CN116214492A - 一种机器人躯关节位姿调整结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人躯关节位姿调整结构，包括：底板，与机器人的躯关节连接。位姿调整轮，设置在底板的一侧，与底板的侧壁转动连接。传动组件，设置在位姿调整轮上，与位姿调整轮的圆周壁活动连接，用于通过转动驱动位姿调整轮转动，或停止转动时，与位姿调整轮进行自锁紧。限位套，套设在传动组件上，且与传动组件适配，传动组件在限位套内转动，限位套用于阻止传动组件在转动过程中发生位移。断电时，传动组件停止转动，并与位姿调整轮处于自锁紧状态，通过自锁功能对任意位姿进行限定，进而达到限定或调整位姿的目的，避免增加电机而加重躯关节重量，减轻机器人整体的重量，实现既提高工作效率又减轻重量的目的。

Description

一种机器人躯关节位姿调整结构

技术领域

本发明涉及机器人躯关节运动技术领域，尤其涉及一种机器人躯关节位姿调整结构。

背景技术

随着工业智能化飞速发展，机器人在我们的生活和工作中扮演着越来越多的角色，机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作。

当机器人模拟人类进行下蹲、起身以及屈伸胳膊完成生产制造工作时，需要通过躯关节转动来完成，所以躯关节是机器人在执行动作的过程中的重要转动部件。执行动作过程中，需要具有自锁功能的结构临时锁定躯关节处于某个位姿状态，通常情况下，会选用涡轮蜗杆结构设置在躯关节处来实现，因为蜗轮蜗杆具有减速的功能，并且当蜗杆的螺旋角小于蜗杆蜗轮啮合齿间的当量摩擦角时就会自锁，以使躯关节达到自锁的功能，断电后躯关节仍然能保持原状。将蜗轮蜗杆组成单一组件用在机器人躯关节处时，虽然能够实现自锁，但是其工作效率就下降到20-30%，通常会采取加大电机驱动能力的措施，但是该措施会造成躯关节处的重量增加，对机器人全身的所有躯关节而言，会加大机器人整体的自身重量。

因此，以上凸显的问题是如果提高工作效率就会加大躯关节的重量，导致出现自锁结构存在工作效率与躯关节重量难以平衡的问题。

发明内容

为了解决上述自锁结构存在工作效率与躯关节重量难以平衡的问题，本发明提供了一种机器人躯关节位姿调整结构，通过传动组件驱动位姿调整轮在底板上转动。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机器人躯关节位姿调整结构，包括：

底板，与机器人的躯关节连接，用于辅助机器人的躯关节执行调节位姿的动作。

位姿调整轮，设置在底板的一侧，与底板的侧壁转动连接，用于在底板上转动。

传动组件，设置在位姿调整轮上，与位姿调整轮的圆周壁活动连接，用于通过转动驱动位姿调整轮转动，或停止转动时，与位姿调整轮通过自锁紧而锁定躯关节的位姿。

限位套，套设在传动组件上，且与传动组件适配，传动组件在限位套内转动，限位套用于阻止传动组件在转动过程中发生位移。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：传动组件在限位套内通过转动驱动位姿调整轮转动，位姿调整轮带动躯关节转动，转动过程中，限位套通过适配的连接方式阻止传动组件发生移动。断电时，传动组件停止转动，并与位姿调整轮处于自锁紧状态，以此通过自锁功能对任意位姿进行限定，进而达到限定或调整位姿的目的，避免增加电机而加重躯关节重量，进而减轻机器人整体的重量，实现既提高工作效率又减轻重量的目的。

