CN118081825A - 一种机器人关节防护结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人关节防护结构，包括上机器臂和下机器臂，所述上机器臂的外壁固定连接有环形框，所述环形框包括左右两端底部的第一防护层、前后两端底部的第二防护层和环形板，所述下机器臂的前后两侧、靠近环形板的部位设有与其配合使用的连接杆，所述环形板的内部设有与连接杆配合使用的降温组件。本发明提供了一种机器人关节防护结构，通过第一防护层和第二防护层可以对上机器臂和下机器臂的关节处进行防护，减少外界的灰尘进入关节部位，当下机器臂转动时，同步带动连接杆和降温组件共同运作，方便把关节部位运作时产生的空气热量排出，同时对关节部位排入冷空气，提升关节部位的降温效果，增加设备的使用寿命。

Description

一种机器人关节防护结构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人关节防护结构。

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，现有的机器人种类较多，包括但不限于工业机器人、服务机器人、娱乐机器人等，其中娱乐机器人包括弹奏乐器的机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等，舞蹈机器人是一种基于机器人技术和人工智能的创新产物，旨在模拟人类舞蹈动作并自主进行舞蹈表演，这种机器人通常配备了多个关节和传感器，以准确地模仿各种舞蹈动作和姿势，通过先进的算法和编程，跳舞机器人可以实现优雅、协调的舞步，并与音乐节奏同步。

跳舞机器人不仅仅是展示科技实力的代表，还能用于教育领域，它们可以在舞台上进行精彩的表演，也可用作教学工具，帮助人们学习舞蹈技巧或激发对科学技术的兴趣，现有机器人手臂的关节部位多数需要防护，目前机器人关节进行防护的方式是，通过软外壳直接套在其关节部位进行防护，但是使用时会影响其内部散热效果，从而降低其使用寿命，同时降低机器人的运动性能和精度等。

有鉴于此，提出一种机器人关节防护结构。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种机器人关节防护结构，通过机器人关节部位的防护层和降温组件的配合使用，可以在保护机器人关节部位的同时对其内部进行有效的散热，提升机器人的使用寿命。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：包括上机器臂和下机器臂，所述上机器臂的外壁固定连接有环形框，所述环形框包括左右两端底部的第一防护层、前后两端底部的第二防护层和环形板，所述下机器臂的前后两侧、靠近环形板的部位设有与其配合使用的连接杆，所述环形板的内部设有与连接杆配合使用的降温组件，所述第一防护层的底端固定连接在下机器臂左右两侧的外壁，所述下机器臂的前后两侧、靠近连接杆的部位设有U型板，所述第二防护层的底端设在U型板的内部。

可选的，所述降温组件包括设在环形板内部的半导体制冷片、设在半导体制冷片顶部和底部的第一散热片和第二散热片、设在第一散热片顶部的风机、设在环形板内部的压缩腔、第一气腔、第二气腔和第三气腔、设在压缩腔内部的压缩弹簧和活塞柱，以及设在环形板左右两侧与环形框连接的排气管，所述第一气腔、第二气腔和第三气腔的内部设有第一单向阀，所述环形框的左右两侧可拆卸连接有过滤板。

可选的，所述环形框左右两端的下表面开设有进气口、且与所述第三气腔和压缩腔进行连通，所述压缩腔通过第一气腔与第二散热片的部位进行连通，所述第二气腔与压缩腔进行连通，所述活塞柱的底端贯穿压缩腔的内底壁、并延伸至靠近连接杆的部位，所述连接杆的顶端深入环形板内部开设的凹槽、并通过插销进行转动连接，所述环形板靠近上机器臂的一侧开设有与所述第二气腔连通的排气孔。

可选的，所述U型板包括底端内部的活塞杆、套设在活塞杆表面的挤压弹簧，所述U型板的内部设有第二单向阀，所述活塞杆的顶部贯穿U型板中部隔板、并与第二防护层底部的两端固定连接，所述下机器臂的左右两侧、靠近第一防护层的部位固定连接有压缩筒，所述压缩筒的表面固定连接有辅助管，所述辅助管远离压缩筒的一端固定连接在U型板的表面、且与所述活塞杆部位进行连通，所述压缩筒的两端固定连接有弯管，所述弯管远离压缩筒的一端通过软管延伸至环形板的表面。

