回驱动机构的原理示意图之四。

图11为本发明实施例四的双层折回驱动机构的原理示意图之一。

图12为本发明实施例四的双层折回驱动机构的原理示意图之二。

图13为本发明实施例四的双层折回驱动机构的原理示意图之三。

图14为本发明实施例四的双层折回驱动机构的原理示意图之四。

附图标号说明：31-电机机架；32-层间传动机构；311-电机；34-螺杆；35-螺母；321-第一转动体；322-第二转动体；323-上层轴承；324-下层轴承；38-被驱动部件；39-连接部；40-第一转轴；41-弹性体；42-第一级连杆；43-第二级连杆；44-第二转轴；45-第一拉杆；46-第三转轴；47-第四转轴；48-扭簧；49-第二拉杆；50-第一连杆转轴；51-第二连杆转轴；52-第一拉杆转轴；53-第二拉杆转轴。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1和图2所示，其为本发明实施例的双层折回驱动机构的原理示意图，本发明实施例的双层折回驱动机构包括电机机架31、层间传动机构32、电机311、螺杆34以及与螺杆34配合的螺母35。

电机311固定在电机机架31内，并通过输出轴与层间传动机构32的第一转动体321连接。在实际应用中，由于电机311输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，还可以包括减速组件，用以对电机输出的转速进行调节，减速组件设置在电机311的输出端，输出轴通过减速组件与电机311的输出端连接。

螺杆34和螺母35设置于电机机架31的下方，螺母35在径向方向上相对于电机机架31固定，并能够相对电机机架31在轴向方向上运动，螺杆34的一端与层间传动机构32的第二转动体322连接，第一转动体321和第二转动体322之间传动连接。

这里所说的螺母35在径向方向上相对于电机机架31固定是指，螺母35在径向方向上被束缚，而轴向方向上放开，从而当螺杆34转动时，螺母35能够在径向上运动。

具体的实现方式可以有多种，例如，电机机架31的下部可以设置有滑动导轨，螺母35可以通过滑动导轨与电机机架31连接，使得该螺母35在径向方向上(图中的上下方向)与电机机架31固定连接，在轴向方向上能够滑动。该滑动导轨也可以不具有承载作用，仅仅提供径向上的束缚作用，当然，较为优选地，螺母35卡接于滑动导轨上，从而使得该滑动导轨起到一定的承载作用，即使得螺母35在除了轴向方向可以运动外，其他方向的自由度被滑动导轨固定，这样，螺母35通过滑动导轨与电机机架31连接可以将电机机架31作为下层螺杆34和螺母35机构的承载体，即滑动导轨除了起到对螺母35的水平运动的导向作用以外，还起到了的一定的承重的作用，从而可以一定程度上减少下层机构中的承重结构，我们可以将这种双层折回驱动机构称作为滑轨式双层折回驱动机构。

再例如，螺母35与电机机架31可以在径向上通过销钉固定连接，而销钉可以通过设置在电机机架31上的滑槽在轴向方向运动。再例如，还可以通过电机机架31和螺母35的形状设计来实现径向方向的固定，电机机架31和螺母35的形状设计为在径向方向上彼此贴合并且转动互斥，螺母35能够在电机机架31的下表面滑动，例如电机机架31和螺母35均设计为方形，并且彼此贴合，在螺母35与电机机架31的下表面贴合的情况下，螺母35无法在径向方向上转动，从而实现在径向上的相对固定，通过这样的结构可以在机械复杂度很低的情况下实现径向固定轴向滑动的设计，并且使得结构紧密，节省空间。

其中，上述的第一转动体321和第二转动体322之间可以通过齿轮啮合传动连接，即第一转动体321和第二转动体322可以为相互啮合的两个齿轮，此外，第一转动体321和第二转动体322之间也可以通过链条或皮带传动连接。此外，如图2所示，层间传动机构32还可以包括固定于电机机架上的双层轴承(彼此固定连接的上层轴承和下层轴承，可以是独立于电机机架的部件，也可以是与电机机架一体设置的，作为电机机架的一部分而存在)，输出轴穿过双层轴承的上层轴承323与第一转动体321连接，螺杆34穿过双层轴承的下层轴承324与第二转动体322连接。通过双层轴承能够将下层螺杆34以及螺母35等下层部件在进行方向上固定于电机机架31上，起到一定的固定和承载作用，彼此固定连接的上层轴承323和下层轴承324能够使得上下层驱动机构紧密固定在一起，提高整体机构的稳定性。

