CN111590631A - 关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人关节结构技术领域，涉及关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人。该关节储能助力机构中，活动件相对于固定件转动设置，储能弹性件连接在两个基座之间，切换装置能使两个基座在一静一动状态、锁止状态与自由状态间切换。在需要储能时，使两个基座切换至一静一动状态，传动组件将活动件的动能传递给可活动的基座，储能弹性件将活动件的动能转换为弹性势能以实现储能。活动件回程时，储能弹性件释放能量并经过传动组件传递至活动件。使两个基座切换至锁止状态时，活动件与固定件相当于固联。使两个基座切换至自由状态时，储能弹性件无法储能。该关节储能助力机构能够在有限空间内储存较大的能量，在有限角度内达到较大扭力。

Description

关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人

技术领域

本申请属于机器人关节结构技术领域，尤其涉及一种关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人。

背景技术

目前，机器人关节结构在运动过程中有两个问题比较棘手：在特定位置、特定速度和特定加速度时需要较大的力，此时如果单纯增加关节的转动动力件出力，则会增加关节质量和体积，也会增加关节成本。在特定位置，尤其是重力势能在普通关节中无法储存，并且转动动力件克服重力做功而导致能量损耗。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人，以解决现有机器人关节结构的转动动力件质量和体积较大的技术问题。

本申请实施例提供一种关节储能助力机构，包括：

固定件；

活动件，相对于所述固定件转动设置；

两个基座，间隔设置，具有其中一个所述基座相对所述固定件静止而另外一个所述基座相对所述固定件转动的一静一动状态、两个所述基座均相对所述固定件静止的锁止状态及两个所述基座均相对所述固定件转动的自由状态；

传动组件，用于将所述活动件的动力传递至所述基座上；

储能弹性件，用于将所述活动件的动能转换为弹性势能，其两端一一对应地固定于两个所述基座上；以及

切换装置，用于使两个所述基座在一静一动状态、锁止状态与自由状态之间切换。

可选地，所述切换装置包括直线驱动组件以及由所述直线驱动组件驱动移动的换挡件，所述活动件相对所述固定件的转动轴线与所述换挡件的移动方向相互平行；所述换挡件能够移动以使所述换挡件同时连接其中一个所述基座与所述固定件，或使所述换挡件同时连接两个所述基座与所述固定件，或使所述换挡件、所述基座与所述固定件相互分离。

可选地，所述基座具有沿其轴线方向延伸的贯通槽，两个所述基座的贯通槽相对设置，所述贯通槽的内壁设有第一内花键，所述换挡件具有第一外花键与第二外花键，所述第一外花键与所述第一内花键相适配，所述第二外花键与所述第一内花键相适配；所述换挡件能够沿所述基座的轴线方向在所述贯通槽内移动以使所述第一外花键或所述第二外花键连接于所述第一内花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键分别连接于两个所述第一内花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键均分离所述第一内花键。

可选地，所述第一外花键与所述第二外花键之间形成环形空位，所述环形空位在所述换挡件的轴线方向上的宽度大于所述第一内花键在所述基座的轴线方向上的宽度。

可选地，所述固定件具有第三外花键，所述换挡件具有第三内花键，所述第三外花键与所述第三内花键相适配；所述换挡件能够移动以使所述第一外花键或所述第二外花键连接于所述第一内花键且所述第三内花键连接于所述第三外花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键分别连接于两个所述第一内花键且所述第三内花键连接于所述第三外花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键均分离所述第一内花键且所述第三内花键分离于所述第三外花键。

可选地，所述换挡件包括筒状体及连接于所述筒状体的导向轴，所述第一外花键、所述第二外花键与所述第三内花键均设于所述筒状体上；所述固定件上开设有导向槽，所述导向轴插设于所述导向槽以限定所述导向轴的周向位置。

可选地，所述直线驱动组件包括安装座、安装于所述安装座上的转动驱动件、由所述转动驱动件驱动转动的丝杆，以及沿所述丝杆的轴线方向移动的滑块，所述滑块具有与所述丝杆螺纹连接的螺孔，所述滑块安装于所述换挡件上，所述丝杆穿过所述换挡件设置。