可选的，所述压缩筒包括内部的活塞筒、套设在活塞筒表面的辅助弹簧、设在活塞筒内部通过柱销活动连接的转杆、设在转杆远离活塞筒一端的扇叶、以及设在压缩筒内部的第三单向阀和电磁阀，所述活塞筒抵紧辅助弹簧一端的内部设有压力传感器，所述压力传感器和电磁阀呈电性连接。

可选的，所述环形框的前后两侧开设有进气孔、且上表面开设有滤网层，所述第一防护层和第二防护层的中部为波纹状、可伸缩软材质。

(三)有益效果

本发明提供了一种机器人关节防护结构，具备以下有益效果：

1、该一种机器人关节防护结构，通过第一防护层和第二防护层可以对上机器臂和下机器臂的关节处进行防护，减少外界的灰尘进入关节部位，当下机器臂转动时，同步带动连接杆和降温组件共同运作，方便把关节部位运作时产生的空气热量排出，同时对关节部位排入冷空气，提升关节部位的降温效果，增加设备的使用寿命；

2、该一种机器人关节防护结构，通过第二防护层、活塞杆和挤压弹簧的配合使用，当下机器臂转动时，利用第二防护层同步带动活塞杆向上间断性拉伸，此时挤压的气体进入压缩筒的内部，使得活塞杆向两端移动，同步带动转杆一端的扇叶正转形成风力，从而把外界的冷空气通过弯管排至环形板的部位，减少压缩腔内部运作时产生的热量，当辅助弹簧释放压缩形态时，此时扇叶反转形成吸力，方便吸取环形板处产生的热量，从压缩筒排出，降低环形板所处空间热量对关节部位造成的影响；

3、该一种机器人关节防护结构，通过过滤板，可以在吸收关节部位空气热量的同时对空气中的灰尘进行过滤，同时便于后期拆装对其表面的灰尘进行清理。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明立体结构示意图；

图3为本发明环形板剖视结构示意图；

图4为本发明过滤板剖视结构示意图；

图5为本发明环形框侧视结构示意图；

图6为本发明压缩筒剖视结构示意图；

图7为本发明U型板剖视结构示意图；

图8为本发明机器人结构示意图。

图中：1、上机器臂；2、下机器臂；3、环形框；4、第一防护层；5、第二防护层；6、环形板；7、连接杆；8、U型板；9、半导体制冷片；10、第一散热片；11、压缩腔；12、压缩弹簧；13、第一气腔；14、第二气腔；15、第三气腔；16、风机；17、第一单向阀；18、进气口；19、第二散热片；20、排气管；21、过滤板；22、活塞杆；23、挤压弹簧；24、第二单向阀；25、压缩筒；26、辅助管；27、弯管；28、活塞筒；29、辅助弹簧；30、转杆；31、扇叶；32、第三单向阀；33、电磁阀；34、压力传感器；35、活塞柱。

具体实施方式

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，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至图8，本发明提供一种机器人关节防护结构；包括上机器臂1和下机器臂2，上机器臂1的外壁固定连接有环形框3，环形框3包括左右两端底部的第一防护层4、前后两端底部的第二防护层5和环形板6，下机器臂2的前后两侧、靠近环形板6的部位设有与其配合使用的连接杆7。

环形板6的内部设有与连接杆7配合使用的降温组件，第一防护层4的底端固定连接在下机器臂2左右两侧的外壁，下机器臂2的前后两侧、靠近连接杆7的部位设有U型板8，第二防护层5的底端设在U型板8的内部。

如图1所示，第一防护层4和第二防护层5左右运动时的情况如下；

当下机器臂2向左转动时，环形框3右端底部的第一防护层4处于拉伸状态，环形框3左端底部的第一防护层4处压缩状态，当下机器臂2向右转动时，与向左转动时相反；

当下机器臂2向左转动时，环形框3前后两端的第二防护层5，其底部的右端处于被拉伸状态，其底部的左端处于压缩状态，当下机器臂2向右转动时，与向左转动时相反，同时第二防护层5中间可伸缩的部位做相同的运动。

降温组件包括设在环形板6内部的半导体制冷片9、设在半导体制冷片9顶部和底部的第一散热片10和第二散热片19、设在第一散热片10顶部的风机16、设在环形板6内部的压缩腔11、第一气腔13、第二气腔14和第三气腔15、设在压缩腔11内部的压缩弹簧12和活塞柱35，以及设在环形板6左右两侧与环形框3连接的排气管20，第一气腔13、第二气腔14和第三气腔15的内部设有第一单向阀17，环形框3的左右两侧可拆卸连接有过滤板21。

