CN117498613A - 一种沿圆弧轨迹运动的电缸 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种沿圆弧轨迹运动的电缸，包括驱动组件、柔性连接组件、活动杆和导向组件；导向组件包括弧形段和支撑段，弧形段形成有弧形活动腔，支撑段形成有直线腔，弧形活动腔的一端设置有开口，弧形活动腔的另一端和直线腔连通；活动杆的活动端经由弧形活动腔的开口插入至弧形活动腔内，且活动杆的活动端和柔性连接组件的一端连接，柔性连接组件的另一端和驱动组件连接，驱动组件设置于直线腔内，驱动组件被配置为在直线腔内沿支撑段的延伸方向往复移动，以通过柔性连接组件驱动活动杆沿弧形活动腔的延伸方向伸缩。通过本申请实施例的设置，提供了一种结构紧凑、占用空间少、且能够实现圆弧形轨迹运动的电缸。
Description
技术领域
本申请涉及动力传动技术领域，尤其涉及一种沿圆弧轨迹运动的电缸。
背景技术
机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务。机器人包括自主移动机器人、人形机器人、铰链式机器人等，以人形机器人为例，通常人形机器人的腰部需要弯曲或者扭转，以完成作业。
相关技术中，通常在人形机器人的腰部采用力矩电缸或者采用拖链等传动组件，以完成人形机器人腰部弯曲或者扭转。
然而，力矩电缸和拖链重量和体积都较为庞大，在人形机器人的腰部占用空间较大，致使人形机器人活动不灵活，影响人形机器人活动。
发明内容
本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，以解决现有技术中，为了使得人形机器人能完成腰部弯曲或者扭转动作，所采用的机构重量、体积较大，从而致使人形机器人活动不灵活，影响人形机器人活动的技术问题。
本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，包括驱动组件、柔性连接组件、活动杆和导向组件；
导向组件包括弧形段和支撑段，弧形段形成有弧形活动腔，支撑段形成有直线腔，弧形活动腔的一端设置有开口，弧形活动腔的另一端和直线腔连通；
活动杆的活动端经由弧形活动腔的开口插入至弧形活动腔内，且活动杆的活动端和柔性连接组件的一端连接，柔性连接组件的另一端和驱动组件连接；
驱动组件设置于直线腔内，驱动组件被配置为在直线腔内沿支撑段的延伸方向往复移动，以通过柔性连接组件驱动活动杆沿弧形活动腔的延伸方向伸缩。
在一种可行的实现方式中，活动杆的法向截面设置为椭圆形，弧形活动腔的法向截面的形状和活动杆的法向截面的形状相互适配。
在一种可行的实现方式中，柔性连接组件包括钢丝软轴和套筒，套筒套设于钢丝软轴和导向组件之间。
在一种可行的实现方式中，套筒包括第一套筒和第二套筒，第一套筒的一端和活动杆的活动端连接，第一套筒的另一端和第二套筒的一端连接，第二套筒的另一端沿钢丝软轴的延伸方向延伸，第一套筒设置为塑料材质件；第二套筒设置为钢套。
在一种可行的实现方式中，驱动组件包括螺母、丝杠和驱动电机；
螺母的一端和柔性连接组件连接，螺母的另一端形成有配合腔；
丝杠的一端插入至螺母的配合腔内，丝杠的另一端和驱动电机连接，且在驱动电机的驱动下，丝杠能够在螺母的配合腔内转动以驱动螺母沿直线腔往复移动。
在一种可行的实现方式中，螺母外侧壁设置有导向凸起，导向凸起由螺母外侧壁向直线腔方向延伸；
直线腔设置有和导向凸起相互适配的导向凹槽。
在一种可行的实现方式中，驱动组件还设置有支撑轴，丝杠的另一端通过支撑轴和驱动电机连接。
在一种可行的实现方式中，驱动组件还包括轴承，轴承套设于支撑轴外侧壁。
在一种可行的实现方式中，驱动组件还包括滚珠，丝杠外侧壁和配合腔内侧壁形成有螺旋形滚道，滚珠设置于螺旋形滚道内。
在一种可行的实现方式中，弧形段设置有安装法兰，安装法兰设置于弧形段和支撑段的连接端，紧固螺栓穿过安装法兰将弧形段固定于支撑段。
本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，本申请实施例通过将导向组件设置为圆弧段和支撑段，圆弧段设置有弧形活动腔，活动杆的活动端经由弧形活动腔的开口插入至弧形活动腔内，且驱动组件被配置为在直线腔内沿支撑段的延伸方向往复移动，从而通过柔性连接组件驱动活动杆沿弧形活动腔的延伸方向伸缩，即实现了活动杆沿弧形活动腔的弧形轨迹活动，进而能够驱动机器人的腰部结构弯曲或者旋转。通过本申请实施例的设置，提供了一种结构紧凑、占用空间少、且能够实现圆弧形轨迹运动的电缸。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的一种沿圆弧轨迹运动的电缸的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种人形机器人的结构示意图；
图3是图2的部分结构放大示意图；
图4是图1中C-C的剖视图；