可选地，所述丝杆的一端通过第一轴承支承在所述安装座上，另外一端通过第二轴承支承在所述固定件上。

可选地，所述直线驱动组件还包括连接于所述转动驱动件的输出轴的减速器，以及连接于所述减速器与所述丝杆之间的联轴器。

可选地，每个所述基座均具有外齿圈，所述传动组件包括转动安装于所述活动件上的若干行星齿轮对，每一所述行星齿轮对均包括两个相啮合的行星齿轮，同一所述行星齿轮对中的两个所述行星齿轮一一对应地与两个所述基座的所述外齿圈相啮合。

可选地，所述活动件包括两个行星架，两个所述行星架均呈环状，两个所述行星架的其中一端开口相对设置，两个所述基座分别设于两个所述行星架的内腔，所述行星齿轮对设于两个所述行星架的相对开口处。

可选地，所述行星齿轮的其中一轴向端面凸设有连接轴，另外一轴向端面开设有安装槽；其中一个所述行星架开设有连接槽，另外一个所述行星架凸设有安装轴；所述连接轴通过第三轴承支承于所述连接槽的内壁，所述安装轴通过第四轴承支承在所述安装槽的内壁。

可选地，所述行星架开设有与其内腔连通的容纳槽，所述行星齿轮设于所述容纳槽内。

可选地，两个所述基座分别通过第五轴承支承在两个所述行星架的内壁上。

可选地，所述基座的靠近所述外齿圈处设有环形台阶，所述行星架的内壁在靠近所述外齿圈处设有环形凸缘；所述基座的外周面卡设有外卡簧，所述行星架的内壁卡设有内卡簧；所述第五轴承的内圈的两个轴向端面分别抵设于所述环形台阶与所述外卡簧，所述第五轴承的外圈的两个轴向端面分别抵设于所述环形凸缘与所述内卡簧。

可选地，两个所述基座的相对端面均开设有环形凹槽，所述储能弹性件的两端分别设于两个所述环形凹槽内。

可选地，所述储能弹性件为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧与所述活动件同轴设置。

本申请实施例提供一种机器人关节结构，包括上述的关节储能助力机构、固定臂、转动安装于所述固定臂上的活动臂，以及用于驱动所述活动臂转动的转动动力件，所述固定件连接至所述固定臂，所述转动动力件安装于所述固定臂或所述固定件上，所述转动动力件的输出轴连接至所述活动臂或所述活动件上，所述活动臂连接至所述活动件。

本申请实施例提供一种机器人，包括上述的关节储能助力机构。

本申请实施例提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该关节储能助力机构中，活动件相对于固定件转动设置，储能弹性件连接在两个基座之间，切换装置能使两个基座在一静一动状态、锁止状态与自由状态间切换。关节在任意位置需要储能时，使两个基座切换至一静一动状态，此时，活动件接受转动动力件的动力或连接于活动件的活动臂的重力势能并且转换为动能，传动组件将活动件的动能传递给可活动的基座，两个基座产生角度差，储能弹性件扭曲变形以将活动件的动能转换为弹性势能以实现储能。活动件回程时，储能弹性件释放储存的能量并经过传动组件传递至活动件以带动活动件转动。使两个基座切换至锁止状态时，活动件的动力经过传动组件传递至基座与固定件，活动件与固定件相当于固联。使两个基座切换至自由状态时，储能弹性件无法储能，相当于没有储能弹性件。关节储能助力机构、机器人关节结构及机器人，通过适时地擒纵储能弹性件，可实现储能弹性件的储能与释放能量，让关节能够在需要时主动地将能量储存在储能弹性件上，而在需要能量时将能量释放出来，从而达到节省能量以及增加爆发力的目的。该关节储能助力机构结构紧凑，体积小，能够在有限空间内储存较大的能量，并在有限角度内达到较大扭力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的关节储能助力机构的立体装配图；