螺母35设置在电机机架31下部，并能够相对电机机架31滑动，(图1中螺母下方的双向箭头代表螺母的滑动方向)螺母35与电机311位于层间传动机构32的同侧。优选地，螺母35的远离层间传动机构32的一侧为封闭结构，与被驱动部件连接的连接部39可以设置于螺母35的远离层间传动机构的一侧的端面上，图中仅示意性地指出了连接部39的大致位置。

此外，设置于电机机架31下方的螺杆34在轴向方向(图中的水平方向)固定，当螺杆34转动时，带动螺母35在轴向方向运动，螺母35上设置有与被驱动部件38连接的连接部39，用于通过螺母在轴向方向的运动驱动被驱动部件运动。这里的连接部39可以是用于固定绳体的机构或者是用于固定连杆机构的枢轴或者铰链机构等，可以理解为用于固定螺母35与被驱动部件38之间的连接部件的机构或者位置区域。

这里的被驱动部件38可以与电机机架31连接，也可以是与电机机架31无连接关系的其他部件。

本实施例的技术方案可以应用于如下场景，被驱动部件位于电机机架的下方，而电机以及减速组件需要固定在电机机架中，并且电机的输出轴所在的方向与被驱动部件所在的方向不一致(例如电机输出轴的方向向左，而被驱动部件所在的位置为电机机架的右侧)，在这样的情况下，可以很好地应用本实施例的结构，解决上述问题，并且能够充分节省轴向空间。此外，在上述机构中，螺杆和螺母机构具有自锁功能，当电机停止输出扭矩时，螺母的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，同时也使得在电机输出停止的情况下，被驱动部件不会向反方向运动。

综上所述，本实施例的双层折回驱动机构，其作为动力源的电机位于电机机架内，通过输出轴沿着水平方向向外输出转矩，如图1所示，输出轴最终将电机输出的转矩传递至位于电机机架一端的第一转动体，然后第一转动体通过传动连接将转矩向下层输出，然后通过设置于下层的螺杆和螺母将电机输出的转矩转换为螺母的直线进给运动，并最终通过螺母向被驱动部件输出驱动力，驱动力主要是来自于螺母进行进给运动时产生的牵引力，从而带动被驱动部件运动。从图中可以看出，整个动力输出路线从上层到下层呈现了折回路径，从而充分节省了轴向传动输出所占用的空间，螺母以可滑动的方式设置于电机机架的下部，也充分利用了电机机架作为直线进给运动的载体，并且也使得上下层机构能够结构紧凑，进一步减小机构所占的空间。

需要说明的是，本实施例中的所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，当然在上述双层折回驱动机构沿着垂直方向设置时，“上”、“下”即指相对于地面的上下，上述的导轨以及双层轴承将会提供相对于重力而言的承载力。但是本领域技术人员应当理解，当上述双层折回驱动机构沿着其他方向设置时，例如水平放置，上述的导轨以及双层轴承也会提供抵御来自水平方向的其他拉力等，从而使得上下层的驱动部件紧密连接在一起。此外，作为一种变形结构，上述的双层折回驱动机构可以设置于腔体中，通过腔体将上下层的驱动结构在径向方向上彼此紧密固定在一起，该腔体可以预留出与被驱动部件连接开口。

另外，需要说明的是，上述的双层折回驱动机构能够作为一个独立的驱动单元进行生产制造，通过将被驱动部件连接的连接部标准化，即提供标准的对外连接接口，能够方便地与其他被驱动部件连接。上述的双层折回驱动机构不限于应用在机械手的领域，还可以提供多种工业技术上的应用，例如，上述的被驱动部件可以是需要在一定范围内进行转动的挡板机构，再例如，上述的被驱动部件可以是进行直线运动的挤压机构等，通过本实施例的双层折回驱动机构都能够提供驱动力，能够在占用空间很小的情况下提供驱动力。

