CN108136603B - 止动器装置、旋转关节以及机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于机器人旋转关节的止动器装置，用于限制转动轴的旋转角度。止动器装置包括：旋转突起，被固定至轴并且从轴的外周表面延伸；环状轨道，被固定至机器人旋转关节的安装壳体，将轴插入在环状轨道中；第一滑块和第二滑块，可旋转地被容纳在轨道中并且能够相互推动旋转；止动突起，被固定至机器人旋转关节的壳体并且在轴的中心方向上延伸；其中，旋转突起能够直接推动第二滑块旋转，而不能直接推动第一滑块旋转；轴、旋转突起和第二滑块在旋转时不会被止动突起阻挡，而第一滑块在旋转时能够被止动突起阻挡，从而轴和壳体之间的相对旋转能够被止动。本发明还提供旋转关节和机器人。所提出的解决方案使得旋转范围能够大于±360度。

Description

止动器装置、旋转关节以及机器人

技术领域

本公开的实施例总体涉及止动器装置，并且更具体地，涉及用于在旋转关节中使用的止动器装置、旋转关节以及包括旋转关节的机器人。

背景技术

通常使用的多轴工业机器人包括安装盖、围绕安装盖上的轴线转动的转动凸缘以及安装在转动凸缘上的机器人臂。出于当旋转角度达到预设限制值时限制转动凸缘的操作角度的目的，止动器被附接至安装盖和转动凸缘。

如图1中所示，机械止动器被安装在旋转关节的机器人壳体单元1上。在图2中进一步示出的圆形轨道2和止动挡块5被安装在盖8上，盖8通过螺栓被固定在机器人本体上。在图3中进一步示出的单个滑块10被放置在圆形轨道2和旋转凸缘3之间。螺栓4被插入旋转凸缘3中。

上述已有技术的问题在于，转动角度的操作角度的极限不能被设定为在±360度附近或超过±360度的值。更具体而言，当旋转凸缘3开始旋转时，螺栓4与凸缘3一起运动。当螺栓4运动到抵靠滑块10的位置时，螺栓4推动滑块10向前移动，直到它们被止动挡块5所阻挡。在这种情况下，旋转角度是360度-ω(ω如图1中所示)。如果旋转凸缘3在相反的方向上旋转，结果是相同的。因此，该机械止动器的旋转角度范围是±(360-ω)度。换言之，转动凸缘3的操作角度不能被设定成360度或比360度更大的值。此外，即使操作角度被设定为小于360度的值，也难以将操作角度设定为接近360度的值。

一般而言，受限于电缆性能和机械止动器的结构，机器人关节不能在单个方向上旋转360度或更多。但是，在一些实际的工作应用中，机器人关节需要广角旋转，也就是完整的360度圆周或更多。当然，也可以选择去除止动器。然而，为了保护机器人臂的连接在安装盖8与转动凸缘3之间的驱动线缆等部件(未示出)，转动凸缘3的操作角度必须被机械限制。

因此，存在对能够将转动凸缘3的操作角度的极限设定为±360度或以上的值的止动器的需求。

发明内容

为了解决机器人关节旋转角度小的问题，本发明的目的在于提供用于与工业机器人一起使用的止动器，其能够将转动凸缘的操作角度的极限设定至±360度或以上的值。

为了完成上述目的，根据本发明的一个方面，提供了用于机器人旋转关节的止动器装置，用于限制转动轴的旋转角度。止动器装置包括：旋转突起，被固定至轴并且从轴的外周表面延伸；环状轨道，被固定至机器人旋转关节的安装壳体上，将轴插入在该环状轨道中；第一滑块和第二滑块，被可旋转地容纳在轨道中并且能够相互推动以旋转；止动突起，被固定至机器人旋转关节的壳体上并且在轴的中心方向上延伸；其中，旋转突起能够直接推动第二滑块旋转，而不能直接推动第一滑块旋转；轴、旋转突起和第二滑块在旋转时不会被止动突起阻挡，而第一滑块在旋转时能够被止动突起阻挡，从而轴与壳体之间的相对旋转能够被止动。

根据本发明的优选实施例，第一滑块具有凹槽，其中该凹槽的开口朝向轴的中心，以允许旋转突起穿过；并且第二滑块具有凹槽，其中该凹槽的开口与轴的中心相反，以允许自由端为T形的止动突起穿过。