图2为图1的关节储能助力机构中应用的活动件的立体分解图；

图3为图1的关节储能助力机构的立体分解图，活动件未示；

图4为图3的关节储能助力机构中应用的基座、储能弹性件、传动组件的立体分解图；

图5为图3的关节储能助力机构中应用的切换装置的立体分解图；

图6为图1的关节储能助力机构在两个基座处于自由状态的剖视图；

图7为图1的关节储能助力机构在两个基座处于一静一动状态的剖视图；

图8为图1的关节储能助力机构在两个基座处于锁止状态的剖视图；

图9为图1的关节储能助力机构在两个基座处于另一种一静一动状态的剖视图；

图10为图1的关节储能助力机构应用于机器人关节结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请实施例中的具体含义。

请参阅图1、图6、图10，本申请实施例提供一种关节储能助力机构100，应用于机器人关节结构上，机器人关节结构通常包括固定臂200、转动安装于固定臂200上的活动臂300，以及用于驱动活动臂300转动的转动动力件400，转动动力件可以是舵机。关节储能助力机构100包括固定件10、活动件20、两个基座30、传动组件40、储能弹性件50与切换装置60。活动件20相对于固定件10转动设置，固定件10连接至固定臂200，在固定件10或固定臂200上设置转动动力件400。具体的，转动动力件400的壳体部分连接至固定件10或固定臂200，转动动力件400的输出轴(图未示)连接至活动件20或活动臂300。活动件20连接至活动臂300，进而控制活动件20或活动臂300转动以实现关节运动，即活动臂300相对固定臂200转动。在活动臂300的重心位置高于活动件20的轴心位置时，该活动臂300具有一定的重力势能。因此，活动件20可以接受转动动力件400的动力或连接于活动件20的活动臂300的重力势能并且转换为动能。基座30与活动件20可以同轴设置，两个基座30间隔设置，具有其中一个基座30相对固定件10静止而另外一个基座30相对固定件10转动的一静一动状态(图7、图9所示)、两个基座30均相对固定件10静止的锁止状态(图8所示)及两个基座30均相对固定件10转动的自由状态(图6所示)。传动组件40用于将活动件20的动力传递至基座30上。储能弹性件50用于将活动件20的动能转换为弹性势能，其两端一一对应地固定于两个基座30上。切换装置60用于使两个基座30在一静一动状态、锁止状态与自由状态之间切换。

本申请提供的关节储能助力机构100，与现有技术相比，该关节储能助力机构100中，活动件20相对于固定件10转动设置，储能弹性件50连接在两个基座30之间，切换装置60能使两个基座30在一静一动状态、锁止状态与自由状态间切换。关节在任意位置需要储能时，使两个基座30切换至一静一动状态(图7、图9所示)，此时，活动件20接受转动动力件400的动力或连接于活动件20的活动臂300的重力势能并且转换为动能，传动组件40将活动件20的动能传递给可活动的基座30，两个基座30产生角度差，储能弹性件50扭曲变形以将活动件20的动能转换为弹性势能以实现储能。活动件20回程时，储能弹性件50释放储存的能量并经过传动组件40传递至活动件20以带动活动件20转动。使两个基座30切换至锁止状态时(图8所示)，活动件20的动力经过传动组件40传递至基座30与固定件10，活动件20与固定件10相当于固联。使两个基座30切换至自由状态时(图6所示)，储能弹性件50无法储能，相当于没有储能弹性件50。关节储能助力机构100通过适时地擒纵储能弹性件50，可实现储能弹性件50的储能与释放能量，让关节能够在需要时主动地将能量储存在储能弹性件50上，而在需要能量时将能量释放出来，从而达到节省能量以及增加爆发力的目的。该关节储能助力机构100结构紧凑，体积小，能够在有限空间内储存较大的能量，并在有限角度内达到较大扭力。

储能弹性件50在储存能量时的变形方向与释放能量时的变形方向总是相反的，如果两个基座30一直是同一个基座30静止而另外一个基座30可活动，此时，只有活动件20朝向一个确定方向转动时，储能弹性件50才能将可活动的基座30的动能转换为弹性势能以实现储能，而不能在活动件20朝向另外一个方向转动时实现储能弹性件50的储能，即不能在活动件20分别朝向两个相反方向转动时均实现储能弹性件50的储能。