注；风机16的规格相对较小，方便快速的把半导体制冷片9热面的空气排出，这样设置的目的在于，即减少机器人的重量，又避免热空气对机器人的关节部位造成影响，半导体制冷片9和风机16与机器人内部的蓄电池呈电性连接，且均为现有公知技术，仅在此做引用，具体结构不做过多叙述。

环形框3左右两端的下表面开设有进气口18、且与第三气腔15和压缩腔11进行连通，压缩腔11通过第一气腔13与第二散热片19的部位进行连通，第二气腔14与压缩腔11进行连通，活塞柱35的底端贯穿压缩腔11的内底壁、并延伸至靠近连接杆7的部位，连接杆7的顶端深入环形板6内部开设的凹槽、并通过插销进行转动连接，环形板6靠近上机器臂1的一侧开设有与第二气腔14连通的排气孔。

注；环形框3四周底部的下表面开设有出气孔(图中未示出)，且与排气管(软材质)20进行连通，方便排出压缩的气体，半导体制冷片19上方的第一散热片10用于散热，通过风机16加快热量的排出，第二散热片19用于扩散冷空气。

如图3所示，连接杆7与活塞柱35的使用方式如下；

当下机器臂2向左转动时，同步带动连接杆7向左转动一定幅度，此时，活塞柱35带动压缩弹簧12挤压上空间的气体，压缩腔11对上空间压缩的气体经排气管20，从出气孔处排出，方便清理第一防护层4和第二防护层5远离关节部位一侧的灰尘；

当活塞柱35压缩上空间的气体时，下空间则产生吸力，经第一气腔13吸取第二散热片19下方的冷空气进入下空间内部，当下机器臂2不与连接杆7接触时，此时压缩弹簧12释放压缩形态，同步带动活塞柱35向下空间压缩，这时，下空间的冷空气经第二气腔14排至排气孔处，方便对机器的关节部位进行降温；

当活塞柱35压缩下空间时，上空间则会产生一定的吸力，从进气口18(如附图4)处吸收关节部位运作时产生的热空气，通过过滤板21可以对进入关节部位的灰尘进行过滤，经过第三气腔15进入压缩腔11、上空间内，当活塞柱35再次挤压上空间时，通过出气孔排出；

当下机器臂2向右转动时同上述向左转动的原理相同，在此不做叙述。

注；活塞柱35靠近下空间的一侧设有隔热垫，这样设置的目的在于，可以减少冷空气进入压缩腔11的内部时，降低冷空气的流失，因为压缩腔11上空间吸收热空气经过活塞柱35会传递至下空间，从而相互抵消。

U型板8包括底端内部的活塞杆22、套设在活塞杆22表面的挤压弹簧23，U型板8的内部设有第二单向阀24，活塞杆22的顶部贯穿U型板8中部隔板、并与第二防护层5底部的两端固定连接，下机器臂2的左右两侧、靠近第一防护层4的部位固定连接有压缩筒25，压缩筒25的表面固定连接有辅助管26，辅助管26远离压缩筒25的一端固定连接在U型板8的表面、且与活塞杆22部位进行连通，压缩筒25的两端固定连接有弯管27，弯管27远离压缩筒25的一端通过软管延伸至环形板6的表面。

压缩筒25包括内部的活塞筒28、套设在活塞筒28表面的辅助弹簧29、设在活塞筒28内部通过柱销活动连接的转杆30、设在转杆30远离活塞筒28一端的扇叶31、以及设在压缩筒25内部的第三单向阀32和电磁阀33，活塞筒28抵紧辅助弹簧29一端的内部设有压力传感器34，压力传感器34和电磁阀33呈电性连接。

注；活塞杆22的数量为两个，且两个活塞杆22以第二防护层4的垂直中线为对称轴呈对称设置，均设在加压空间内部，活塞筒28的数量为两个，且两个活塞筒28以压缩筒25的垂直中线为对称轴呈对称设置，并且内壁设有螺纹(图中为示出)，且与转杆30表面的柱销配合使用。

如图1、图6和图7所示，当下机器臂2向左转动时，这时，第二防护层4带动其底部右端的活塞杆22向上移动，对挤压弹簧23进行压缩，左端的活塞杆22处停止状态，同时左端底部的第二防护层4处于压缩状态，当下机器臂2向右转动时与向左转动时相反，此时，加压空间内部压缩的气体进入压缩筒25的内部，在气压的作用力下，带动两个活塞筒28向左、向右移动，此时，转杆30通过柱销与活塞筒28内壁螺纹的配合下，转杆30一端的扇叶31正转形成风力，把外界的冷空气经弯管27一端的软管排至环形板6的表面，方便对其内部压缩腔11工作时产生的热量进行降温；