根据本发明的优选实施例，第一滑块呈U形；以及第二滑块呈倒U形。

根据本发明的优选实施例，第一滑块呈倒T形，以允许具有凹槽的旋转突起穿过，其中该凹槽的开口与轴的中心相反；并且第二滑块呈T形，以允许具有凹槽的止动突起穿过，其中该凹槽的开口朝向轴的中心。

根据本发明的优选实施例，旋转突起的自由端呈倒U形；并且止动突起的自由端呈倒U形。

根据本发明的优选实施例，旋转突起是与轴的螺孔接合的螺栓。

根据本发明的优选实施例，止动突起通过至少一个螺钉被安装在壳体上。

根据本发明的优选实施例，第一滑块和第二滑块能够被提供在围绕转动轴的任意位置处。

根据本发明的优选实施例，旋转突起和轴一体地形成。

根据本发明的优选实施例，止动突起和壳体一体地形成。

根据本发明的优选实施例，转动轴的操作角度范围大于±360度。

根据本发明的优选实施例，转动轴的操作角度范围小于±540度。

根据本发明的优选实施例，第一滑块、第二滑块、止动突起和旋转突起的中心角分别是α、β、γ和θ，并且转动轴的操作角度范围是在±[540-(α+β+γ/2+θ)]度之间。

根据本发明的另一方面，提供了包括如上所述的止动器装置的旋转关节。

根据本发明的另一方面，提供了包括如上所述的旋转关节的机器人。

与已有技术相比，本发明可以提供能够广角旋转的机械止动器。机械止动器具有更宽的旋转范围，远大于±360度。它使得机器人手腕能够具有更灵活的旋转运动，减少了转动次数并提高了工作效率。它还可以易于进行编程，以使机器人手腕在某些特定应用中旋转大于±360度，而不是调整机器人位置来实现完整圆周运动。

附图以示例的方式示出了本发明的原理，当结合附图阅读具体示例性实施例的以下描述时，本申请的实施例的其它特征和优点也将被理解。

附图说明

通过在说明书中参考附图示出的实施例的详细说明，本公开的以上和其它特征将变得更加明显，在附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，并且其中：

图1示出旋转关节中的已有止动器；

图2示出根据图1中的已有止动器的滑块的立体视图；

图3示出根据图1中的已有止动器的止动挡块的立体视图；

图4是示出根据本公开的实施例的止动器的主要元件的前视图；

图5示出根据本公开的实施例的第一滑块的立体视图；

图6示出根据本公开的实施例的第二滑块的立体视图；

图7示出根据本公开的实施例的止动突起的立体视图；

图8是示出根据本公开的实施例的止动器的逆时针操作的前视图；

图9分别示出根据本公开的实施例的止动器的主要元件的中心角；

图10是示出根据本公开的实施例的止动器的顺时针操作的前视图；

图11是示出根据本公开的另一实施例的止动器的主要元件的前视图；

图12示出根据本公开的另一实施例的第一滑块的立体视图；

图13示出根据本公开的另一实施例的第二滑块的立体视图；

图14示出根据本公开的另一实施例的止动突起的立体视图；

图15示出根据本公开的另一实施例的旋转突起的立体视图；以及

图16是示出根据本公开的另一实施例的止动器的逆时针操作的前视图。

贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式

在下文中，将通过参考附图的实施例来详细描述本公开提供的解决方案。应当理解的是，提供这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本公开，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。

通常，权利要求中使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另外明确定义。所有对“一/一个/所述的[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的引用将被公开地解释为指的是所述元件、设备、部件、装置、单元、步骤等的至少一个实例，不排除多个这样的设备、部件、装置、单元、步骤等，除非另有明确说明。此外，本文所使用的不定冠词“一/一个”不排除多个这样的步骤、单元、模块、设备和对象等。

一般而言，本申请的实施例提供了用于机器人关节的新的止动器装置。从下面的进一步讨论中可以明显看出，两个滑块和两个突起被采用以提供宽范围的止动器装置。

参考图4，工业机器人的旋转关节的一个实施例总体上包括安装壳体8、相对于安装壳体8可旋转的转动轴3、以及机械限制转动轴3的操作角度的止动器。工业机器人可以是多轴机器人，例如六轴机器人。工业机器人的其它部件，诸如一个或多个电动机、一个或多个臂、一个或多个连杆以及驱动线缆等未被示出。