图5是图1中D-D的剖视图。
附图标记说明：
A-沿圆弧轨迹运动的电缸；B-人形机器人；100-驱动组件；200-柔性连接组件；300-活动杆；400-导向组件；
110-螺母；111-配合腔；112-导向凸起；120-丝杠；121-滚珠；130-支撑轴；131-第一支撑轴；132-第二支撑轴；140-轴承；150-驱动电机；151-伺服电机定子；152-伺服电机转子；210-钢丝软轴；220-套筒；221-第一套筒；222-第二套筒；410-弧形段；411-弧形活动腔；412-安装法兰；413-紧固螺栓；420-支撑段；421-直线腔；422-导向凹槽。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施方式的限制。
机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务。机器人包括自主移动机器人、人形机器人、铰链式机器人等，以人形机器人为例，通常人形机器人的腰部需要弯曲或者扭转，以完成作业。
相关技术中，通常在人形机器人的腰部采用力矩电缸或者采用拖链等传动组件，以完成人形机器人腰部弯曲或者扭转。
然而，力矩电缸和拖链重量和体积都较为庞大，在人形机器人的腰部占用空间较大，致使人形机器人活动不灵活，影响人形机器人活动。
因此，本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，以解决现有技术中，为了使得人形机器人能完成腰部弯曲或者扭转动作，所采用的机构重量、体积较大，从而致使人形机器人活动不灵活，影响人形机器人活动的技术问题。
图1是本申请一实施例提供的一种沿圆弧轨迹运动的电缸的结构示意图；图2是本申请一实施例提供的一种人形机器人的结构示意图；图3是图2的部分结构放大示意图。
本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，参照图1至图3，包括驱动组件100、柔性连接组件200、活动杆300和导向组件400；
导向组件400包括弧形段410和支撑段420，弧形段410形成有弧形活动腔411，支撑段420形成有直线腔421，弧形活动腔411的一端设置有开口，弧形活动腔411的另一端和直线腔421连通；
活动杆300的活动端经由弧形活动腔411的开口插入至弧形活动腔411内，且活动杆300的活动端和柔性连接组件200的一端连接，柔性连接组件200的另一端和驱动组件100连接，驱动组件100设置于直线腔421内，驱动组件100被配置为在直线腔421内沿支撑段420的延伸方向往复移动，以通过柔性连接组件200驱动活动杆300沿弧形活动腔411的延伸方向伸缩。
示例性的，以人形机器人A为例，在人形机器人A的腰部设置多个沿圆弧轨迹运动的电缸B，通过沿圆弧轨迹运动的电缸B连接人形机器人A的上部结构和下部结构。当人形机器人A需要转动一定角度或者弯腰时，同时伸缩沿圆弧轨迹运动的电缸B的活动杆300，即可实现人形机器人A的腰部转动。
需要说明的是，本申请实施例中的柔性连接组件200设置为具有一定刚度的柔性件，柔性连接组件200在弧形活动腔411内能够沿弧形活动腔411随意弯曲，以避免柔性连接组件200和弧形活动腔411之间产生干涉，影响柔性连接组件200的活动，进一步影响活动杆300的活动。
从上述描述中，可以看出本方案实现了如下技术效果：
本申请实施例提供了一种沿圆弧轨迹运动的电缸，本申请实施例通过将导向组件400设置为圆弧段和支撑段420，圆弧段设置有弧形活动腔411，活动杆300的活动端经由弧形活动腔411的开口插入至弧形活动腔411内，且驱动组件100被配置为在直线腔421内沿支撑段420的延伸方向往复移动，从而通过柔性连接组件200驱动活动杆300沿弧形活动腔411的延伸方向伸缩，即实现了活动杆300沿弧形活动腔411的弧形轨迹活动，进而能够驱动机器人的腰部结构弯曲或者旋转。通过本申请实施例的设置，提供了一种结构紧凑、占用空间少、且能够实现圆弧形轨迹运动的电缸。
图4是图1中C-C的剖视图；图5是图1中D-D的剖视图。
在一些示例中，参照图4和图5，活动杆300的法向截面设置为椭圆形，弧形活动腔411的法向截面的形状和活动杆300的法向截面的形状相互适配。
示例性的，柔性连接组件200的法向截面也设置为椭圆形。
本申请实施例通过将活动杆300的法向截面设置为椭圆形，当活动杆300在弧形活动腔411内活动时，由于活动杆300的法向截面和弧形活动腔411的法向截面均设置为椭圆形，椭圆形截面的活动杆300无法在弧形活动腔411内转动，从而避免了活动杆300在沿弧形活动腔411的延伸方向伸缩过程中，活动杆300在弧形活动腔411内转动，从而提高了活动杆300活动的稳定性。
示例性的，柔性连接组件200包括钢丝软轴210和套筒220，套筒220套设于钢丝软轴210和导向组件400之间。