实施例二

如图3至图6所示，其为本发明实施例二的双层折回驱动机构的原理示意图，在图1所示的结构图的基础上，增加了被驱动部件38。该被驱动部件38通过第一转轴40与电机机架31可转动连接，在螺母35的驱动下(图3至图4中螺母下方的双向箭头代表螺母的滑动方向)，被驱动部件38能够相对于电机机架31转动(图3中被驱动部件末端的箭头代表被驱动部件的转动方向)。

进一步地，由于被驱动部件38的运动轨迹和螺母35不同，并且运动轨迹也不是平行或者在一条直线上，因此，被驱动部件38与螺母35之间优选采用柔性连接部件或者可弯折连接部件作为连接部件，以避免锁死状态的出现，连接部件可以连接在螺母35的连接部39上。具体地，被驱动部件38与螺母35之间可以通过绳体(如图3和图4所示)或者连杆机构(如图5所示)连接，其中，连杆机构可以采用两节或者两节以上的连杆均可。

通过上述结构，在螺母35进行直线运动的过程中，绳体或者连杆机构拉动被驱动部件38，绳体或者连杆机构在被驱动部件38上的固定点与第一转轴40之间形成力矩，从而使得被驱动部件38以第一转轴40为中心进行转动。

由于在上述机构中，增加了被驱动部件，并且被驱动部件是以可转动的方式连接在电机机架上的，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的转动机构。

此外，在电机机架31还可以设置有复位机构，用于施加与螺母35对被驱动部件38的驱动力相反的复位力。该复位力的作用在于能够使得被驱动部件38始终受到两个方向的作用力，即来自螺母35的驱动力和来自复位机构的复位力，从而使得被驱动部件38在运动过程中以及在停止在任意位置的状态下始终保持稳定状态，另外，该复位机构的作用还在于当螺母35沿着图中向右运动时，通过复位力的牵引能够使得被驱动部件38向上转动，从而实现复位，整体来说，螺母35施加的驱动力能够使得被驱动部件38向下转动，而复位力使得该被驱动部件38向上转动。

该复位机构可以是设置在第一转轴40上的扭簧，也可以是提供与被驱动部件38的转动方向相反的驱动力的其他动力源，例如，可以在电机机架31上设置一个弹性部件，并将该弹性部件与被驱动部件38之间通过柔性部件连接，在被驱动部件38向下转动时，弹性部件被拉伸提供一个相反作用力，或者叫复位力。再例如，如图6所示，复位机构也可以是连接在机架和被驱动部件之间的弹性体41，该弹性体41在被驱动部件38向下转动时，提供与转动方向相反的拉力，从而在电机反向转动时，通过弹性体41的拉力能够使得被驱动部件38向上转动。

如实施例一所说明的，螺杆34和螺母35机构具有自锁功能，当电机311停止输出扭矩时，螺母35的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在电机311输出停止的情况下，被驱动部件38不会向反方向运动，在此基础上，如果还存在复位力，则会使得被驱动部件38保持在当前位置不动，从而具有对被驱动部件38的位置锁定功能。

由于在上述机构中，增加了被驱动部件和复位机构，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的回转机构。

需要说明的是，上述的复位机构只是本发明实施例的一种优选方式，在需要复位场景下，也可以不用设置专门的复位机构，而是借助外部力量进行复位，例如，当双层折回驱动机构中的螺杆和螺母垂直向下设置时(将附图顺时针转动90度)，被驱动部件可以依靠自身的重力在垂直于螺杆方向的分力提供复位力。

本实施例的机构，通过将电机输出的动力以折回的方式从上层引导到下层，并且改变了电机的动力输出方向，从而回避将电机的动力输出直接经过被驱动部件与电机机架的连接部分，从而不需要对被驱动部件与电机机架的连接部分进行复杂的设计，从而降低了这部分的复杂度。需要说明的是，在机械手领域中，被驱动部件与电机机架的连接部分可以视为是关节部分，本实施例的机构设计，充分降低了关节部分的复杂度。例如，上述的被驱动部件可以是机械手的手指，而双层折回驱动机构可以设置于手掌中。此外，还需要说明的是，本实施例的驱动机构不只是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，电机机架和螺杆螺母结构位于大腿上，被驱动部件为小腿。