贯穿本申请的各种实施例的描述，将省略对一些类似元件的重复描述。

接下来，将参考来描述止动器装置的示例，该止动器装置用于限制机器人的旋转关节中的转动轴的旋转角度，本公开的第一实施例可以在该机器人的旋转关节中实施。机器人系统的一部分具有多种类型的旋转关节。机器人具有控制器和多个关节臂，多个关节臂分别被设置有电动机来驱动臂。每个关节可以具有不同的特点、不同的运动自由(例如运动范围或自由度)和/或不同的封装空间；因此，穿过关节的止动器装置通常需要适于特定关节类型的特殊设计。根据本发明的实施例，相同的基本配置可以被应用于普通关节，以使旋转关节工作在诸如超过±360度的宽范围。

参照图4，止动器装置可以被用于旋转关节，以便于旋转并将旋转角度限制在从第一角度位置到第二角度位置。关节被连接至关节臂，该关节臂包括允许臂在给定的轴线上旋转的两个旋转部分，即安装壳体8和转动轴3，它们相对于彼此旋转。安装壳体8被固定并且转动轴3是可旋转的。

一般而言，止动器装置包括：旋转突起4，其被固定至轴3并且从轴3的外周表面延伸；环状轨道2，其被固定至机器人旋转关节1的安装壳体8，将轴3插入在环状轨道2中；滑块6和滑块7，它们可旋转地容纳在轨道2中并且能够相互推动来旋转；以及止动突起5，其被固定至机器人旋转关节1的壳体8并且在轴3的中心方向上延伸。旋转突起4能够直接推动滑块7旋转，但其不能直接推动滑块6旋转。

根据一些实施例，滑块6具有凹槽，凹槽带有朝向轴3的中心的开口，以允许旋转突起4穿过。一种变型是滑块6呈倒T形，以允许具有凹槽的旋转突起4穿过，其中该凹槽的开口与轴3的中心相反。

轴3、旋转突起4和滑块7在旋转时不会被止动突起5阻挡。例如，滑块7具有凹槽，其中该凹槽的开口与轴3的中心相反，以允许自由端为T形的止动突起5穿过。或者滑块7呈T形，以允许具有凹槽的止动突起5穿过，其中该凹槽的开口朝向轴3的中心。然而，滑块6在旋转时能够被止动突起5阻挡，从而轴3与壳体8之间的相对旋转可以被止动。

根据一些实施例，旋转突起4可以是与轴3的螺孔接合的螺栓。还应当理解的是，旋转突起4和轴3可以一体地形成。

根据一些实施例，止动突起5可以通过至少一个螺钉安装在壳体8上。还应当理解的是，止动突起5和壳体8可以一体地形成。

此外，根据一些实施例，滑块6和滑块7可以被设置在围绕转动轴3的任意位置处。

下面将进一步讨论一些实施例的止动器装置的工作原理。与图1至图3中所示的已有的止动器相比，原先的单个滑块10被分离成两个滑块，分别是U形滑块6和倒U形滑块7，如图5和图6中所示。如图7所示，止动突起5继而被设计成T形。U形滑块6、7的凹槽与T形止动突起5的突出部分相匹配。更具体而言，止动突起5的突出部分可以穿过滑块7的凹槽。两个滑块被安装在相反的方向上。这允许一个滑块穿过止动突起5，而另一个滑块被止动突起5所止动。大于±360度且小于±540度的旋转范围可以被实现。

在下文中，为了使本领域技术人员完全和彻底地理解本公开中提供的解决方案，将参考图8至图10来解释止动器装置的逆时针和顺时针操作，以示出如何实现如本公开的实施例中所提供的大于±360度。

如图8中所示，当旋转轴3逆时针旋转时，螺栓4一起运动。当螺栓4运动至滑块6的位置时，螺栓4将不是如原先一样被滑块6阻挡，而是穿过滑块6的凹槽。由于滑块6与滑块7反向，所以螺栓4将推动滑块7向前运动。当它们到达止动突起5的位置时，止动突起5的突出部分穿过滑块7的凹槽。因此，滑块7向前运动而不被止动突起5所止动。当滑块7到达滑块6的另一侧时，滑块7将推动滑块6一起旋转直到滑块6被止动突起所止动。在滑块被止动的时刻，滑块7已经经过其原先的位置并且已经旋转大于360度。

更具体而言，螺栓4具有如图8中所示的带有中心角θ的曲线设计。滑块6、7和止动突起5分别具有如图9中所示的带有中心角α、β和γ的曲线设计。在这种情况下，当旋转轴逆时针旋转时，旋转角度范围是

