CN112976011A - 一种服务型机器人的伸出机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种服务型机器人的伸出机构，包括机架、抽屉导轨、气缸、线轮、钢线、复位机构、线轮接头；抽屉导轨包括活动轨、固定轨，机架设有容腔，机架前后两端均设有开口，开口连通容腔；固定轨安装在容腔内，活动轨与固定轨滑移连接，活动轨的前端从机架的前端开口伸出；气缸包括固定部分和伸缩部分，气缸的固定部分固定于机架；线轮接头与气缸的伸缩部分固定连接，线轮与线轮接头转动连接；钢线绕接于线轮，钢线的一端与气缸的固定部分连接，钢线的另一端与活动轨的后端连接；复位机构安装在机架的后端，复位机构与活动轨的后端连接。本发明在单倍驱动长度的条件下能延长伸出距离，属于机器人技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种服务型机器人的伸出机构。
背景技术
在科技迅速发展的今天，各式各样的机器人层出不穷，利用人工智能机器人代替人类进行简单的工作已经是一个不可阻挡得发展趋势，而服务型机器人正是其中一个重点发展的行业，而服务型机器人进行物件传递是服务型机器人的一个重要功能。进行物件传递势必需要一个向前伸出的结构，而目前常见的齿轮齿条驱动、气缸直接驱动等结构都存在驱动源长度长、占空间面积大、复位结构复杂的问题。这个问题又与未来服务型机器人小型化、轻型化的趋势产生了矛盾，所以提出一个在单倍驱动源长度的条件下，向前伸出的结构具有延长运动距离的结构，能够在相同工作距离的情况下大大节约驱动源的尺寸，并且向前伸出的结构可以自动复位，是非常符合实际需求的。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种在单倍驱动长度的条件下能延长伸出距离的服务型机器人的伸出机构。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种服务型机器人的伸出机构，包括机架、抽屉导轨、气缸、线轮、钢线、复位机构、线轮接头；抽屉导轨包括活动轨、固定轨，机架设有供抽屉导轨的活动轨前后滑移的容腔，机架前后两端均设有开口，开口连通容腔；固定轨安装在容腔内，活动轨与固定轨滑移连接，活动轨的前端从机架的前端开口伸出；气缸包括固定部分和伸缩部分，气缸的固定部分固定于机架，气缸的伸缩部分与活动轨平行；线轮接头与气缸的伸缩部分固定连接，线轮与线轮接头转动连接；钢线绕接于线轮，钢线的一端与气缸的固定部分连接，钢线的另一端与活动轨的后端连接；带动活动轨向后复位的复位机构安装在机架的后端，复位机构与活动轨的后端连接。采用这种结构后，服务型机器人的伸出机构在单倍驱动长度的条件下可以延长伸出距离，从而达到行程放大的作用。
作为一种优选，复位机构包括恒力弹簧架、恒力弹簧、转轴、连接块；恒力弹簧架安装在机架，恒力弹簧架设有竖直方向的滑槽，转轴与滑槽活动连接，恒力弹簧的后端与转轴固定连接，连接块安装在活动轨的后端，恒力弹簧的前端与连接块固定连接。采用这种结构后，在活动轨完成向前伸出动作之后，气缸压缩空气全部排出，钢线对活动轨向前的拉力消失，恒力弹簧提供向后的拉力将活动轨拉回机架内，操作方便。
作为一种优选，还包括气缸座，气缸采用将伸缩部分向前推送的单作用气缸，气缸的活塞推杆采用六边形推杆，气缸的固定部分通过气缸座安装在机架顶部，钢线通过气缸座与气缸的固定部分连接。采用这种结构后，便于装配，六边形推杆限制自身转动，避免线轮接头转动导致钢线自相缠绕。
作为一种优选，气缸的工作气压范围为：F气＞2×F弹+f摩，式中F气表示气缸在工作气压内的最小推力；F弹为恒力弹簧所提供的恒定拉力；f摩为服务型机器人的伸出机构在工作中所受的总摩擦力。采用这种结构后，保证气缸的伸缩部分能向前伸出，同时在气缸的伸缩部分伸出结束之后，便于恒力弹簧可以将其拉回复位。
作为一种优选，气缸的复位弹簧劲度系数k小于恒力弹簧的劲度系数k。采用这种结构后，使钢线保持张紧状态，防止钢线松弛从线轮上脱离导致伸出机构失效。
