CN110539327A - 一种高韧性的机器人用机械关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性的机器人用机械关节装置，包括下关节和伺服电机，所述下关节上端的内部通过第一转轴与上关节的下端活动连接，且第一转轴的端部固定连接有第一锥形齿轮，并且第一锥形齿轮位于下关节的外部，所述第一锥形齿轮底部的边侧安装有第二锥形齿轮，且第二锥形齿轮固定连接第二转轴的上端，并且第二转轴的下端设置于伺服电机的顶部；本发明设置有丝杆、控制杆、活动板和安装板，通过旋转控制杆，使得丝杆同时与活动板和安装板分离，从而便于对保护罩和伺服电机的拆卸和安装，进而便于对伺服电机的维修，且设置有保护罩，避免了关节装置转动过程中伤害到他人。

Description

一种高韧性的机器人用机械关节装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种高韧性的机器人用机械关节装置。

背景技术

机器人是自动控制机器（Robot）的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发，机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成，执行机构为即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等，驱动装置为是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置，控制装置为是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度，在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，且机器人关节处的转动，是通过伺服电机实现的。

如公开号为CN207168699U的发明所公开的一种康复机器人，其虽然实现了机器人关节处的转动，但是没有设置保护装置，导致锥形齿轮暴露在外，容易导致人受伤，同时不便于伺服电机拆卸，从而不便于伺服电机的维修，为此我们提出一种高韧性的机器人用机械关节装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性的机器人用机械关节装置，以解决上述提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高韧性的机器人用机械关节装置，包括下关节和伺服电机，所述下关节上端的内部通过第一转轴与上关节的下端活动连接，且第一转轴的端部固定连接有第一锥形齿轮，并且第一锥形齿轮位于下关节的外部，所述第一锥形齿轮底部的边侧安装有第二锥形齿轮，且第二锥形齿轮固定连接于第二转轴的上端，并且第二转轴的下端设置于伺服电机的顶部。

优选的，所述伺服电机的外壁固定有固定板，且固定板设置有两个，并且固定板关于伺服电机的中心轴线对称设置，而且固定板与伺服电机构成焊接一体化结构。

优选的，所述固定板的内部贯穿有活动板，且活动板的端部放置于限位槽的内部，并且限位槽开设于下关节边侧的内部，所述活动板设计为“T”字型结构，且活动板与固定板构成滑动连接，并且活动板与限位槽为卡合连接。

优选的，所述下关节边侧的内部活动安装有丝杆，且丝杆的下端贯穿于活动板的内部，并且丝杆的上端固定连接有控制杆，而且控制杆位于下关节的上方，所述丝杆与下关节为螺纹连接，且丝杆与活动板为滑动连接。

优选的，所述丝杆贯穿于安装板的内部，且安装板放置在凹槽的内部，并且凹槽开设于下关节边侧的内部，所述丝杆与安装板为贯穿连接，且安装板与凹槽为卡合连接，并且安装板设置有两个。

优选的，所述安装板固定连接于保护罩的边端，且保护罩位于下关节的外部。

优选的，所述安装板顶部和底部的一侧均开设有线槽，所述线槽设计为“U”字型结构，并且线槽设置有两个。

优选的，所述第一锥形齿轮和第二锥形齿轮为相互垂直设计，且第一锥形齿轮和第二锥形齿轮为啮合连接。

优选的，其使用方法具体为：

步骤一：使用前，在关节的一侧通过固定螺栓安装保护罩；

步骤二：使用时，首先启动伺服电机，伺服电机通过第二转轴带动第二锥形齿轮转动，接着第二锥形齿轮通过第一锥形齿轮带动第一转轴转动，再接着第一转轴带动上关节转动。

步骤三：在伺服电机维修时，旋转控制杆，接着控制杆带动丝杆旋转，由于丝杆与下关节为螺纹连接，因此丝杆与下关节分离，同时丝杆与活动板和安装板分离，从而使得活动板和安装板能够从下关节的内部拆卸下来

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、设置有保护罩，从而使得第一转轴、第二转轴、第一锥形齿轮和第二锥形齿轮均能够保罩住，进而避免了关节装置转动过程中伤害到他人。