进一步优选为，位姿调整轮的圆周壁上设置有若干个轮槽，若干个轮槽毗邻连接。

采用上述技术方案，确保传动组件在轮槽上通过转动带动位姿调整轮转动，以调整躯关节的位姿。

进一步优选为，传动组件包括：

传动轴，位于限位套内，其一端与限位套的内部一端适配，另一端穿过限位套的另一端。

轴套，套设在传动轴的中部，与传动轴滚动连接，传动轴用于通过滚动驱动轴套转动。

采用上述技术方案，传动轴在外界动力的作用下转动，并通过滚动连接的方式转动带动轴套转动，为驱动位姿调整轮转动提供动力。

进一步优选为，传动轴上设置有滚珠链，滚珠链盘旋在轴套与传动轴之间，滚珠链从轴套的圆周壁上缠绕，穿过至传动轴，并缠绕在轴套的圆周壁上，用于将传动轴的动力传递至轴套的外壁上，以带动当位姿调整轮转动。

采用上述技术方案，通过滚珠链的链式传动，将传动轴上转动的动力传递至位姿调整轮上，实现链传动驱动位姿调整轮转动。

进一步优化为，轴套的圆周壁上开设有外滚槽，外滚槽呈螺旋状，滚珠链嵌入在外滚槽中，滚珠链与轴套的内壁滚动连接。

采用上述技术方案，滚珠链在螺旋状的外滚槽中随同轴套一起转动，通过链式传动方式传递传动轴的动力至位姿调整轮上，实现滚珠链进行盘绕式转动的同时驱动位姿调整轮转动。

进一步优化为，传动轴上的圆周壁上开设有内滚槽，内滚槽呈螺旋状，滚珠链嵌入在内滚槽中，滚珠链在内滚槽至外滚槽之间形成循环运动，以驱动位姿调整轮连续转动。

采用上述技术方案，滚珠链从外滚槽至内滚槽之间盘绕在轴套和传动轴上，在空间中形成盘绕状，随同传动轴转动的同时将动力从内滚槽传递至外滚槽中，并从轴套中转出，以驱动位姿调整轮转动，实现轴套、传动轴与位姿调整轮在非接触状态下驱动位姿调整轮转动，从而带动躯关节转动或停止在某个位姿状态，达到限定、调整位姿的目的，而且提高了工作效率。

进一步优化为，滚珠链包括多个滚珠，多个滚珠嵌入内滚槽内、外滚槽内，且相互抵接。

采用上述技术方案，由多个滚珠沿着的内滚槽和外滚槽相互抵接在一起构成的滚珠链，将传动轴上的动力传递至轴套之外的位姿调整轮，将链传动与滚动相结合，以此驱动位姿调整轮转动的目的。

进一步优化为，内滚槽的内壁、外滚槽的内壁均为弧面，滚珠的直径小于弧面的直径。

采用上述技术方案，以使滚珠能够放置在内滚槽和外滚槽中，并在内滚槽与外滚槽之间能够顺畅地运动，达到传递动力的目的。

进一步优化为，外滚槽上分别开设有：

第一连洞，位于外滚槽内部的一端，其直径大于滚珠的直径，且与内滚槽的一端对应，用于将从轴套上运动的滚珠输送至内滚槽中。

第二连洞，开设在外滚槽内部的另一端，在轴套的圆周壁上，与第一连洞的位置对应，且与内滚槽的另一端对应，用于接收来自内滚槽的另一端的滚珠，以此在外滚槽与内滚槽之间形成循环运动。

采用上述技术方案，在传递动力的过程中，滚珠链中的滚珠从内滚槽的一端进入第一连洞，通过第一连洞进入外滚槽中，以驱动位姿调整轮转动一定的角度，然后随同轴套的转动，从第二连洞进入内滚槽中，形成回流循环转动，实现由滚珠链回流式的循环运动带动位姿调整轮转动。

进一步优化为，内滚槽的螺旋线的圈数、外滚槽的螺旋线的圈数为至少1圈。

采用上述技术方案，使滚珠链在内滚槽与外滚槽之间形成一个完整的循环运动。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图。