作为一种优选，还包括线轮保护壳，线轮保护壳通过线轮接头架设在活动轨的上方，线轮保护壳将线轮半包围，线轮的圆周面设有第一凹槽，第一凹槽环绕整个线轮的圆周面，钢线通过第一凹槽与线轮绕接，线轮保护壳的内壁设有与第一凹槽对应的第一限位块。采用这种结构后，保护线轮，避免钢线从线轮的第一凹槽脱落，限制钢线的径向移动。
作为一种优选，还包括羊眼螺栓，羊眼螺栓安装在连接块，羊眼螺栓与活动轨平行设置，钢线通过羊眼螺栓与活动轨连接。采用这种结构后，便于钢线与活动轨连接。
作为一种优选，恒力弹簧架包括固定架、活动架，固定架与活动架可拆卸式连接，固定架与活动架均设有凹槽，滑槽通过固定架的凹槽与活动架的凹槽围成。采用这种结构后，便于装配转轴和恒力弹簧。
作为一种优选，复位机构还包括两个第二限位块，两个第二限位块分别设在转轴的两端。采用这种结构后，避免转轴在滑槽滑移时从滑槽脱落。
作为一种优选，还包括用于检测气缸伸缩部分位置的磁环开关，磁环开关设在气缸的固定部分上。采用这种结构后，便于检测气缸的伸缩部分是否完成复位。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.本发明的气缸推动线轮向前平移，由于钢线绕接于线轮，受摩擦力的作用线轮转动，钢线的一端与气缸座固定连接，钢线的另一端与活动轨的后端固定连接，从而构成了一组动滑轮结构。根据动滑轮的性质，一个动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。当两力平行时，可以省1/2力但要多费1倍距离，且不能改变力的方向。本发明的线轮带动活动轨向前伸出的力与气缸的伸缩部分向前伸出的力带有一定角度，因此活动轨在钢线的带动下向前的距离为线轮向前平移的一倍距离与两倍距离之间，相对于现有的服务型机器人伸出机构，本发明达到了行程放大的作用，因此安装在活动轨上的工作部件相比现有的服务型机器人的伸出机构，能在同等条件下伸出更长的距离。而通过复位机构将活动轨自动拉回，不需要再设计齿轮齿条机构带动活动轨复位，结构简单。
2.本发明的复位机构通过采用恒力弹簧配合单作用气缸，单作用气缸在排出其中的压缩空气后，单作用气缸带动钢线拉活动轨的拉力消失，恒力弹簧提供拉力拉活动轨复位，钢线带动线轮向后平移，单作用气缸的伸缩部分复位，相对于现有的服务型机器人的伸出机构，这样设置在实现服务型机器人的伸出机构行程放大的作用下能自动复位，不需要再设计复杂的复位机构。
3.本发明的恒力弹簧有两个自由度，转动以及在恒力弹簧架的滑槽上下移动，活动轨被钢线拉动向前伸出时，恒力弹簧根据与活动轨后端连接的受力情况转动和上下移动，避免了固定设置恒力弹簧导致受力不均而损坏的问题。
4.本发明的线轮保护壳设有与线轮的第一凹槽对应的第一限位块，限制钢线的径向运动，减小钢线在线轮的第一凹槽的轴向位移，避免钢线脱离线轮从而导致自相缠绕或缠绕到线轮保护壳造成机构失效。
附图说明
图1为一种服务型机器人的伸出机构的立体图。
图2为一种服务型机器人的伸出机构拆除机架后的立体图。
图3为抽屉导轨安装在机架与恒力弹簧连接的立体图。
其中，1为机架，2为气缸，3为气缸座，4为线轮接头，5为钢线，6为线轮，7为线轮保护壳，8为抽屉导轨，9为恒力弹簧架，10为恒力弹簧，11为固定架，12为活动架，13为第一限位块，14为连接块，15为羊眼螺栓，16为活动轨，17为固定轨，18为第二限位块。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种服务型机器人的伸出机构，包括机架、抽屉导轨、气缸、线轮、钢线、复位机构、线轮接头；抽屉导轨包括活动轨、固定轨，机架设有供抽屉导轨的活动轨前后滑移的容腔，机架前后两端均设有开口，开口连通容腔；固定轨安装在容腔内，活动轨与固定轨滑移连接，活动轨的前端从机架的前端开口伸出；气缸包括固定部分和伸缩部分，气缸的固定部分固定于机架，气缸的伸缩部分与活动轨平行；线轮接头与气缸的伸缩部分固定连接，线轮与线轮接头转动连接；钢线绕接于线轮，钢线的一端与气缸的固定部分连接，钢线的另一端与活动轨的后端连接；带动活动轨向后复位的复位机构安装在机架的后端，复位机构与活动轨的后端连接。