在两个基座30处于一静一动状态时(图7、图9所示)，能够依据需要选择两个基座30中的其中一个基座30相对固定件10静止，即选择合适的基座30处于可活动状态，图7所示为左边基座30静止而右边基座30可活动，图9所示为左边基座30可活动而右边基座30静止，就能够在活动件20朝向一个方向转动时实现储能弹性件50的储能，而选择另一个基座30处于可活动状态，就能够在活动件20朝向另外一个方向转动时实现储能弹性件50的储能。也就是说，本申请的关节储能助力机构100，能够在活动件20分别朝向两个相反方向转动时实现储能弹性件50的储能，从而给控制足够的模式来实现多样性运动状态。

在活动件20回程时，储能弹性件50才释放储存的能量以带动可活动的基座30、传动组件40与活动件20转动。同时，转动动力件400也带动活动件20转动。储能弹性件50与转动动力件400是平行地并联在固定件10与活动件20之间，满足特定位置需要较大的扭力。

请参阅图1、图3、图5、图6，在本申请另一实施例中，切换装置60包括直线驱动组件61以及由直线驱动组件61驱动移动的换挡件62，活动件20相对固定件10的转动轴线与换挡件62的移动方向相互平行；换挡件62能够移动以使换挡件62同时连接其中一个基座30与固定件10(图7、图9所示)，或使换挡件62同时连接两个基座30与固定件10(图8所示)，或使换挡件62、基座30与固定件10相互分离(图6所示)。这个方案能够通过直线驱动组件61带动换挡件62直线移动，实现两个基座30在一静一动状态、锁止状态与自由状态之间切换。在换挡件62同时连接其中一个基座30与固定件10时，就使两个基座30切换至一静一动状态。在换挡件62同时连接两个基座30与固定件10时，就使两个基座30切换至锁止状态。在换挡件62、基座30与固定件10相互分离时，就使两个基座30切换至自由状态。

请参阅图3至图6，在本申请另一实施例中，基座30具有沿其轴线方向延伸的贯通槽31，两个基座30的贯通槽31相对设置，贯通槽31的内壁设有第一内花键32，换挡件62具有第一外花键621与第二外花键622，第一外花键621与第一内花键32相适配，第二外花键622与第一内花键32相适配；换挡件62能够沿基座30的轴线方向在贯通槽31内移动以使第一外花键621或第二外花键622连接于第一内花键32(图7、图9所示)，或者第一外花键621与第二外花键622分别连接于两个第一内花键32(图8所示)，或者第一外花键621与第二外花键622均分离第一内花键32(图6所示)。在基座30上设置内花键，在换挡件62上设置外花键，并通过改变换挡件62相对于基座30的位置，就能实现内花键与外花键的分离与连接，进而实现基座30与换挡件62的固联与分离。每个基座30均配置第一内花键32，而换挡件62配置第一外花键621与第二外花键622，通过改变换挡件62的位置，能够使换挡件62与固定件10之间连接或分离，进而能实现两个基座30在不同状态间的切换。

其中，第一外花键621或第二外花键622连接于第一内花键32(图7、图9所示)，是指第一外花键621与第二外花键622中的其中一个连接至第一内花键32，使得只有一个基座30与换挡件62固联，此时，换挡件62同时连接其中一个基座30与固定件10，没被连接第一内花键32的基座30处于可活动状态。比如，图7所示，选择第一外花键621连接至左边的第一内花键32，即换挡件62同时连接左边的基座30与固定件10，在活动件20朝向一个方向(如顺时针)转动时实现储能弹性件50的储能。图9所示，选择第二外花键622连接至右边的第一内花键32，即换挡件62同时连接右边的基座30与固定件10，在活动件20朝向另外一个方向(如逆时针)转动时实现储能弹性件50的储能。可以理解的，改变储能弹性件50的扭转方向，可改变与储能弹性件50储能对应的活动件20转动方向。

请参阅图4至图6，在本申请另一实施例中，第一外花键621与第二外花键622之间形成环形空位623，环形空位623在换挡件62的轴线方向上的宽度大于第一内花键32在基座30的轴线方向上的宽度。采用这个方案，直线驱动组件61的输出位移可以比较小，只要驱动换挡件62使换挡件62的环形空位623对应于其中一个第一内花键32(图6所示)，就能将基座30、换挡件62与固定件10相互分离，从而快速地将两个基座30由一动一静状态切换至自由状态。两个基座30由自由状态转换为一动一静状态的逆过程，也能较快实现的。如果将第一外花键621与第二外花键622靠拢设在换挡件62外周面，直线驱动组件61需要输出比较大的位移，才能实现两个基座30在一动一静状态与自由状态间切换，耗时较多。