实施例三

如图7至图10所示，其为本发明实施例三的双层折回驱动机构的原理示意图。本实施例与实施例二不同之处在于，本实施例的被驱动部件包括两级连杆结构，相应地，螺母对其驱动的方式也有所不同。

上述两级连杆结构的第一级连杆42的一端通过第一转轴40与电机机架31可转动连接，两级连杆结构的第二级连杆43的一端与第一级连杆42的另一端通过第二转轴44可转动连接，在第二级连杆43与电机机架31之间设置有第一拉杆45，第一拉杆45的一端通过第三转轴46与电机机架31可转动连接，第一拉杆45的另一端通过第四转轴47与第二级连杆43可转动连接，第三转轴46设置于第一转轴40的上方，第四转轴47设置于第二转轴44的下方，第一拉杆45与第一级连杆42形成交叉结构。

进一步地，由于第一拉杆45的运动轨迹和第一级连杆42不同，并且运动轨迹也不是平行或者在一条直线上，因此，第一级连杆42可以设置有中空区域，第一拉杆45穿过该中空区域与第一级连杆42形成交叉结构。此外，由于第一级连杆42的运动轨迹和螺母35不同，并且运动轨迹也不是平行或者在一条直线上，因此，第一级连杆42可以通过柔性连接部件或者可弯折连接部件作为连接部件，以避免锁死状态的出现，连接部件可以连接在螺母35的连接部39上。具体地，第一级连杆42与螺母35之间可以通过绳体或者连杆机构(如图7所示)连接，其中，连杆机构可以采用两节或者两节以上的连杆均可。

通过上述结构，在螺母35进行直线运动的过程中，绳体或者连杆机构拉动第一级连杆42，绳体或者连杆机构在第一级连杆42上的固定点与第一转轴40之间形成力矩，从而使得第一级连杆42以第一转轴40为中心进行转动。在第一级连杆42进行运动的过程中，第一拉杆45在第四转轴47与第二转轴44之间形成力矩，从而使得第二级连杆43以第二转轴44为中心进行转动，实现在近端施加驱动力，能够同时使远端动作。如图7所示，在图7的状态下，第一级连杆42和第二级连杆43处于水平状态，当螺母35在电机311的带动下向左运动时，第一级连杆42和第二级连杆43发生转动，根据螺母35的形成设计以及螺母与第一级连杆42之间的连接部件的设计可以控制最终的第一级连杆42和第二级连杆43的转动范围，如图8所示，第一级连杆42和第二级连杆43可以在螺母35的带动下从图7的状态变化为图8所示的状态。

由于在上述机构中，增加了两级连杆结构，并且两级连杆结构是以可转动的方式顺次连接在电机机架上的，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的两级转动机构。

此外，在第二级连杆43与第一级连杆42连接处还可以设置有复位机构，用于施加与螺母35对被驱动部件的驱动力所产生的作用相反的复位力，这里的所说的螺母35对被驱动部件的驱动力所产生的作用实际上是指：螺母35的水平运动带动第一级连杆42转动，进而第一级连杆42通过第一拉杆45带动第二级连杆43转动。因此，可以认为这里的复位机构实际上施加了与第一拉杆45对第二级连杆43的驱动力相反的复位力。该复位机构的作用在于能够使得第二级连杆43始终受到两个方向的作用力，即来自第一拉杆45的驱动力和来自复位机构的复位力，从而使得第二级连杆43在运动过程中以及在停止在任意位置的状态下始终保持稳定状态，另外，该复位机构的作用还在于当螺母35沿着图中向右运动时，通过复位力的牵引能够使得第二级连杆43向上转动，从而实现复位，整体来说，螺母35施加的驱动力能够使得第一级连杆42以及第二级连杆43向下转动，而复位力使得第二级连杆43向上转动。