图2为本实施例中轴承密封组件的结构示意图。

图3为本实施例中限位套的结构示意图。

图4为本实施例中第一锁紧件和第二锁紧件的结构示意图。

图5为本实施例中第一止动环和第二止动环的结构示意图。

图6为本实施例中第一耳环和第二耳环的结构示意图。

图7为本实施例中滚子的结构示意图。

图8为本实施例中内滚槽的结构示意图。

图9为本实施例中保持架的结构示意图。

图10为本实施例中第一连洞的结构示意图。

图11为本实施例中第二连洞的结构示意图。

图12为本实施例中轴套的结构示意图。

图13为本实施例中传动轴的结构示意图。

图14为本实施例中滚珠链的结构示意图。

附图标记：1-底板；2-位姿调整轮；21-轮槽；3-限位套；31-限位槽；4-传动组件；41-轴套；411-外滚槽；412-第一连洞；413-第二连洞；42-滚珠链；43-传动轴；431-内滚槽；5-第一锁紧件；6-第二锁紧件；7-轴承密封组件；71-外挡圈；72-滚子；73-保持架；711-滚道；74-内挡圈；75-第一止动环；751-第一环耳；76-第二止动环；761-第二环耳。

实施方式

当机器人模拟人类进行下蹲、起身以及屈伸胳膊完成生产制造工作时，需要通过躯关节通过转动来完成，所以躯关节是机器人在执行动作的过程中的重要转动部件。执行动作过程中，需要具有自锁功能的结构临时锁定躯关节处于某个位姿状态，通常情况下，会选用涡轮蜗杆结构设置在躯关节出来实现，因为蜗轮蜗杆具有减速的功能，并且当蜗杆的螺旋角小于蜗杆蜗轮啮合齿间的当量摩擦角时就会自锁，以使躯关节达到自锁的功能，断电后躯关节仍然能保持原状。将蜗轮蜗杆组成单一组件用在机器人躯关节处时，虽然能够实现自锁，但是其工作效率就下降到20-30%，通常会采取加大电机驱动能力的措施，但是该措施会造成躯关节处的重量增加，对机器人全身的所有躯关节而言，会加大机器人整体的自身重量。

因此，以上凸显的问题是如果提高工作效率就会加大躯关节的重量，导致出现自锁结构存在工作效率与躯关节重量难以平衡的问题。

基于上述技术问题，本申请进行了以下设计与构想：改变常用的涡轮蜗杆组件的结构，将常规的啮合传动式改为滚珠型链式传动，进而带动躯关节转动，当停止转动时，自动实现自锁紧的目的，且在转动时能够实现多角度的转动，以调整不同角度的位姿。

针对上述设计与构想，本申请通过图1-图14以及以下技术方案进行实现，具体的技术方案如下所述。

一种机器人躯关节位姿调整结构，如图1所示，包括：

底板1，与机器人的躯关节活动连接，用于辅助机器人的躯关节执行调节位姿的动作。

位姿调整轮2，设置在底板1的一侧，与底板1的侧壁转动连接，用于在底板1上转动。

传动组件4，设置在位姿调整轮2上，与位姿调整轮2的圆周壁活动连接，用于通过转动驱动位姿调整轮2转动，或停止转动时，与位姿调整轮2通过自锁紧而锁定躯关节的位姿。

限位套3，套设在传动组件4上，如图1和图3所示，且与传动组件4适配，传动组件4在限位套3内转动，限位套3用于阻止传动组件4在转动过程中发生位移。具体的，在一实施例中，如图1和图3所示，限位套3上开设有限位槽31，传动组件4在限位槽31中转动。

传动组件4在限位套3内通过转动驱动位姿调整轮2转动，位姿调整轮2带动躯关节转动，转动过程中，限位套3通过适配的连接方式阻止传动组件4发生移动。断电时，传动组件4停止转动，并与位姿调整轮2处于自锁紧状态，以此通过自锁功能对任意位姿进行限定，进而达到限定或调整位姿的目的，避免增加电机而加重躯关节重量，进而减轻机器人整体的重量，实现既提高工作效率又减轻重量的目的。

具体的，在一实施例中，如图1、图2以及图3所示，位姿调整轮2的圆周壁上设置有若干个轮槽21，若干个轮槽21毗邻连接，确保传动组件4在轮槽21上通过转动带动位姿调整轮2转动，以调整躯关节的位姿。在一具体实施例中，轮槽21的内壁为呈内凹型的弧面，以便于与传动组件4形成良好的接触面，利于传动组件4驱动位姿调整轮2转动。