请参阅图3、图5、图6，在本申请另一实施例中，固定件10具有第三外花键11，换挡件62具有第三内花键624，第三外花键11与第三内花键624相适配；换挡件62能够移动以使第三内花键624连接或分离第三外花键11。

如图7、图9所示，第一外花键621或第二外花键622连接于第一内花键32，且第三内花键624连接于第三外花键11时，使得换挡件62同时连接其中一个基座30与固定件10，两个基座30处于一静一动状态。

如图8所示，第一外花键621与第二外花键622分别连接于两个第一内花键32，且第三内花键624连接于第三外花键11时，使得换挡件62同时连接两个基座30与固定件10，两个基座30处于锁止状态。

如图6所示，第一外花键621与第二外花键622均分离第一内花键32，且第三内花键624分离于第三外花键11时，使得换挡件62、基座30与固定件10相互分离，两个基座30处于自由状态。

基座30与换挡件62之间通过第一外花键621、第二外花键622与两个第一内花键32的连接与分离，换挡件62与固定件10之间通过第三内花键624与第三外花键11的连接与分离，通过直线驱动组件61驱动换挡件62移动，就能实现两个基座30不同状态的切换，调节方便。

请参阅图3、图5、图6、图7，在本申请另一实施例中，换挡件62包括筒状体625及连接于筒状体625的导向轴626，筒状体625伸入其中一个基座30的贯通槽31内，第一外花键621、第二外花键622与第三内花键624均设于筒状体625上；固定件10上开设有导向槽12，导向轴626与导向槽12的横截面形状相适配，比如都呈腰形，导向轴626插设于导向槽12以限定导向轴626的周向位置，使得换挡件62只能在轴向移动而不会转动，机构工作可靠。

请参阅图3、图5、图6，在本申请另一实施例中，直线驱动组件61包括安装座618、安装于安装座618上的转动驱动件611、由转动驱动件611驱动转动的丝杆612，以及沿丝杆612的轴线方向移动的滑块613，滑块613具有与丝杆612螺纹连接的螺孔6131，滑块613安装于换挡件62上，丝杆612穿过换挡件62设置。这个方案能够实现换挡件62沿直线移动。转动驱动件611可以为电机，配合丝杆612与滑块613，方便控制直线驱动组件61的输出位移，控制换挡件62前后移动，进而实现两个基座30不同状态的切换。可以理解的，直线驱动组件61还可以采用其他直线驱动的方案。其中，安装座618可以固定在固定件10或固定臂200上。或者，安装座618还可以转动安装于活动件20上，安装座618相对活动件20的转动轴线与活动件20相对固定座的转动轴线同轴设置。

请参阅图5、图6，在本申请另一实施例中，丝杆612的一端通过第一轴承614支承在安装座618上，另外一端通过第二轴承615支承在固定件10上，进而将丝杆612可靠地支承在安装座618与固定件10上，丝杆612能顺利地转动以带动滑块613移动。安装座618具有用于安装第一轴承614的安装位，固定件10中的筒状体625底部具有用于安装第二轴承615的安装位。

请参阅图3、图5、图6，在本申请另一实施例中，直线驱动组件61还包括连接于转动驱动件611的输出轴的减速器616，以及连接于减速器616与丝杆612之间的联轴器617。配置减速器616，将转动驱动件611的动力降低转速并提高扭矩，以更好驱动丝杆612转动并带动滑块613移动。配置联轴器617，将转动驱动件611的动力经过减速器616传递至丝杆612，带动丝杆612转动。