本实施例中，气缸推动线轮向前平移，由于钢线绕接于线轮，受摩擦力的作用线轮转动，钢线的一端与气缸座固定连接，钢线的另一端与活动轨的后端固定连接，从而构成了一组动滑轮结构。根据动滑轮的性质，一个动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。当两力平行时，可以省1/2力但要多费1倍距离，且不能改变力的方向。本实施例的线轮带动活动轨向前伸出的力与气缸的伸缩部分向前伸出的力带有一定角度，因此活动轨在钢线的带动下向前的距离为线轮向前平移的一倍距离与两倍距离之间，相对于现有的服务型机器人伸出机构，本实施例的一种服务型机器人的伸出机构达到了行程放大的作用，因此安装在活动轨上的工作部件相比现有的服务型机器人的伸出机构，能在同等条件下伸出更长的距离。而通过复位机构将活动轨自动拉回，不需要再设计齿轮齿条机构带动活动轨复位，结构简单。
复位机构包括恒力弹簧架、恒力弹簧、转轴、连接块；恒力弹簧架安装在机架，恒力弹簧架设有竖直方向的滑槽，转轴与滑槽活动连接，恒力弹簧的后端与转轴固定连接，连接块安装在活动轨的后端，恒力弹簧的前端与连接块固定连接。还包括气缸座，气缸采用将伸缩部分向前推送的单作用气缸，气缸的活塞推杆采用六边形推杆，气缸的固定部分通过气缸座安装在机架顶部，钢线通过气缸座与气缸的固定部分连接。气缸的工作气压范围为：F气＞2×F弹+f摩，式中F气表示气缸在工作气压内的最小推力；F弹为恒力弹簧所提供的恒定拉力；f摩为服务型机器人的伸出机构在工作中所受的总摩擦力。气缸的复位弹簧劲度系数k小于恒力弹簧的劲度系数k。
本实施例中，通过恒力弹簧配合单作用气缸，单作用气缸在排出其中的压缩空气后，单作用气缸带动钢线拉活动轨的拉力消失，单作用气缸复位速度较慢，此时恒力弹簧拉动活动轨复位，钢线随着活动轨向后复位，钢线带动线轮向后平移，在钢线带动线轮向后复位的过程中，单作用气缸的伸缩部分在线轮提供的拉力作用下复位，相对于现有的服务型机器人的伸出机构，不需要再设计复杂的复位机构；另外单作用气缸的伸缩部分通过线轮提供的拉力作用下复位，相比与自动复位的气缸，避免了钢线松动脱离线轮后造成对抽屉导轨的冲击以及缠绕到线轮保护壳上的风险。气缸的伸缩部分采用六边形无转动推杆，此推杆的作用是通过外形限制转动，从而避免固定在推杆上的线轮接头转动，进而带动线轮转动，最后导致钢线自相缠绕的情况发生，避免钢线自相缠绕会使伸出机构遭到破坏并失效。
还包括线轮保护壳，线轮保护壳通过线轮接头架设在活动轨的上方，线轮保护壳将线轮半包围，线轮的圆周面设有第一凹槽，第一凹槽环绕整个线轮的圆周面，钢线通过第一凹槽与线轮绕接，线轮保护壳的内壁设有与第一凹槽对应的第一限位块。线轮保护壳将线轮的前面、左右两个侧面包围，起到保护线轮的作用；第一限位块对应第一凹槽设置，第一限位块的宽度大于钢线的直径；第一限位块位于第一凹槽左右方向上的中间环绕线轮，将线轮与钢线紧密压合避免脱线。线轮通过螺栓安装在线轮接头上。线轮保护壳通过螺栓固定在线轮接头上。
还包括羊眼螺栓，羊眼螺栓安装在连接块，羊眼螺栓与活动轨平行设置，钢线通过羊眼螺栓与活动轨连接。羊眼螺栓分为头部非封闭的圆环和尾部的螺栓，圆环位于螺栓的前方，螺栓与活动轨平行，螺栓通过螺母固定在连接块，钢线与圆环紧扣。
恒力弹簧架包括固定架、活动架，固定架与活动架可拆卸式连接，固定架与活动架均设有凹槽，滑槽通过固定架的凹槽与活动架的凹槽围成。固定架与活动架通过螺栓连接。
复位机构还包括两个第二限位块，两个第二限位块分别设在转轴的两端。
还包括用于检测气缸伸缩部分位置的磁环开关，磁环开关设在气缸的固定部分上。
本实施例的一种服务型机器人的伸出机构，服务型机器人的工作部件安装在抽屉导轨的活动轨上。
恒力弹簧的前端带有小孔，使用螺栓穿过后固定在连接块上。
连接块上带有螺纹孔，使用螺栓穿过恒力弹簧前端的小孔与此螺纹孔配合，可以将恒力弹簧复位的力传递到连接块上形成拉力，当气缸排出压缩空气时，该拉力可以使连接块复位，从而带动活动轨上的工作部件复位。恒力弹簧的结构提供恒定拉力的作用，能够有效降低冲击，减小伸出机构的损耗，提高伸出机构的使用寿命。