注；弯管27一端的软管包括但不限于通过胶粘或扎带的方式固定在环形板6的表面，减少其移动。

压力传感器34为区间性设置，当辅助弹簧29对压力传感器34施加超过所设定的最大压力值之后，电磁阀33打开，当辅助弹簧29的压力值低于压力传感器34所设定的最小压力值时，电磁阀33闭合。

环形框3的前后两侧开设有进气孔、且上表面开设有滤网层，第一防护层4和第二防护层5的中部为波纹状、可伸缩软材质。

注；上述实施例中的压缩弹簧12、挤压弹簧23和辅助弹簧29弹性相对较小，这样设置的目的在于，降低机器人自身运作时的能耗。

环形框3前后两侧的进气孔与第二散热片19处进行连通，方便外界的气体进入其内部，且上表面的滤网层，可以减少灰尘进入其内部。

注；设备处于初始状态时；设备处于组装完成状态，半导体制冷片9、风机16、电磁阀33与机器人内置的蓄电池进行电连接，电磁阀33处于闭合状态，上机器臂1和下机器臂2处于垂直状态。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

本发明中，该装置的工作步骤如下：

S1、使用时，当机器人进行跳舞或教学时，其上机器臂1和下机器臂2会处于活动状态，通过第一防护层4和第二防护层5对其关节处进行防护，当下机器臂2向左或向右转动时，下机器臂2的连接杆7抵紧活塞柱35的球形部位(如附图3)，从而带动活塞柱35压缩压缩腔11、上空间内的气体，此时第一单向阀17，a点处于不导通状态，b点处导通状态，c点处于不导通状态，d点处于导通状态，压缩的气体经第三气腔15和排气管20，从出气孔处排出，对第一防护层4和第二防护层5远离关节部位一侧的灰尘进行清理；

S2、当下机器臂2的连接杆7不与活塞柱35接触时，压缩弹簧12开始释放压缩形态，带动活塞柱35向下压缩，此时，第一单向阀17，a点处于导通状态，b点处于不导通状态，c点处于导通状态，d点处于不导通状态，进气口18处产生吸力，从而吸收上机器臂1和下机器臂2关节处运动所产生的热空气进入压缩腔11的上空间，等待下次压缩，同时通过过滤板21过滤关节处的灰尘；

S3、当活塞柱35向下压缩时，压缩腔11下空间的冷空气经过第二气腔14，从排气孔排至上机器臂1和下机器臂2关节部位，对其进行降温，当活塞柱35向上压缩时，压缩腔11、下空间产生吸力，从而吸收第二散热片19下方空间的冷空气，经第一气腔13进入压缩腔11、下空间内部，等待下次压缩，当下机器臂2向左转动时，第一防护层4的右侧处于拉伸状态，第一防护层4的左侧处于压缩状态，第二防护层5的前后两侧，其右端处于拉伸状态，左端处于压缩状态，当下机器壁2向右转动时与向左时相反；

S4、当下机器臂2向左转动时，第二防护层5底部右端的活塞杆22，向上拉伸，挤压弹簧23处于缓缓处于压缩状态，此时第二单向阀24(如附图1和图7)，e点处于导通状态，f点处于不导通状态，g点处于不导通状态，加压空间内部压缩的气体经辅助管26进入压缩筒25的内部，此时，第三单向阀32，i点处于导通状态，在气压的作用力下，活塞筒28缓缓向左、向右移动，转杆30通过柱销与活塞筒28内壁螺纹的配合进行正向转动，从而带动扇叶31转动，这时，第三单向阀32，h点处于导通状态，j点处于不导通状态，外界的气流通过h点进入压缩筒25的内部，利用扇叶31把进入的气流经弯管27一端的软管排至环形板6的表面，从而对环形板6内部的压缩腔11进行降温；