请参阅图3、图4、图6，在本申请另一实施例中，每个基座30均具有外齿圈33，传动组件40包括转动安装于活动件20上的若干行星齿轮对41a，每一行星齿轮对41a均包括两个相啮合的行星齿轮41，同一行星齿轮对41a中的两个行星齿轮41一一对应地与两个基座30的外齿圈相啮合。转动的活动件20带动行星齿轮对41a中的两个行星齿轮41公转，同时，行星齿轮对41a中的两个行星齿轮41相啮合且反向转动，行星齿轮41与基座30的外齿圈33啮合而带动基座30转动，基座30的转向与对应的行星齿轮41的转向相反，因此，两个基座30的转向一直是相反的，与外界受力无关，任意时刻都成立。配置传动组件40，能将活动件20的动力经过传动组件40传递至可活动的基座30上。沿周向配置多个行星齿轮对41a，能够让活动件20的动力更平稳地传递至可活动的基座30上。

请参阅图2、图3、图6，在本申请另一实施例中，活动件20包括两个行星架21，两个行星架21均呈环状，两个行星架21的其中一端开口211相对设置，两个基座30分别设于两个行星架21的内腔，行星齿轮对41a设于两个行星架21的相对开口211处。将活动件20设置为两个行星架21的结构，便于在行星架21上安装行星齿轮对41a与基座30，便于将行星齿轮对41a中的两个行星齿轮41分别与两个基座30的外齿圈33相啮合。

请参阅图2至图4、图6，在本申请另一实施例中，行星齿轮41的其中一轴向端面凸设有连接轴411，另外一轴向端面开设有安装槽412；其中一个行星架21开设有连接槽212，另外一个行星架21凸设有安装轴213；连接轴411通过第三轴承42支承于连接槽212的内壁，安装轴213通过第四轴承43支承在安装槽412的内壁。采用这个方案，能够将行星齿轮41可靠地转动安装在行星架21上，实现行星架21带动行星齿轮41公转，行星齿轮41与基座30的外齿圈33啮合，进而活动件20的动力经过传动组件40传递至可活动的基座30上，带动该基座30转动。在储能弹性件50释放能量时，储能弹性件50驱动可活动的基座30转动，进而带动行星齿轮对41a中的两个行星齿轮41公转，进而带动活动件20转动。

请参阅图2、图6，在本申请另一实施例中，行星架21开设有与其内腔连通的容纳槽214，行星齿轮41设于容纳槽214内。配置容纳槽214，便于行星齿轮41安装在容纳槽214内，避免外界影响到传动组件40的工作，提高机构可靠性。安装轴213设于容纳槽214的底面上，便于第四轴承43与行星齿轮41的装配。

请参阅图3、图4、图6，在本申请另一实施例中，两个基座30分别通过第五轴承71支承在两个行星架21的内壁上。采用第五轴承71将基座30支承在活动件20上，有利于基座30平稳地转动安装在活动件20上。第三轴承42可以为双列角接触球轴承。

请参阅图2、图4、图6，在本申请另一实施例中，基座30的靠近外齿圈33处设有环形台阶34，行星架21的内壁在靠近外齿圈33处设有环形凸缘215；基座30的外周面卡设有外卡簧72，行星架21的内壁卡设有内卡簧73；第五轴承71的内圈的两个轴向端面分别抵设于环形台阶34与外卡簧72，第五轴承71的外圈的两个轴向端面分别抵设于环形凸缘215与内卡簧73。采用这个方案，能够将第五轴承71可靠地装配到行星架21的内壁与基座30的外壁之间，整体结构容易装配。

请参阅图4、图6，在本申请另一实施例中，两个基座30的相对端面均开设有环形凹槽35，储能弹性件50的两端分别设于两个环形凹槽35内。这个方案便于安装储能弹性件50，让储能弹性件50的两端部保持在两个基座30的环形凹槽35内以有效扭曲变形，使机构工作可靠，降低储能弹性件50的端部分离于基座30的预定位置而难以有效扭曲变形。

请参阅图3、图4、图6，在本申请另一实施例中，储能弹性件50为螺旋弹簧，螺旋弹簧与活动件20同轴设置。螺旋弹簧绕设于换挡件62，螺旋弹簧的两端分别固定在基座30上。在两个基座30切换至一动一静状态时(图7、图9所示)，螺旋弹簧靠近可活动的基座30的一端相对于螺旋弹簧靠近静止的基座30的一端旋转，即两个基座30产生角度差，螺旋弹簧扭转变形，螺旋弹簧将可活动的基座30的动能转换为弹性势能以实现储能。可以理解的，储能弹性件50还可以采用其他类似能够储存弹性势能的储能弹性件。