该复位机构具体可以是设置在第二转轴44上的扭簧48，也可以是提供与第二级连杆43的转动方向相反的驱动力的其他动力源，例如，可以在第一级连杆42上设置一个弹性部件，并将该弹性部件与第二级连杆43之间通过柔性部件连接，在被第二级连杆43向下转动时，弹性部件被拉伸提供一个相反作用力，或者叫复位力。例如，如图9和图10所示，扭簧48具有两个延伸部，分别向第一级连杆42和第二级连杆43方向延展，并向第一级连杆42和第二级连杆43施加使第一级连杆42和第二级连杆43恢复到预设角度的复位力，从而在电机311反向转动时，通过扭簧48的弹力能够使得第二级连杆43向上转动(图10中分别垂直于第一级连杆和第二级连杆的箭头代表复位力的方向)。

如图10所示，在图10的状态下，第一级连杆42和第二级连杆43处于垂直状态，当螺母35在电机311的带动下向右运动时，第一级连杆42和第二级连杆43发生转动，根据扭簧48的形成设计以及第一拉杆45与第一级连杆42以及第二级连杆43之间的设计可以控制最终的第一级连杆42和第二级连杆43的转动范围，如图9所示，第一级连杆42和第二级连杆43可以在扭簧48的带动下从图10的状态变化为图9所示的状态。

如实施例一所说明的，螺杆34和螺母35机构具有自锁功能，当电机311停止输出扭矩时，螺母35的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在电机311输出停止的情况下，第二级连杆43不会向反方向运动，在此基础上，如果还存在复位力，则会使得第二级连杆43保持在当前位置不动，从而具有对第二级连杆43的位置锁定功能。

此外，作为一种可选的方案，本实施例中的复位机构也可以和上述的实施例二一样，设置在电机机架31上，具体可以设置在第一级连杆42的一端与电机机架31的连接处。该复位机构用于施加与螺母35对第一级连杆42的驱动力相反的复位力。该复位力的作用在于能够使得第一级连杆42始终受到两个方向的作用力，即来自螺母35的驱动力和来自复位机构的复位力，从而使得第一级连杆42在运动过程中以及在停止在任意位置的状态下始终保持稳定状态，另外，该复位机构的作用还在于当螺母35沿着图中向右运动时，通过复位力的牵引能够使得第一级连杆42向上转动，从而实现复位，整体来说，螺母35施加的驱动力能够使得第一级连杆42向下转动，而复位力使得该第一级连杆42向上转动。与此同时，第一级连杆42的运动或者受力，还会通过第一拉杆45向第二级连杆43作用，从而实现第二级连杆43的锁定或者复位等。

具体地，该复位机构可以是设置在第一转轴40上的扭簧，也可以是提供与第一级连杆42的转动方向相反的驱动力的其他动力源，例如，可以在电机机架31上设置一个弹性部件，并将该弹性部件与第一级连杆42之间通过柔性部件连接，在第一级连杆42向下转动时，弹性部件被拉伸提供一个相反作用力，或者叫复位力。

当然作为，可选方式，也可以在第一级连杆42的一端与电机机架31的连接处、二级连杆43与第一级连杆42连接处均设置复位机构，从而增加整体的上的复位力。

由于在上述机构中，增加了两级连杆结构和复位机构，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的两级回转机构。

需要说明的是，上述的复位机构只是本发明实施例的一种优选方式，在需要复位场景下，也可以不用设置专门的复位机构，而是借助外部力量进行复位，例如，当双层折回驱动机构中的螺杆和螺母垂直向下设置时(将附图顺时针转动90度)，第二级连杆可以依靠自身的重力在垂直于螺杆方向的分力提供复位力。

