CN207888684U - 机器人肩关节转向机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机器人肩关节转向机构，包括肩关节轴承套管、两个关节转向球碗节头、两个转盘和减速电机，两个关节转向球碗节头对称设置于肩关节轴承套管两端，每一个关节转向球碗节头均包括球头手臂和弹性装置，球头手臂与设置于肩关节轴承套管内的弹性装置连接，弹性装置通过转盘与减速电机连接，球头手臂通过弹性装置、转盘和减速电机可实现自摆动或自转动、被转动。本实用新型机器人肩关节转向机构应用在小型智能陪护机器人，在单个电机驱动和手动驱动情况下，均能模拟手臂横向打开，前后摆动，达到理想的人机互动效果，无安全隐患，体现智能化特征。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人肩关节转向机构。
背景技术
随着科技的进步，电子产品的种类愈来愈多，其中机器人就是其中一种。在种类繁多的移动服务机器人中，为了满足高自主化高效率的服务工作，往往需要机器人的手臂能够旋转便于灵活弯曲。然而现有的机器人存在下列问题：现有服务机器人肩部支撑，肩与手臂的连接、手臂旋转，多数通过金属骨骼支架、关节处装载变速箱电机或舵机，通过控制电路驱动其运动。以上电机驱动技术装配和算法复杂，舵机驱动在断电后，手臂没有支撑力，不能保持手臂动作(因舵机是行星减速箱和行星支架或平行支架，且都是直齿或斜齿，无自锁功能，目前暂未发现断电后带支撑力的舵机)，在小型智能早教机器人(高度小于20cm)，受电机和舵机体积，成本限制，显得不太适应。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供机器人肩关节转向机构，为了达到上述目的的本实用新型采用如下技术方案：
一种机器人肩关节转向机构，包括肩关节轴承套管、两个关节转向球碗节头、两个转盘和减速电机，两个关节转向球碗节头对称设置于肩关节轴承套管两端，并分别通过两个转盘与减速电机连接，每一个关节转向球碗节头均包括球头手臂和弹性装置，球头手臂与设置于肩关节轴承套管内的弹性装置连接，弹性装置通过转盘与减速电机连接，球头手臂通过弹性装置、转盘和减速电机可实现自摆动或自转动、被转动。
进一步地，所述弹性装置包括球碗节头、第一弹簧、钢珠和插针，第一弹簧设置于球碗节头内呈三角型分布，钢珠放置于第一弹簧外端面，形成有弹性的三角型球面支撑结构，所述球头手臂通过插针与球碗节头铰接，球头手臂的球头压迫球碗节头内带有弹性的三角型球面支撑结构，使球头手臂可绕插针任意摆动。
进一步地，所述弹性装置还包括第一轴承和第一卡簧，第一轴承通过第一卡簧定位于所述球碗节头上，第一轴承设置于所述肩关节轴承套管内。
进一步地，所述弹性装置还包括第二弹簧、三角形花键、连杆和第二轴承，第二弹簧一端设置于球碗节头内，另一端与三角形花键连接，三角形花键与设置于第二轴承内的连杆一端斜齿啮合或断开，连杆另一端通过所述转盘与所述减速电机连接，第二轴承设置于所述肩关节轴承套管内。
进一步地，所述球碗节头设置有双耳和三个第一弹簧套管，第一弹簧套管呈三角型分布，所述第一弹簧一一对应分设于三个第一弹簧套管内，所述球头手臂通过插针设置于在双耳上的插针孔内。
进一步地，所述球碗节头设置有轴承颈，轴承颈外设置有卡簧限位扣，所述第一轴承设置于轴承颈上并通过所述第一卡簧定位卡簧限位扣上。
进一步地，所述球碗节头轴承颈内设置有第二弹簧套管，所述第二弹簧、三角型花键设置于第二弹簧套管内。
本实用新型的有益效果：本实用新型机器人肩关节转向机构应用在小型智能陪护机器人，在单个电机驱动和手动驱动情况下，均能模拟手臂横向打开，前后摆动，达到理想的人机互动效果，无安全隐患，体现智能化特征。
附图说明
图1为本实用新型机器人肩关节转向机构装配结构示意图；
图2为本实用新型机器人肩关节转向机构剖视结构示意图；
图3为本实用新型机器人肩关节转向机构爆炸结构示意图；
图4为本实用新型机器人肩关节转向机构的球碗节头剖视结构示意图。
其中，1-肩关节轴承套管，2、3-第二轴承，4、5-连杆，6、7-球碗节头，8、9-第一弹簧，10、11-钢珠，12、13-球头手臂，14、15-插针，16、17-第一轴承，18、19-第一卡簧，20、21-第二弹簧，22、23-三角形花键，24、25-转盘，26-减速电机，27-双耳，28-第一弹簧套管，29-轴承颈，30-第二弹簧套管，31-卡簧限位扣。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种机器人肩关节转向机构，包括肩关节轴承套管1、两个关节转向球碗节头、两个转盘24(25)和减速电机26，两个关节转向球碗节头对称设置于肩关节轴承套管1两端，并分别通过两个转盘24(25)与减速电机26连接，本实施例两个关节转向球碗节头结构一致、两个转盘24(25)结构一致，每一个关节转向球碗节头均包括球头手臂12(13)和弹性装置，球头手臂12(13)与设置于肩关节轴承套管1内的弹性装置连接，弹性装置通过转盘24(25)与减速电机26连接，球头手臂12(13)通过弹性装置、转盘24(25)和减速电机26可实现自摆动或自转动、被转动。