请参阅图1、图6、图10，在本申请另一实施例中，提供一种机器人关节结构，包括上述的关节储能助力机构100、固定臂200、转动安装于固定臂200上的活动臂300，以及用于驱动活动臂300转动的转动动力件400，固定件10连接至固定臂200，转动动力件400安装于固定臂200或固定件10上，转动动力件400的输出轴连接至活动臂300或活动件20上，活动臂300连接至活动件20。固定臂200与活动臂300可理解为两个相对转动的结构件。

进一步的，固定件10与转动动力件400之间连接有连接座101，活动臂300具有安装孔301，安装孔301处安装有轴承套310，连接座101穿过轴承套310，连接座101通过轴承311支承于轴承套310内，从而实现活动臂300转动安装于固定臂200上。活动件20还包括与其中一个行星架21连接的连接臂22，连接臂22连接至活动臂300，使得活动件20跟随活动臂300转动。

请参阅图1、图6、图10，在本申请另一实施例中，提供一种机器人，包括上述的关节储能助力机构100。该关节储能助力机构100中，活动件20相对于固定件10转动设置，储能弹性件50连接在两个基座30之间，切换装置60能使两个基座30在一静一动状态、锁止状态与自由状态间切换。关节在任意位置需要储能时，使两个基座30切换至一静一动状态(图7、图9所示)，此时，活动件20接受转动动力件400的动力或连接于活动件20的活动臂300的重力势能并且转换为动能，传动组件40将活动件20的动能传递给可活动的基座30，两个基座30产生角度差，储能弹性件50扭曲变形以将活动件20的动能转换为弹性势能以实现储能。活动件20回程时，储能弹性件50释放储存的能量并经过传动组件40传递至活动件20以带动活动件20转动。使两个基座30切换至锁止状态时(图8所示)，活动件20的动力经过传动组件40传递至基座30与固定件10，活动件20与固定件10相当于固联。使两个基座30切换至自由状态时(图6所示)，储能弹性件50无法储能，相当于没有储能弹性件50。关节储能助力机构100、机器人关节结构及机器人，通过适时地擒纵储能弹性件50，可实现储能弹性件50的储能与释放能量，让关节能够在需要时主动地将能量储存在储能弹性件50上，而在需要能量时将能量释放出来，从而达到节省能量以及增加爆发力的目的。该关节储能助力机构100结构紧凑，体积小，能够在有限空间内储存较大的能量，并在有限角度内达到较大扭力。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种关节储能助力机构，其特征在于，包括：

固定件；

活动件，相对于所述固定件转动设置；

两个基座，间隔设置，具有其中一个所述基座相对所述固定件静止而另外一个所述基座相对所述固定件转动的一静一动状态、两个所述基座均相对所述固定件静止的锁止状态及两个所述基座均相对所述固定件转动的自由状态；

传动组件，用于将所述活动件的动力传递至所述基座上；

储能弹性件，用于将所述活动件的动能转换为弹性势能，其两端一一对应地固定于两个所述基座上；以及

切换装置，用于使两个所述基座在一静一动状态、锁止状态与自由状态之间切换。

2.如权利要求1所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述切换装置包括直线驱动组件以及由所述直线驱动组件驱动移动的换挡件，所述活动件相对所述固定件的转动轴线与所述换挡件的移动方向相互平行；所述换挡件能够移动以使所述换挡件同时连接其中一个所述基座与所述固定件，或使所述换挡件同时连接两个所述基座与所述固定件，或使所述换挡件、所述基座与所述固定件相互分离。

3.如权利要求2所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述基座具有沿其轴线方向延伸的贯通槽，两个所述基座的贯通槽相对设置，所述贯通槽的内壁设有第一内花键，所述换挡件具有第一外花键与第二外花键，所述第一外花键与所述第一内花键相适配，所述第二外花键与所述第一内花键相适配；所述换挡件能够沿所述基座的轴线方向在所述贯通槽内移动以使所述第一外花键或所述第二外花键连接于所述第一内花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键分别连接于两个所述第一内花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键均分离所述第一内花键。