S5、当辅助弹簧29对压力传感器34施加超过所设定的最大压力值时，电磁阀33打开，辅助弹簧29开始释放压缩形态，同步带动活塞筒28向中间靠拢，增压腔内部的气体则从电磁阀33处排出，此时，转杆30通过柱销与活塞筒28内壁螺纹的配合进行反向转动，形成吸力，这时第三单向阀h点处于不导通状态，j点处于导通状态，弯管27一端的软管吸收环形板6处的热空气经压缩筒25，从j点排出，当辅助弹簧29的压力值低于压力传感器34所设定的最小压力值时，电磁阀33闭合；

S6、当下机器臂2向右转动时，同上述步骤4相同，第二单向阀24，g点处于导通状态，另一加压空间内的e点处于不导通状态，根据机器人下机器臂2的转动方位，上述步骤同步进行运动。

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 (6)

1.一种机器人关节防护结构，包括上机器臂(1)和下机器臂(2)，其特征在于，所述上机器臂(1)的外壁固定连接有环形框(3)，所述环形框(3)包括左右两端底部的第一防护层(4)、前后两端底部的第二防护层(5)和环形板(6)，所述下机器臂(2)的前后两侧、靠近环形板(6)的部位设有与其配合使用的连接杆(7)，所述环形板(6)的内部设有与连接杆(7)配合使用的降温组件，所述第一防护层(4)的底端固定连接在下机器臂(2)左右两侧的外壁，所述下机器臂(2)的前后两侧、靠近连接杆(7)的部位设有U型板(8)，所述第二防护层(5)的底端设在U型板(8)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种机器人关节防护结构，其特征在于，所述降温组件包括设在环形板(6)内部的半导体制冷片(9)、设在半导体制冷片(9)顶部和底部的第一散热片(10)和第二散热片(19)、设在第一散热片(10)顶部的风机(16)、设在环形板(6)内部的压缩腔(11)、第一气腔(13)、第二气腔(14)和第三气腔(15)、设在压缩腔(11)内部的压缩弹簧(12)和活塞柱(35)，以及设在环形板(6)左右两侧与环形框(3)连接的排气管(20)，所述第一气腔(13)、第二气腔(14)和第三气腔(15)的内部设有第一单向阀(17)，所述环形框(3)的左右两侧可拆卸连接有过滤板(21)。

3.根据权利要求1或2所述的一种机器人关节防护结构，其特征在于，所述环形框(3)左右两端的下表面开设有进气口(18)、且与所述第三气腔(15)和压缩腔(11)进行连通，所述压缩腔(11)通过第一气腔(13)与第二散热片(19)的部位进行连通，所述第二气腔(14)与压缩腔(11)进行连通，所述活塞柱(35)的底端贯穿压缩腔(11)的内底壁、并延伸至靠近连接杆(7)的部位，所述连接杆(7)的顶端深入环形板(6)内部开设的凹槽、并通过插销进行转动连接，所述环形板(6)靠近上机器臂(1)的一侧开设有与所述第二气腔(14)连通的排气孔。

4.根据权利要求1所述的一种机器人关节防护结构，其特征在于，所述U型板(8)包括底端内部的活塞杆(22)、套设在活塞杆(22)表面的挤压弹簧(23)，所述U型板(8)的内部设有第二单向阀(24)，所述活塞杆(22)的顶部贯穿U型板(8)中部隔板、并与第二防护层(5)底部的两端固定连接，所述下机器臂(2)的左右两侧、靠近第一防护层(4)的部位固定连接有压缩筒(25)，所述压缩筒(25)的表面固定连接有辅助管(26)，所述辅助管(26)远离压缩筒(25)的一端固定连接在U型板(8)的表面、且与所述活塞杆(22)部位进行连通，所述压缩筒(25)的两端固定连接有弯管(27)，所述弯管(27)远离压缩筒(25)的一端通过软管延伸至环形板(6)的表面。

5.根据权利要求4所述的一种机器人关节防护结构，其特征在于，所述压缩筒(25)包括内部的活塞筒(28)、套设在活塞筒(28)表面的辅助弹簧(29)、设在活塞筒(28)内部通过柱销活动连接的转杆(30)、设在转杆(30)远离活塞筒(28)一端的扇叶(31)、以及设在压缩筒(25)内部的第三单向阀(32)和电磁阀(33)，所述活塞筒(28)抵紧辅助弹簧(29)一端的内部设有压力传感器(34)，所述压力传感器(34)和电磁阀33呈电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种机器人关节防护结构，其特征在于，所述环形框(3)的前后两侧开设有进气孔、且上表面开设有滤网层，所述第一防护层(4)和第二防护层(5)的中部为波纹状、可伸缩软材质。