转轴为阶梯轴，其中部直径较大，用于穿过恒力弹簧，其两端直径较小，用于架在恒力弹簧架的滑槽上。当连接块在气缸伸缩部分的作用下向前伸出时，恒力弹簧被带动而伸长。转轴在恒力弹簧伸长的过程中会进行转动，故转轴需添加润滑油，降低其在转动过程中产生的磨擦。在恒力弹簧伸长的过程中由于弹簧的受力情况复杂，其拉力方向变化大，恒力弹簧带动转轴在滑槽中滑移，减小运动阻力。因此降低了摩擦，可有效延长机构的使用寿命，降低检修次数。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：包括机架、抽屉导轨、气缸、线轮、钢线、复位机构、线轮接头；抽屉导轨包括活动轨、固定轨，机架设有供抽屉导轨的活动轨前后滑移的容腔，机架前后两端均设有开口，开口连通容腔；固定轨安装在容腔内，活动轨与固定轨滑移连接，活动轨的前端从机架的前端开口伸出；
气缸包括固定部分和伸缩部分，气缸的固定部分固定于机架，气缸的伸缩部分与活动轨平行；
线轮接头与气缸的伸缩部分固定连接，线轮与线轮接头转动连接；
钢线绕接于线轮，钢线的一端与气缸的固定部分连接，钢线的另一端与活动轨的后端连接；带动活动轨向后复位的复位机构安装在机架的后端，复位机构与活动轨的后端连接。
2.按照权利要求1所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：复位机构包括恒力弹簧架、恒力弹簧、转轴、连接块；恒力弹簧架安装在机架，恒力弹簧架设有竖直方向的滑槽，转轴与滑槽活动连接，恒力弹簧的后端与转轴固定连接，连接块安装在活动轨的后端，恒力弹簧的前端与连接块固定连接。
3.按照权利要求1所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：还包括气缸座，气缸采用将伸缩部分向前推送的单作用气缸，气缸的活塞推杆采用六边形推杆，气缸的固定部分通过气缸座安装在机架顶部，钢线通过气缸座与气缸的固定部分连接。
4.按照权利要求2所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：气缸的工作气压范围为：F气＞2×F弹+f摩，
式中F气表示气缸在工作气压内的最小推力；F弹为恒力弹簧所提供的恒定拉力；f摩为服务型机器人的伸出机构在工作中所受的总摩擦力。
5.按照权利要求2所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：气缸的复位弹簧劲度系数k小于恒力弹簧的劲度系数k。
6.按照权利要求1所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：还包括线轮保护壳，线轮保护壳通过线轮接头架设在活动轨的上方，线轮保护壳将线轮半包围，线轮的圆周面设有第一凹槽，第一凹槽环绕整个线轮的圆周面，钢线通过第一凹槽与线轮绕接，线轮保护壳的内壁设有与第一凹槽对应的第一限位块。
7.按照权利要求2所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：还包括羊眼螺栓，羊眼螺栓安装在连接块，羊眼螺栓与活动轨平行设置，钢线通过羊眼螺栓与活动轨连接。
8.按照权利要求2所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：恒力弹簧架包括固定架、活动架，固定架与活动架可拆卸式连接，固定架与活动架均设有凹槽，滑槽通过固定架的凹槽与活动架的凹槽围成。
9.按照权利要求2所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：复位机构还包括两个第二限位块，两个第二限位块分别设在转轴的两端。
10.按照权利要求1所述的一种服务型机器人的伸出机构，其特征在于：还包括用于检测气缸伸缩部分位置的磁环开关，磁环开关设在气缸的固定部分上。
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