4.如权利要求3所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述第一外花键与所述第二外花键之间形成环形空位，所述环形空位在所述换挡件的轴线方向上的宽度大于所述第一内花键在所述基座的轴线方向上的宽度。

5.如权利要求3所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述固定件具有第三外花键，所述换挡件具有第三内花键，所述第三外花键与所述第三内花键相适配；所述换挡件能够移动以使所述第一外花键或所述第二外花键连接于所述第一内花键且所述第三内花键连接于所述第三外花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键分别连接于两个所述第一内花键且所述第三内花键连接于所述第三外花键，或者所述第一外花键与所述第二外花键均分离所述第一内花键且所述第三内花键分离于所述第三外花键。

6.如权利要求5所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述换挡件包括筒状体及连接于所述筒状体的导向轴，所述第一外花键、所述第二外花键与所述第三内花键均设于所述筒状体上；所述固定件上开设有导向槽，所述导向轴插设于所述导向槽以限定所述导向轴的周向位置。

7.如权利要求2所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述直线驱动组件包括安装座、安装于所述安装座上的转动驱动件、由所述转动驱动件驱动转动的丝杆，以及沿所述丝杆的轴线方向移动的滑块，所述滑块具有与所述丝杆螺纹连接的螺孔，所述滑块安装于所述换挡件上，所述丝杆穿过所述换挡件设置。

8.如权利要求7所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述丝杆的一端通过第一轴承支承在所述安装座上，另外一端通过第二轴承支承在所述固定件上。

9.如权利要求7所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述直线驱动组件还包括连接于所述转动驱动件的输出轴的减速器，以及连接于所述减速器与所述丝杆之间的联轴器。

10.如权利要求1至9任一项所述的关节储能助力机构，其特征在于，每个所述基座均具有外齿圈，所述传动组件包括转动安装于所述活动件上的若干行星齿轮对，每一所述行星齿轮对均包括两个相啮合的行星齿轮，同一所述行星齿轮对中的两个所述行星齿轮一一对应地与两个所述基座的所述外齿圈相啮合。

11.如权利要求10所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述活动件包括两个行星架，两个所述行星架均呈环状，两个所述行星架的其中一端开口相对设置，两个所述基座分别设于两个所述行星架的内腔，所述行星齿轮对设于两个所述行星架的相对开口处。

12.如权利要求11所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述行星齿轮的其中一轴向端面凸设有连接轴，另外一轴向端面开设有安装槽；其中一个所述行星架开设有连接槽，另外一个所述行星架凸设有安装轴；所述连接轴通过第三轴承支承于所述连接槽的内壁，所述安装轴通过第四轴承支承在所述安装槽的内壁。

13.如权利要求12所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述行星架开设有与其内腔连通的容纳槽，所述行星齿轮设于所述容纳槽内。

14.如权利要求11所述的关节储能助力机构，其特征在于，两个所述基座分别通过第五轴承支承在两个所述行星架的内壁上。

15.如权利要求14所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述基座的靠近所述外齿圈处设有环形台阶，所述行星架的内壁在靠近所述外齿圈处设有环形凸缘；所述基座的外周面卡设有外卡簧，所述行星架的内壁卡设有内卡簧；所述第五轴承的内圈的两个轴向端面分别抵设于所述环形台阶与所述外卡簧，所述第五轴承的外圈的两个轴向端面分别抵设于所述环形凸缘与所述内卡簧。

16.如权利要求1至9任一项所述的关节储能助力机构，其特征在于，两个所述基座的相对端面均开设有环形凹槽，所述储能弹性件的两端分别设于两个所述环形凹槽内。

17.如权利要求1至9任一项所述的关节储能助力机构，其特征在于，所述储能弹性件为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧与所述活动件同轴设置。

18.一种机器人关节结构，其特征在于，包括如权利要求1至17任一项所述的关节储能助力机构、固定臂、转动安装于所述固定臂上的活动臂，以及用于驱动所述活动臂转动的转动动力件，所述固定件连接至所述固定臂，所述转动动力件安装于所述固定臂或所述固定件上，所述转动动力件的输出轴连接至所述活动臂或所述活动件上，所述活动臂连接至所述活动件。

19.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至17任一项所述的关节储能助力机构。

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