例如，活动杆300的活动端设置有螺栓孔，钢丝软轴210的一端焊接有螺栓，活动杆300的活动端和钢丝软轴210通过螺栓固定。
例如，套筒220包括第一套筒221和第二套筒222，第一套筒221的一端和活动杆300的活动端连接，第一套筒221的另一端和第二套筒222的一端连接，第二套筒222的另一端沿钢丝软轴210的延伸方向延伸，第一套筒221设置为塑料材质件；第二套筒222设置为钢套。
示例性的，第一套筒221设置为摩擦系数小、柔韧性好、承压能力强的塑料材质件。当柔性连接组件200承受拉力时，钢丝软轴210承受作用力，塑料材质件不承受拉力。当柔性连接组件200承受推力时，塑料材质件承受作用力，钢丝软轴210只承受轻微推力。
示例性的，第二套筒222可以通过焊接的方式和钢丝软轴210固定。
需要进一步说明的是，第二套筒222的末端可以到达圆弧活动腔和直线腔421的切点处。
本申请实施例通过钢丝软轴210的设置，能够使得柔性连接组件200具备较强的柔韧性，以便于柔性连接组件200在沿弧形活动腔411活动的过程中与弧形活动腔411产生干涉。本申请实施例通过第一套筒221的设置，能够减小柔性连接组件200和弧形活动腔411之间的摩擦力，以使得柔性连接组件200更好的沿着弧形活动腔411活动。本申请实施例通过第二套筒222的设置，能够使得柔性连接组件200具备一定的刚性，以更好的连接驱动组件100。
在其他的一些示例中，驱动组件100包括螺母110、丝杠120和驱动电机150；
螺母110的一端和柔性连接组件200连接，螺母110的另一端形成有配合腔111；
丝杠120的一端插入至螺母110的配合腔111内，丝杠120的另一端和驱动电机150连接，且在驱动电机150的驱动下，丝杠120能够在螺母110的配合腔111内转动以驱动螺母110沿直线腔421往复移动。
示例性的，驱动组件100还设置有支撑轴130，丝杠120的另一端通过支撑轴130和驱动电机150连接。
例如，支撑轴130设置为阶梯轴，阶梯轴包括第一支撑轴131和第二支撑轴132，其中，第一支撑轴131的直径大于第二支撑轴132的直径，驱动电机150设置为伺服电机，伺服电机包括伺服电机定子151和伺服电机转子152，伺服电机定子151固定于支撑段420背向弧形段410的一端，且伺服电机定子151套设于伺服电机转子152的外部，伺服电机转子152套设于第二支撑轴132的外部，第二支撑轴132背向伺服电机转子152的一端和第二支撑轴132的一端连接，第二支撑轴132的另一端和丝杠120连接。
本申请实施例通过阶梯轴的设置，能够对丝杠120起到定位的作用，避免丝杠120在转动过程中产生滑移。
进一步的，驱动组件100还包括轴承140，轴承140套设于支撑轴130外侧壁。
示例性的，轴承140可以设置为角接触轴承，角接触轴承套设于第二支撑轴132的外侧壁。
例如，驱动组件100还包括滚珠121，丝杠120外侧壁和配合腔111内侧壁形成有螺旋形滚道，滚珠121设置于螺旋形滚道内。
本申请实施例通过滚珠121的设置，通过滚珠121滚动能够传递给丝杠120施加的轴向推力，其中，滚珠121承载力的大小由滚珠121的大小、数量以及滚道的适应度来确定。
示例性的，螺母110外侧壁设置有导向凸起112，导向凸起112由螺母110外侧壁向直线腔421方向延伸；直线腔421设置有和导向凸起112相互适配的导向凹槽422。
例如，可以沿螺母110径向对称设置两个耳轴，沿直线腔421设置和耳轴相互适配的导向凹槽422，又例如，导向凹槽422的径向长度大于耳轴的径向长度，以便于螺母110沿直线腔421的延伸方向往复移动。
本申请实施例通过导向凸起112的设置，能够防止螺母110在摩擦力矩的作用下旋转，且本申请实施例通过导向凸起112和导向凹槽422的相互适配，方便了螺母110沿直线腔421的延伸方向往复移动。
在其他的一些示例中，弧形段410设置有安装法兰412，安装法兰412设置于弧形段410和支撑段420的连接端，紧固螺栓413穿过安装法兰412将弧形段410固定于支撑段420。
例如，弧形段410和支撑段420可以分体成型，即在弧形段410设置安装法兰412，通过紧固螺栓413将弧形段410和支撑段420连接在一起。
又例如，弧形段410和支撑段420也可以一体成型(未图示)。
本申请实施例通过在弧形段410设置安装法兰412，且通过紧固螺栓413穿过安装法兰412将弧形段410固定于支撑段420，一方面，方便了弧形段410和支撑段420之间的连接和拆卸，另一方面，提高了弧形段410和连接段之间安装的紧固性。
容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的几个实施例的基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。