具体的，在一实施例中，如图1、图2以及图3所示，传动组件4包括：

传动轴43，位于限位套3内，其一端与限位套3的内部一端适配，另一端穿过限位套3的另一端。

轴套41，套设在传动轴43的中部，与传动轴43滚动连接，传动轴43用于通过滚动驱动轴套41转动。

传动轴43在外界动力的作用下转动，并通过滚动连接的方式转动带动轴套41转动，为驱动位姿调整轮2转动提供动力。

具体的，在一实施例中，如图2和图4所示，在轴套41的两边均设置有轴承密封组件7，轴承密封组件7套设在传动轴43上，密封组件与限位套3抵接，用于在支撑传动轴43在限位套3内转动的同时，还用于固定传动轴43在限位套3内进行转动。

在一具体实施例中，如图1、图2、图5、图6、图7以及图9所示，轴承密封组件7包括：

内挡圈74，套设在传动轴43的一端，与传动轴43的外壁拆卸连接，用于辅助传动轴43转动。

保持架73，设置在内挡圈74的外壁上，其上设置有多个滚子72，每个滚子72的一侧壁与内挡圈74的外壁接触，用于在保持架73中转动。

外挡圈71，同轴外接于滚子72上，其内部开设有滚道711，滚道711与滚子72的表面接触，滚子72在滚道711内转动。

以此，滚子72内嵌于保持架73中，保持架73位于内挡圈74与外挡圈71之间，一起支撑传动轴43在限位套3内转动。

在一具体实施例中，如图7和图8所示，轴承密封组件7还包括：

第一止动环75，分别位于外挡圈71的端部、传动轴43上，套设在传动轴43上，其侧壁与外挡圈71的端面接触，用于阻止外挡圈71转动的过程中产生移动。第一止动环75的开口处设置有第一环耳751，第一环耳751与第一止动环75一体连接。

第二止动环76，设置在第一止动环75的一侧，与第一止动环75之间存在间隙，用于阻止第一止动环75产生移动。第二止动环76的开口处设置有第二环耳761，第二环耳761与第二止动环76一体连接。

第一止动环75与第二止动环76套接在一起，用于阻止传动轴43在转动过程中产生位移而使滚珠链42发生晃动或卡顿，确保滚珠链42无障碍、更顺畅地进行回流循环运动，以此提高传动组件4传递动力的稳定性。

在一具体实施例中，如图1、图3、图6、图8以及图13所示，传动轴43上设置有滚珠链42，滚珠链42盘旋在轴套41与传动轴43之间，滚珠链42从轴套41的圆周壁上缠绕，穿过至传动轴43，并缠绕在轴套41的圆周壁上，用于将传动轴43的动力传递至轴套41的外壁上，以带动当位姿调整轮2转动。通过滚珠链42的链式传动，将传动轴43上转动的动力传递至位姿调整轮2上，实现链传动驱动位姿调整轮2转动。

优选的，在一具体实施例中，如图3、图5、图9、图10以及图11所示，轴套41的圆周壁上开设有外滚槽411，外滚槽411呈螺旋状，滚珠链42嵌入在外滚槽411中，滚珠链42与外滚槽411的内壁滚动连接，滚珠链42用于在内滚槽431中通过转动将传动轴43上的动力传递至位姿调整轮2上，以驱动位姿调整轮2转动。滚珠链42在螺旋状的外滚槽411中随同轴套41一起转动，通过链式传动方式传递传动轴43的动力至位姿调整轮2上，实现滚珠链42进行盘绕式转动的同时驱动位姿调整轮2转动。

优选的，在一具体实施例中，如图3、图6以及图8所示，传动轴43上的圆周壁上开设有内滚槽431，内滚槽431呈螺旋状，滚珠链42嵌入在内滚槽431中，滚珠链42在内滚槽431至外滚槽411之间形成循环运动，以驱动位姿调整轮2连续转动。