2、设置有丝杆、控制杆、活动板和安装板，通过旋转控制杆，使得丝杆同时与活动板和安装板分离，从而便于对保护罩和伺服电机的拆卸和安装，进而便于对伺服电机的维修。

附图说明

图1为一种高韧性的机器人用机械关节装置的正视示意图；

图2为一种高韧性的机器人用机械关节装置的俯视示意图；

图3为一种高韧性的机器人用机械关节装置的图1中A处放大示意图；

图4为一种高韧性的机器人用机械关节装置的图2中B处放大示意图；

图5为一种高韧性的机器人用机械关节装置的图1中线槽分布示意图。

图中：1、下关节；2、上关节；3、第一转轴；4、第一锥形齿轮；5、第二锥形齿轮；6、第二转轴；7、伺服电机；8、固定板；9、活动板；10、限位槽；11、保护罩；12、安装板；13、凹槽；14、丝杆；15、控制杆；16、线槽。

具体实施方式

为了解决上述提出的问题，本发明提供了一种高韧性的机器人用机械关节装置。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1～图5，为一种高韧性的机器人用机械关节装置，包括下关节1和伺服电机7，下关节1上端的内部通过第一转轴3与上关节2的下端活动连接，且第一转轴3的端部固定连接有第一锥形齿轮4，并且第一锥形齿轮4位于下关节1的外部，第一锥形齿轮4底部的边侧安装有第二锥形齿轮5，且第二锥形齿轮5固定连接于第二转轴6的上端，并且第二转轴6的下端设置于伺服电机7的顶部。

增加了固定板8与伺服电机7之间的连接强度，从而使得伺服电机7能够稳定的安装在下关节1的边侧，本实施案例，优选的，伺服电机7的外壁固定有固定板8，且固定板8设置有两个，并且固定板8关于伺服电机7的中心轴线对称设置，而且固定板8与伺服电机7构成焊接一体化结构。

保证了活动板9能够从固定板8的内部抽出，且活动板9不会与固定板8分离，同时保证了活动板9的端部能够刚好的插在限位槽10的内部，本实施案例，优选的，固定板8的内部贯穿有活动板9，且活动板9的端部放置于限位槽10的内部，并且限位槽10开设于下关节1边侧的内部，活动板9设计为“T”字型结构，且活动板9与固定板8构成滑动连接，并且活动板9与限位槽10为卡合连接。

保证了丝杆14能够固定在下关节1上，从而丝杆14能够使得活动板9固定在限位槽10的内部，进而使得伺服电机7能够被固定住，本实施案例，优选的，下关节1边侧的内部活动安装有丝杆14，且丝杆14的下端贯穿于活动板9的内部，并且丝杆14的上端固定连接有控制杆15，而且控制杆15位于下关节1的上方，丝杆14与下关节1为螺纹连接，且丝杆14与活动板9为滑动连接。

保证了丝杆14固定在下关节1上时，丝杆14能够使得安装板12固定在凹槽13的内部，进而使得保护罩11能够固定在下关节1的外侧，本实施案例，优选的，丝杆14贯穿于安装板12的内部，且安装板12放置在凹槽13的内部，并且凹槽13开设于下关节1边侧的内部，丝杆14与安装板12为贯穿连接，且安装板12与凹槽13为卡合连接，并且安装板12设置有两个，安装板12固定连接于保护罩11的边端，且保护罩11位于下关节1的外部。

保证了线槽16的内部能够穿插电线，从而方便排线，本实施案例，优选的，安装板12顶部和底部的一侧均开设有线槽16，线槽16设计为“U”字型结构，并且线槽16设置有两个。

保证了第二锥形齿轮5能够带动第一锥形齿轮4转动，从而第一锥形齿轮4能够驱动第一转轴3带动上关节2转动，本实施案例，优选的，第一锥形齿轮4和第二锥形齿轮5为相互垂直设计，且第一锥形齿轮4和第二锥形齿轮5为啮合连接。

其使用方法具体为：

步骤一：使用前，在关节的一侧通过固定螺栓安装保护罩11；

步骤二：使用时，首先启动伺服电机7，伺服电机7通过第二转轴6带动第二锥形齿轮5转动，接着第二锥形齿轮5通过第一锥形齿轮4带动第一转轴3转动，再接着第一转轴3带动上关节2转动。

步骤三：在伺服电机7维修时，旋转控制杆15，接着控制杆15带动丝杆14旋转，由于丝杆14与下关节1为螺纹连接，因此丝杆14与下关节1分离，同时丝杆14与活动板9和安装板12分离，从而使得活动板9和安装板12能够从下关节1的内部拆卸下来。