本实施例的机构，通过将电机输出的动力以折回的方式从上层引导到下层，并且改变了电机的动力输出方向，从而回避将电机的动力输出直接经过第一级连杆、第二级连杆以及电机机架的连接部分，从而不需要对第一级连杆、第二级连杆以及电机机架的连接部分进行复杂的设计，从而降低了这部分的复杂度。需要说明的是，在机械手领域中，第一级连杆、第二级连杆以及电机机架的连接部分可以视为是关节部分，本实施例的机构设计，充分降低了关节部分的复杂度。例如，上述的第一级连杆可以是机械手的基指节，上述的第二级连杆可以是机械手的近指节，而双层折回驱动机构可以设置于手掌中。此外，还需要说明的是，本实施例的驱动机构不止是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，电机机架和螺杆螺母结构位于大腿上，第一级连杆可以为小腿，第二级连杆可以为脚。

实施例四

如图11至14所示，其为本发明实施例四的双层折回驱动机构的原理示意图。本实施例与实施例三不同之处在于，本实施例的被驱动部件包括多级连杆结构，在本实施例中，多级连杆至少为三级以上，及存在三个顺次连接的连杆。相应地，螺母对其驱动的方式也有所不同。

上述多级连杆之间通过第二连杆转轴51可转动地顺次连接，第一级连杆42通过第一连杆转轴50与电机机架31可转动连接，并且第一级连杆42通过柔性连接部件或者可弯折连接部件与螺母35上的连接部39连接，第二级连杆43通过第一拉杆45与电机机架31连接，第一拉杆45的两端通过第一拉杆转轴52与电机机架31和的第二级连杆43可转动连接，第一拉杆45与第一级连杆42形成交叉结构。

在第二级连杆之后，每间隔一级连杆的两级连杆之间均连接有第二拉杆49(作为示例性的，图11至图14中仅以四级连杆作为示例进行说明)，第二拉杆49的两端通过第二拉杆转轴53与两级连杆分别可转动连接，第二拉杆49与被间隔的一级连杆形成交叉结构。

进一步地，由于拉杆的运动轨迹和连杆不同，并且运动轨迹也不是平行或者在一条直线上，因此，每级连杆均可以具有中空区域，第一拉杆45和第二拉杆49穿过该中空区域与第一级连杆42和被间隔的一级连杆形成交叉结构。此外，由于第一级连杆42的运动轨迹和螺母35不同，并且运动轨迹也不是平行或者在一条直线上，因此，第一级连杆42可以通过柔性连接部件或者可弯折连接部件作为连接部件，以避免锁死状态的出现，连接部件可以连接在螺母35的连接部39上。具体地，第一级连杆42与螺母35之间可以通过绳体或者连杆机构(如图11所示)连接，其中，连杆机构可以采用两节或者两节以上的连杆均可。

通过上述结构，在螺母35进行直线运动的过程中，绳体或者连杆机构拉动第一级连杆42，绳体或者连杆机构在第一级连杆42上的固定点与第一转轴40之间形成力矩，从而使得第一级连杆42以第一转轴40为中心进行转动。在第一级连杆42进行运动的过程中，第一拉杆45在第四转轴47与第二转轴44之间形成力矩，从而使得第二级连杆43以第二转轴44为中心进行转动，同理，第二级连杆43之后的连杆的转动方式依此类推，实现在近端施加驱动力，能够同时使远端动作。如图11所示，在图11的状态下，第一级连杆42和第二级连杆43处于平行状态，当螺母35在电机311的带动下向左运动时，第一级连杆42和第二级连杆43发生转动，根据螺母35的形成设计以及螺母35与第一级连杆42之间的连接部件的设计可以控制最终的第一级连杆42和第二级连杆43的转动范围，如图12所示，第一级连杆42和第二级连杆43可以在螺母35的带动下从图11的状态变化为图12所示的状态。

由于在上述机构中，增加了多级连杆结构，并且多级连杆结构是以可转动的方式顺次连接在电机机架上的，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的多级转动机构。