滚珠链42从外滚槽411至内滚槽431之间盘绕在轴套41和传动轴43上，在空间中形成盘绕状，随同传动轴43转动的同时将动力从内滚槽431传递至外滚槽411中，并从轴套41中转出，以驱动位姿调整轮2转动，实现轴套41、传动轴43与位姿调整轮2在非接触状态下驱动位姿调整轮2转动，从而带动躯关节转动或停止在某个位姿状态，达到限定、调整位姿的目的，而且提高了工作效率。

优选的，在一具体实施例中，如图12、图13以及图14所示，滚珠链42包括多个滚珠，多个滚珠嵌入内滚槽431内、外滚槽411内，且相互抵接。由多个滚珠沿着的内滚槽431和外滚槽411相互抵接在一起构成的滚珠链42，将传动轴43上的动力传递至轴套41之外的位姿调整轮2，将链传动与滚动相结合，以此驱动位姿调整轮2转动的目的。

优选的，在一具体实施例中，如图5、图6、图8、图9、图10以及图11所示，内滚槽431的内壁、外滚槽411的内壁均为弧面，滚珠的直径小于弧面的直径，以使滚珠能够放置在内滚槽431和外滚槽411中，并在内滚槽431与外滚槽411之间能够顺畅地运动，达到传递动力的目的。

优选的，在一具体实施例中，如图10和图11所示，外滚槽411上分别开设有：

第一连洞412，位于外滚槽411内部的一端，其直径大于滚珠的直径，且与内滚槽431的一端对应，用于将从轴套41上运动的滚珠输送至内滚槽431中。

第二连洞413，开设在外滚槽411内部的另一端，在轴套41的圆周壁上，与第一连洞412的位置对应，且与内滚槽431的另一端对应，用于接收来自内滚槽431的另一端的滚珠，以此在外滚槽411与内滚槽431之间形成循环运动。

在传递动力的过程中，滚珠链42中的滚珠从内滚槽431的一端进入第一连洞412，通过第一连洞412进入外滚槽411中，以驱动位姿调整轮2转动一定的角度，然后随同轴套41的转动，从第二连洞413进入内滚槽431中，形成回流循环转动，实现由滚珠链42回流式的循环运动带动位姿调整轮2转动。

优选的，在一具体实施例中，如图2、图5、图6以及图8所示，内滚槽431的螺旋线、外滚槽411的螺旋线的圈数为至少1圈，使滚珠链42在内滚槽431与外滚槽411之间形成一个完整的循环运动。

优选的，在一具体实施例中，如图1所示，传动轴43上分别套设有第一锁紧件5和第二锁紧件6，第一锁紧件5的一侧壁与轴套41的侧壁抵接，第二锁紧件6的侧壁与第一锁紧件5的另一侧壁抵接，以此将转动轴固定限制在限位套3上，可以进一步调整躯关节的位姿。

传动原理过程：

传动轴43受到外力驱动后产生转动，滚珠链42在内滚槽431上随同转动轴一起转动，当完成1圈转动后的一个完整循环运动后，从第一连洞412中进入，然后运动至外滚槽411中，与此同时，传动轴43带动轴套41一起转动。滚珠链42与轴套41一起转动，同时与轮槽21接触，将传动轴43转动产生的动力经过轴套41传递给轮槽21，若干个滚珠相继在连续的轮槽21中运动，推动位姿调整轮2转动，位姿调整轮2带动躯关节上下连接的四肢进行转动。如果过想要控制躯关节在任意位姿处于锁定状态，可通过断电实现。例如断电时，带动传动组件4的外界驱动结构停止工作，那么传动组件4停止工作，其中的传动轴43也停止转动，滚珠链42在轮槽21中停止转动，并通过滚珠链42自然形成自锁，以此可根据躯关节的位姿需要或在突然断电状况下，通过传动组件4与位姿调整轮2进行任意位姿的限定。