本发明的工作原理及使用流程：该装置在使用时，首先伺服电机7通过第二转轴6带动第二锥形齿轮5转动，接着第二锥形齿轮5通过第一锥形齿轮4带动第一转轴3转动，再接着第一转轴3带动上关节2转动，从而保证了伺服电机7进行正转或者反转时，上关节2也能够进行正转或者反转，从而使得关节的转动，当伺服电机7需要拆卸维修时，此时旋转控制杆15，接着控制杆15带动丝杆14旋转，由于丝杆14与下关节1为螺纹连接，因此丝杆14与下关节1分离，同时丝杆14与活动板9和安装板12分离，从而使得活动板9和安装板12能够从下关节1的内部拆卸下来，进而使得保护罩11和伺服电机7能够拆卸下来，从而方便对保护罩11和伺服电机7的拆卸和安装，且保护罩11避免了关节装置伤害他人。

本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高韧性的机器人用机械关节装置，包括下关节（1）和伺服电机（7），其特征在于：所述下关节（1）上端的内部通过第一转轴（3）与上关节（2）的下端活动连接，且第一转轴（3）的端部固定连接有第一锥形齿轮（4），并且第一锥形齿轮（4）位于下关节（1）的外部，所述第一锥形齿轮（4）底部的边侧安装有第二锥形齿轮（5），且第二锥形齿轮（5）固定连接于第二转轴（6）的上端，并且第二转轴（6）的下端设置于伺服电机（7）的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述伺服电机（7）的外壁固定有固定板（8），且固定板（8）设置有两个，并且固定板（8）关于伺服电机（7）的中心轴线对称设置，而且固定板（8）与伺服电机（7）构成焊接一体化结构。

3.根据权利要求2所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述固定板（8）的内部贯穿有活动板（9），且活动板（9）的端部放置于限位槽（10）的内部，并且限位槽（10）开设于下关节（1）边侧的内部，所述活动板（9）设计为“T”字型结构，且活动板（9）与固定板（8）构成滑动连接，并且活动板（9）与限位槽（10）为卡合连接。

4.根据权利要求3所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述下关节（1）边侧的内部活动安装有丝杆（14），且丝杆（14）的下端贯穿于活动板（9）的内部，并且丝杆（14）的上端固定连接有控制杆（15），而且控制杆（15）位于下关节（1）的上方，所述丝杆（14）与下关节（1）为螺纹连接，且丝杆（14）与活动板（9）为滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述丝杆（14）贯穿于安装板（12）的内部，且安装板（12）放置在凹槽（13）的内部，并且凹槽（13）开设于下关节（1）边侧的内部，所述丝杆（14）与安装板（12）为贯穿连接，且安装板（12）与凹槽（13）为卡合连接，并且安装板（12）设置有两个。

6.根据权利要求5所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述安装板（12）固定连接于保护罩（11）的边端，且保护罩（11）位于下关节（1）的外部。

7.根据权利要求6所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述安装板（12）顶部和底部的一侧均开设有线槽（16），所述线槽（16）设计为“U”字型结构，并且线槽（16）设置有两个。

8.根据权利要求1所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其特征在于：所述第一锥形齿轮（4）和第二锥形齿轮（5）为相互垂直设计，且第一锥形齿轮（4）和第二锥形齿轮（5）为啮合连接。

9.根据权利要求1所述的一种高韧性的机器人用机械关节装置，其使用方法具体为：

步骤一：使用前，在关节的一侧通过固定螺栓安装保护罩（11），使其与上关节（2）和下关节（1）固定连接；

步骤二：使用时，首先启动伺服电机（7），伺服电机（7）通过第二转轴（6）带动第二锥形齿轮（5）转动，接着第二锥形齿轮（5）通过第一锥形齿轮（4）带动第一转轴（3）转动，再接着第一转轴（3）带动上关节（2）转动。

10.步骤三：在伺服电机（7）维修时，旋转控制杆（15），接着控制杆（15）带动丝杆（14）旋转，由于丝杆（14）与下关节（1）为螺纹连接，因此丝杆（14）与下关节（1）分离，同时丝杆（14）与活动板（9）和安装板（12）分离，使活动板（9）和安装板（12）能够从下关节（1）的内部拆卸下来。