以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，包括驱动组件(100)、柔性连接组件(200)、活动杆(300)和导向组件(400)；
所述导向组件(400)包括弧形段(410)和支撑段(420)，所述弧形段(410)形成有弧形活动腔(411)，所述支撑段(420)形成有直线腔(421)，所述弧形活动腔(411)的一端设置有开口，所述弧形活动腔(411)的另一端和所述直线腔(421)连通；
所述活动杆(300)的活动端经由所述弧形活动腔(411)的开口插入至所述弧形活动腔(411)内，且所述活动杆(300)的活动端和所述柔性连接组件(200)的一端连接，所述柔性连接组件(200)的另一端和所述驱动组件(100)连接；
所述驱动组件(100)设置于所述直线腔(421)内，所述驱动组件(100)被配置为在所述直线腔(421)内沿所述支撑段(420)的延伸方向往复移动，以通过所述柔性连接组件(200)驱动所述活动杆(300)沿所述弧形活动腔(411)的延伸方向伸缩。
2.根据权利要求1所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述活动杆(300)的法向截面设置为椭圆形，所述弧形活动腔(411)的法向截面的形状和所述活动杆(300)的法向截面的形状相互适配。
3.根据权利要求1所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述柔性连接组件(200)包括钢丝软轴(210)和套筒(220)，所述套筒(220)套设于所述钢丝软轴(210)和所述导向组件(400)之间。
4.根据权利要求3所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述套筒(220)包括第一套筒(221)和第二套筒(222)，所述第一套筒(221)的一端和所述活动杆(300)的活动端连接，所述第一套筒(221)的另一端和所述第二套筒(222)的一端连接，所述第二套筒(222)的另一端沿所述钢丝软轴(210)的延伸方向延伸，所述第一套筒(221)设置为塑料材质件；所述第二套筒(222)设置为钢套。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述驱动组件(100)包括螺母(110)、丝杠(120)和驱动电机(150)；
所述螺母(110)的一端和所述柔性连接组件(200)连接，所述螺母(110)的另一端形成有配合腔(111)；
所述丝杠(120)的一端插入至所述螺母(110)的配合腔(111)内，所述丝杠(120)的另一端和所述驱动电机(150)连接，且在驱动电机(150)的驱动下，所述丝杠(120)能够在所述螺母(110)的配合腔(111)内转动以驱动所述螺母(110)沿所述直线腔(421)往复移动。
6.根据权利要求5所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述螺母(110)外侧壁设置有导向凸起(112)，所述导向凸起(112)由所述螺母(110)外侧壁向所述直线腔(421)方向延伸；
所述直线腔(421)设置有和所述导向凸起(112)相互适配的导向凹槽(422)。
7.根据权利要求5所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述驱动组件(100)还设置有支撑轴(130)，所述丝杠(120)的另一端通过所述支撑轴(130)和所述驱动电机(150)连接。
8.根据权利要求7所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述驱动组件(100)还包括轴承(140)，所述轴承(140)套设于所述支撑轴(130)外侧壁。
9.根据权利要求5所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述驱动组件(100)还包括滚珠(121)，所述丝杠(120)外侧壁和所述配合腔(111)内侧壁形成有螺旋形滚道，所述滚珠(121)设置于所述螺旋形滚道内。
10.根据权利要求1-4任一项所述的一种沿圆弧轨迹运动的电缸，其特征在于，所述弧形段(410)设置有安装法兰(412)，所述安装法兰(412)设置于所述弧形段(410)和所述支撑段(420)的连接端，紧固螺栓(413)穿过安装法兰(412)将所述弧形段(410)固定于所述支撑段(420)。
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2023
- 2023-10-18 CN CN202311349648.5A patent/CN117498613A/zh active Pending
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