度(其中，

)。

如果旋转轴如图10中所示顺时针旋转，则螺栓4首先遇到滑块7，并推动两个滑块向前运动，直到它们被止动突起5所止动。在这种情况下，旋转角度范围也是

度(其中，

)。

也就是说，这种机械止动器的旋转范围是±

度，并且

的值取决于α、β、γ和θ的值。α、β、γ和θ的值越小，可以达到越小的

的值以及越大的旋转范围。

因此，如上所述，大于±360度且小于±540度的旋转范围可以被实现。更宽的旋转范围使得机器人手腕能够具有更灵活的旋转运动，减少了转动次数并且提高了工作效率。它还可以易于进行编程以使机器人手腕在某些特定应用中旋转大于±360度，而不是调整机器人的位置来实现完整圆周运动。

以上描述了一种止动器装置，但是其结构不限于上面所述，并且其还可以适于但不限于如下所述的其它结构。

根据本申请，用于机械止动器的解决方案基于滑块和止动突起形式的特殊设计，并且还存在可用于在不同情况下选择的其它形式的变型。例如，在本申请的另一个实施例中，滑块可以被设计为倒T形滑块6和T形滑块7，并且止挡突起5可以被设计为如图12至图14中所示的倒U形。如图11中所示，圆形轨道2和T形止动突起5被安装在盖8上，盖8通过螺栓被固定在机器人本体上。滑块6、7被放置在圆形轨道2与旋转轴3之间。螺栓4被插入在旋转轴3中。在这种情况下，T形滑块7的突出部分将穿过U形止动突起5的凹槽。这可以实现之前所述的相同的效果。在该解决方案中，螺栓4也应当被重新设计成如图15所示的具有倒U形的头部，以便其将不被倒T形滑块6所阻挡。

如图16中所示，当旋转轴3逆时针旋转时，螺栓4穿过滑块6并且推动滑块7向前运动。原本，当滑块接触止动突起5时，它们将被止动。但现在，由于它们是交错的，滑块7将不被止动突起所止动。当滑块7和滑块6相会时，滑块7将向前运动并且推动滑块6一起运动，直到滑块6被止动突起5所止动。在这种情况下，轴旋转超过一个圆周，即也可以实现旋转范围大于±360度且小于±540度。

在上文中，参照附图通过实施例已经详细描述了本公开的实施例。应当理解的是，虽然本说明书包含许多具体的实现细节，但是这些细节不应当被解释为对任何发明或可能要求保护的范围的限制，而是作为针对特定发明的特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中的该说明书中所描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中所描述的各个特征也可以在多个实施例中单独地或以任何适当的子组合来实现。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从组合中删除，并且所要求保护的组合可以是针对子组合或子组合的变型。

当结合附图阅读时，鉴于前面的描述，对于本公开的前述示例性实施例的各种修改、改写对于相关领域的技术人员而言可以变得显而易见。任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例性实施例的范围内。此外，对于本公开的这些实施例所属领域的技术人员而言，在此阐述的公开内容的其它实施例将受益于前述说明书和相关附图中呈现的教导。

因此，应该理解，本公开的实施例不限于所公开的特定实施例，并且修改和其它实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。虽然在此使用了特定的术语，但它们仅用于一般和描述性的意义，而不是为了限制的目的。

Claims (22)

1.一种用于机器人旋转关节(1)的止动器装置，用于限制转动轴(3)的旋转角度，其特征在于，所述止动器装置包括：

旋转突起(4)，被固定至所述转动轴(3)并且从所述转动轴(3)的外周表面延伸；

环状轨道(2)，被固定至所述机器人旋转关节(1)的安装壳体(8)，所述转动轴(3)插入在所述环状轨道(2)中；

第一滑块(6)和第二滑块(7)，被能旋转地容纳在所述轨道(2)中并且能够相互推动以旋转；

止动突起(5)，被固定至机器人旋转关节(1)的所述壳体(8)并且在所述转动轴(3)的中心方向上延伸；其中，

所述旋转突起(4)能够直接推动所述第二滑块(7)旋转，而所述旋转突起(4)不能直接推动所述第一滑块(6)旋转；

所述转动轴(3)、所述旋转突起(4)和所述第二滑块(7)在旋转时不会被所述止动突起(5)阻挡，而所述第一滑块(6)在旋转时能够被所述止动突起(5)阻挡，从而所述转动轴(3)和所述壳体(8)之间的相对旋转能够被止动，