此外，在多级连杆之间的连接处还可以设置有复位机构，如图中所示，相邻的多级连杆之间形成多个连接部分，在至少一个连接部分上可以设置有复位机构(可以只在一处设置，也可以是多处或者全部)，用于向各级连杆中的部分或者全部施加与螺母对第一级连杆的驱动力的作用相反的复位力。这里所说的螺母对第一级连杆的驱动力的作用实际上是指：螺母35的水平运动带动第一级连杆42转动，进而第一级连杆42通过第一拉杆45带动第二级连杆43转动，第二级连杆42的转动又会通过第二拉杆49带动第三级连杆转动，依次类推地作用，从而带动这个多级连杆的运动。因此，设置在连接处的复位机构可以认为施加了与前一级连杆对后一级连杆的驱动力相反的复位力。以在各级连杆间的连接处均设置复位机构为例，该复位力的作用在于能够使得各级连杆始终受到两个方向的作用力，即来自拉杆的驱动力和来自复位机构的复位力，从而使得各级连杆在运动过程中以及在停止在任意位置的状态下始终保持稳定状态，另外，该复位机构的作用还在于当螺母35沿着图中向右运动时，通过复位力的牵引能够使得各级连杆向上转动，从而实现复位，整体来说，螺母35施加的驱动力能够使得各级连杆向下转动，而复位力使得各级连杆向上转动。

该复位机构可以是设置在连杆转轴上的扭簧48，也可以是提供与各级连杆的转动方向相反的驱动力的其他动力源，例如，可以在前一级连杆上设置一个弹性部件，并将该弹性部件与后一级连杆之间通过柔性部件连接，在连杆向下转动时，弹性部件被拉伸提供一个相反作用力，或者叫复位力。例如，如图13和图14所示，扭簧48具有两个延伸部，分别向前一级连杆和后一级连杆方向延展，并向前一级连杆和后一级连杆施加使前一级连杆和后一级连杆恢复到预设角度的复位力，从而在电机311反向转动时，通过扭簧48的弹力能够使得后一级连杆向上转动(图14中分别垂直于前一级连杆和后一级连杆的箭头代表复位力的方向)。其中，如图13和图14所示，扭簧48的两个延伸部，分别插接在前一级连杆和后一级连杆的端部。

如实施例一所说明的，螺杆34和螺母35机构具有自锁功能，当电机311停止输出扭矩时，螺母35的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在电机311输出停止的情况下，各级连杆不会向反方向运动，在此基础上，如果还存在复位力，则会使得各级连杆保持在当前位置不动，从而具有对各级连杆的位置锁定功能。

此外，作为一种可选的方案，本实施例中的复位机构也可以和上述的实施例二一样，设置在电机机架31上，具体可以设置在第一级连杆42的一端与电机机架31的连接处。该复位机构用于施加与螺母35对第一级连杆42的驱动力相反的复位力。该复位力的作用在于能够使得第一级连杆42始终受到两个方向的作用力，即来自螺母35的驱动力和来自复位机构的复位力，从而使得第一级连杆42在运动过程中以及在停止在任意位置的状态下始终保持稳定状态，另外，该复位机构的作用还在于当螺母35沿着图中向右运动时，通过复位力的牵引能够使得第一级连杆42向上转动，从而实现复位，整体来说，螺母35施加的驱动力能够使得第一级连杆42向下转动，而复位力使得该第一级连杆42向上转动。与此同时，第一级连杆42的运动或者受力，还会通过第一拉杆45向第二级连杆43作用，从而实现第二级连杆43的锁定或者复位等，而如图所示，通过各级连杆之间的传动设计，这种复位力也继续向下一级传递，带动这个多级连杆的运动或者受力。

具体地，该复位机构可以是设置在第一转轴40上的扭簧，也可以是提供与第一级连杆42的转动方向相反的驱动力的其他动力源，例如，可以在电机机架31上设置一个弹性部件，并将该弹性部件与第一级连杆42之间通过柔性部件连接，在第一级连杆42向下转动时，弹性部件被拉伸提供一个相反作用力，或者叫复位力。

当然作为，可选方式，也可以在第一级连杆42的一端与电机机架31的连接处、各级连杆之间的连接处均设置复位机构，从而增加整体的上的复位力。

由于在上述机构中，增加了多级连杆结构和复位机构，因此，上述机构也可以称作双层折回驱动的多级回转机构。

需要说明的是，上述的复位机构只是本发明实施例的一种优选方式，在需要复位场景下，也可以不用设置专门的复位机构，而是借助外部力量进行复位，例如，当双层折回驱动机构中的螺杆和螺母垂直向下设置时(将附图顺时针转动90度)，各级连杆可以依靠自身的重力在垂直于螺杆方向的分力提供复位力。