综上所述，传动组件4在限位套3内转动驱动位姿调整轮2转动，位姿调整轮2带动躯关节转动，转动过程中，限位套3通过适配的连接方式阻止传动组件4发生移动，以此提高机器人的工作效率。传动组件4处于断电状态，传动轴43停止转动，滚珠链42与轮槽21实现自锁紧状态，以此限定或调整位姿，进而达到限定躯关节任意位姿的目的。通过轴套41、滚珠链42以及传动轴43传递动力，避免增加电机而加重躯关节重量，进而减轻机器人整体的重量，实现既提高工作效率又减轻重量的目的。

本具体实施例仅仅是对发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，包括：

底板(1)，与机器人的躯关节连接，用于辅助机器人的躯关节执行调节位姿的动作；

位姿调整轮(2)，设置在所述底板(1)的一侧，与所述底板(1)的侧壁转动连接，用于在所述底板(1)上转动；

传动组件(4)，设置在所述位姿调整轮(2)上，与所述位姿调整轮(2)的圆周壁活动连接，用于通过转动驱动所述位姿调整轮(2)转动，或停止转动时，与所述位姿调整轮(2)通过自锁紧而锁定所述躯关节的位姿；

限位套(3)，套设在所述传动组件(4)上，且与所述传动组件(4)适配，所述传动组件(4)在所述限位套(3)内转动，所述限位套(3)用于阻止所述传动组件(4)在转动过程中发生位移。

2.根据权利要求1所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述位姿调整轮(2)的圆周壁上设置有若干个轮槽(21)，若干个所述轮槽(21)毗邻连接。

3.根据权利要求1所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述传动组件(4)包括：

传动轴(43)，位于所述限位套(3)内，其一端与所述限位套(3)的内部一端适配，另一端穿过所述限位套(3)的另一端；

轴套(41)，套设在所述传动轴(43)的中部，与所述传动轴(43)滚动连接，所述传动轴(43)用于通过滚动驱动所述轴套(41)转动。

4.根据权利要求3所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述传动轴(43)上设置有滚珠链(42)，所述滚珠链(42)盘旋在所述轴套(41)与所述传动轴(43)之间，所述滚珠链(42)从所述轴套(41)的圆周壁上缠绕，穿过至所述传动轴(43)，并缠绕在所述轴套(41)的圆周壁上，用于将所述传动轴(43)的动力传递至所述轴套(41)的外壁上，以带动当所述位姿调整轮(2)转动。

5.根据权利要求4所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述轴套(41)的圆周壁上开设有外滚槽(411)，所述外滚槽(411)呈螺旋状，所述滚珠链(42)嵌入在所述外滚槽(411)中，所述滚珠链(42)与所述外滚槽(411)的内壁滚动连接。

6.根据权利要求5所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述传动轴(43)上的圆周壁上开设有内滚槽(431)，所述内滚槽(431)呈螺旋状，所述滚珠链(42)嵌入在所述内滚槽(431)中，所述滚珠链(42)在所述内滚槽(431)至所述外滚槽(411)之间形成循环运动，以驱动所述位姿调整轮(2)连续转动。

7.根据权利要求6所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述滚珠链(42)包括多个滚珠，多个所述滚珠嵌入所述内滚槽(431)内、所述外滚槽(411)内，且相互抵接。

8.根据权利要求6所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述内滚槽(431)的内壁、所述外滚槽(411)的内壁均为弧面，所述滚珠的直径小于所述弧面的直径。

9.根据权利要求6所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述外滚槽(411)上分别开设有：

第一连洞(412)，位于所述外滚槽(411)内部的一端，其直径大于所述滚珠的直径，且与所述内滚槽(431)的一端对应，用于将从轴套(41)上运动的所述滚珠输送至所述内滚槽(431)中；

第二连洞(413)，开设在所述外滚槽(411)内部的另一端，在所述轴套(41)的圆周壁上，与所述第一连洞(412)的位置对应，且与内滚槽(431)的另一端对应，用于接收来自所述内滚槽(431)的另一端的所述滚珠，以形成循环运动。

10.根据权利要求9所述的机器人躯关节位姿调整结构，其特征在于，所述内滚槽(431)的螺旋线的圈数、所述外滚槽(411)的螺旋线的圈数为至少1圈。

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