其中所述第一滑块(6)具有凹槽，其中所述凹槽的开口朝向所述转动轴(3)的中心，以允许所述旋转突起(4)穿过；并且

所述第二滑块(7)具有凹槽，其中所述凹槽的开口与所述转动轴(3)的中心相反，以允许自由端为T形的所述止动突起(5)穿过。

2.根据权利要求1所述的止动器装置，其特征在于，所述第一滑块(6)呈U形；并且所述第二滑块(7)呈倒U形。

3.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述旋转突起(4)是与所述转动轴(3)的螺孔接合的螺栓。

4.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述止动突起(5)通过至少一个螺钉而被安装在所述壳体(8)上。

5.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述第一滑块(6)和所述第二滑块(7)能够被提供在围绕所述转动轴(3)的任意位置处。

6.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述旋转突起(4)和所述转动轴(3)一体地形成。

7.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述止动突起(5)和所述壳体(8)一体地形成。

8.根据权利要求1或2所述的止动器装置，其特征在于，所述转动轴(3)的操作角度范围大于±360度。

9.根据权利要求8所述的止动器装置，其特征在于，所述转动轴(3)的操作角度范围小于±540度。

10.根据权利要求9所述的止动器装置，其特征在于，所述第一滑块(6)、所述第二滑块(7)、所述止动突起(5)和所述旋转突起(4)的中心角度分别是α、β、γ和θ，并且

所述转动轴(3)的操作角度范围在±[540-(α+β+γ/2+θ)]度之间。

11.一种用于机器人旋转关节(1)的止动器装置，用于限制转动轴(3)的旋转角度，其特征在于，所述止动器装置包括：

旋转突起(4)，被固定至所述转动轴(3)并且从所述转动轴(3)的外周表面延伸；

环状轨道(2)，被固定至所述机器人旋转关节(1)的安装壳体(8)，所述转动轴(3)插入在所述环状轨道(2)中；

第一滑块(6)和第二滑块(7)，被能旋转地容纳在所述轨道(2)中并且能够相互推动以旋转；

止动突起(5)，被固定至机器人旋转关节(1)的所述壳体(8)并且在所述转动轴(3)的中心方向上延伸；其中，

所述旋转突起(4)能够直接推动所述第二滑块(7)旋转，而所述旋转突起(4)不能直接推动所述第一滑块(6)旋转；

所述转动轴(3)、所述旋转突起(4)和所述第二滑块(7)在旋转时不会被所述止动突起(5)阻挡，而所述第一滑块(6)在旋转时能够被所述止动突起(5)阻挡，从而所述转动轴(3)和所述壳体(8)之间的相对旋转能够被止动，

其中所述第一滑块(6)呈倒T形，以允许具有凹槽的所述旋转突起(4)穿过，其中所述凹槽的开口与所述转动轴(3)的中心相反；并且

所述第二滑块(7)呈T形，以允许具有凹槽的所述止动突起(5)穿过，其中所述凹槽的开口朝向所述转动轴(3)的中心。

12.根据权利要求11所述的止动器装置，其特征在于，所述旋转突起(4)的自由端呈倒U形；并且所述止动突起(5)的自由端呈倒U形。

13.根据权利要求11或12所述的止动器装置，其特征在于，所述旋转突起(4)是与所述转动轴(3)的螺孔接合的螺栓。

14.根据权利要求11或12所述的止动器装置，其特征在于，所述止动突起(5)通过至少一个螺钉而被安装在所述壳体(8)上。

15.根据权利要求11或12所述的止动器装置，其特征在于，所述第一滑块(6)和所述第二滑块(7)能够被提供在围绕所述转动轴(3)的任意位置处。

16.根据权利要求11或12所述的止动器装置，其特征在于，所述旋转突起(4)和所述转动轴(3)一体地形成。

17.根据权利要求11或12所述的止动器装置，其特征在于，所述止动突起(5)和所述壳体(8)一体地形成。

18.根据权利要求11或12任一项所述的止动器装置，其特征在于，所述转动轴(3)的操作角度范围大于±360度。

19.根据权利要求18所述的止动器装置，其特征在于，所述转动轴(3)的操作角度范围小于±540度。

20.根据权利要求19所述的止动器装置，其特征在于，所述第一滑块(6)、所述第二滑块(7)、所述止动突起(5)和所述旋转突起(4)的中心角度分别是α、β、γ和θ，并且

所述转动轴(3)的操作角度范围在±[540-(α+β+γ/2+θ)]度之间。

21.一种旋转关节(1)，包括根据权利要求1至20中任一项所述的止动器装置。

22.一种机器人，包括根据权利要求21所述的旋转关节(1)。

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