本实施例的机构，通过将电机输出的动力以折回的方式从上层引导到下层，并且改变了电机的动力输出方向，从而回避将电机的动力输出直接经过多级连杆以及电机机架的连接部分，从而不需要对多级连杆以及电机机架的连接部分进行复杂的设计，从而降低了这部分的复杂度。需要说明的是，在机械手领域中，多级连杆以及电机机架的连接部分可以视为是关节部分，本实施例的机构设计，充分降低了关节部分的复杂度。此外，还需要说明的是，本实施例的驱动机构不止是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双层折回驱动的两级回转机构，其特征在于，包括电机机架、层间传动机构、电机、螺杆以及与所述螺杆配合的螺母、被驱动部件以及复位机构，所述被驱动部件包括两级连杆结构，

所述电机固定在所述电机机架内，并通过输出轴与所述层间传动机构的第一转动体连接，

所述螺杆和螺母设置于所述电机机架的下方，所述螺杆的一端与所述层间传动机构的第二转动体连接，所述第一转动体和第二转动体之间传动连接，所述螺母设置在所述电机机架下部，所述螺母在径向方向上相对于所述电机机架固定，并能够相对所述电机机架在轴向方向上运动，所述螺母与所述电机位于所述层间传动机构的同侧，

所述螺杆的轴向方向固定，当所述螺杆转动时，带动所述螺母在轴向方向运动，所述螺母上设置有与所述被驱动部件连接的连接部，用于通过所述螺母在轴向方向的运动驱动所述被驱动部件运动，

所述两级连杆结构的第一级连杆的一端通过第一转轴与所述电机机架可转动连接，所述两级连杆结构的第二级连杆的一端与所述第一级连杆的另一端通过第二转轴可转动连接，在所述第二级连杆与所述电机机架之间设置有第一拉杆，所述第一拉杆的一端通过第三转轴与所述电机机架可转动连接，所述第一拉杆的另一端通过第四转轴与所述第二级连杆可转动连接，所述第三转轴设置于所述第一转轴的上方，所述第四转轴设置于所述第二转轴的下方，所述第一拉杆与所述第一级连杆形成交叉结构，

所述第一级连杆通过柔性连接部件或者可弯折连接部件与所述螺母上的连接部连接，

所述复位机构设置在所述电机机架与所述第一级连杆的连接处，用于向所述第一级连杆施加与所述螺母对所述第一级连杆的驱动力所产生的作用相反的复位力。

2.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述复位机构为设置在所述第一转轴上的扭簧，所述扭簧具有两个延伸部，分别向所述电机机架和所述第一级连杆方向延展，并向所述电机机架和所述第一级连杆施加使所述电机机架和所述第一级连杆恢复到预设角度的复位力。

3.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一级连杆具有中空区域，所述第一拉杆穿过该中空区域与所述第一级连杆形成交叉结构。

4.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一级连杆通过绳体或者连杆机构与所述螺母上的连接部连接。

5.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一转动体和第二转动体为齿轮，所述第一转动体和所述第二转动体之间通过齿轮啮合传动连接。

6.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一转动体和所述第二转动体之间通过链条或皮带传动连接。

7.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，还包括减速组件，所述减速组件设置在所述电机的输出端，所述输出轴通过所述减速组件与所述电机的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，层间传动机构还包括固定于所述电机机架上的双层轴承，所述输出轴穿过双层轴承的上层轴承与所述第一转动体连接，所述螺杆穿过所述双层轴承的下层轴承与所述第二转动体连接。

9.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一转动体和所述第二转动体在径向方向上处于同一平面内。

10.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，在所述电机机架的下部设置有滑动导轨，所述螺母通过所述滑动导轨与所述电机机架连接，使得所述螺母径向方向上与所述电机机架固定连接，在轴向方向上能够滑动。