本实施例中，弹性装置包括球碗节头6(7)、第一弹簧8(9)、钢珠10(11)和插针14(15)，第一弹簧8(9)设置于球碗节头6(7)内呈三角型分布，钢珠10(11)放置于第一弹簧8(9)外端面，形成有弹性的三角型球面支撑结构，球头手臂12(13)通过插针14(15)与球碗节头6(7)铰接，球头手臂12(13)的球头压迫球碗节头6(7)内带有弹性的三角型球面支撑结构，使球头手臂12(13)可绕插针14(15)任意摆动。
本实施例中，弹性装置还包括第一轴承16(17)和第一卡簧18(19)，第一轴承16(17)通过第一卡簧18(19)定位于球碗节头6(7)上，第一轴承16(17)设置于肩关节轴承套管1内。
本实施例中，弹性装置还包括第二弹簧20(21)、三角形花键22(23)、连杆4(5)和第二轴承2(3)，第二弹簧20(21)一端设置于球碗节头6(7)内，另一端与三角形花键22(23)连接，三角形花键22(23)与设置于第二轴承2(3)内的连杆4(5)一端斜齿啮合或断开，连杆4(5)另一端通过转盘24(25)与减速电机26连接，第二轴承2(3)设置于肩关节轴承套管1内。
本实施例中，球碗节头6(7)设置有双耳27、三个第一弹簧套管28、轴承颈29和设置于轴承颈29内的第二弹簧套管30，轴承颈29外设置有卡簧限位扣31，第一弹簧套管28呈三角型分布，第一弹簧8(9)一一对应分设于三个第一弹簧套管28内，球头手臂12(13)通过插针14(15)设置于在双耳27上的插针孔内，第一轴承16(17)设置于轴承颈29上并通过第一卡簧18(19)定位卡簧限位扣31上，第二弹簧20(21)、三角型花键三角形花键22(23)设置于第二弹簧套管30内。
本实用新型所述的机器人肩关节转向机构，是指由工程材料(包含但不限于金属材料、高分子材料、复合材料等)成型的机械结构件。本实用新型的主体框架是肩关节轴承套管、球碗节头、球头手臂。用治具把第二轴承2(3)压入肩关节轴承套管1，连杆4(5)一端从肩关节轴承套管1穿入，并从连杆孔穿出，另一端留在肩关节轴承套管1内，并把连杆4(5)轴颈端压进第二轴承2(3)内圈，另一端“斜齿”朝向套筒口。把第一轴承16(17)压进球碗节头6(7)的轴承颈29，并用第一卡簧18(19)卡紧第一轴承16(17)，把第二弹簧20(21)放入轴承颈29的“内管”即第二弹簧套管30内，再放进三角型花键22(23)，使三角型花键侧壁“键槽”与内管侧壁“键齿”咬合，花键端面“斜齿”端朝向管口，另一端顶住第二弹簧20(21)。用治具把安装好的球碗节头6(7)压进肩关节轴承套管1，使连杆斜齿端进入球碗节头的内管(即第二弹簧套管30)并与三角型花键斜齿22(23)啮合。把三组第一弹簧8(9)装进球碗节头6(7)两端的三个第一弹簧套管28，再放进三组钢珠10(11)，使第一弹簧8(9)圈托住钢珠10(11)，在球碗内形成有弹性的三角型球面支撑结构。用插针14(15)将球头手臂12(13)固定在球碗节头6(7)的插针孔，使球头手臂12(13)和球碗节头6(7)了成为整体，把左右转盘24(25)压进减速电机轴26，并把转盘转轴套进连杆环型孔，完成组件安装，装好的组件用螺丝固定在支架上即可。装好的球头手臂12(13)可绕插针14(15)任意摆动，球头压迫球碗内带有弹性的三角型球面支撑结构，第一弹簧8(9)的压迫负荷通过球碗反作用于球头，使手臂在任意角度摆动后有支撑力，保持手臂动作后的状态；且三角形花键22(23)在弹簧力的作用下，保持与连杆4(5)斜齿端保持啮合状态，推动转向球碗和手臂按轴心线转动，当手臂受到外力阻挡时，则会由“啮合-断开”转化，不损坏电机，也不会伤害人体，安全有保障。
本实用新型有益效果：
1、外力(手推)推动手臂侧向摆动，外力摆动停止后保持摆动状态(自由度2)。
2、外力(电机驱动)推动连杆，并传递到“三角形花键”，推动球碗节头和手臂转动。外力停止后保持转动状态(自由度1)。
3、外力(手推)推动手臂，并传递到球碗节头转动，推动“三角形花键”转动，在弹簧力的作用下，使“三角形花键”与配对的“连杆”斜齿在“套管内”循环完成“啮合-断开”状态，“啮合”状态时可托举手臂，“断开”状态时可转动手臂。外力停止后保持转动状态(自由度1)。
4、外力(电机驱动)同时推动连杆和手臂(手推)，“三角形花键”与配对“连杆”在“套管内”循环出现“啮合-断开”状态，避免电机堵转和夹手，保障安全性。
应该说明的是，以上实施例仅用于本实用新型的技术方案，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡对本实用新型的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本实用新型技术方案的原理及范围，本领域普通人员对本实用新型的技术方案作出各种变型和改进，均应涵盖在本实用新型权利要求的范围之中，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (7)
1.机器人肩关节转向机构，其特征在于：包括肩关节轴承套管、两个关节转向球碗节头、两个转盘和减速电机，两个关节转向球碗节头对称设置于肩关节轴承套管两端，并分别通过两个转盘与减速电机连接，每一个关节转向球碗节头均包括球头手臂和弹性装置，球头手臂与设置于肩关节轴承套管内的弹性装置连接，弹性装置通过转盘与减速电机连接，球头手臂通过弹性装置、转盘和减速电机可实现自摆动或自转动、被转动。
2.根据权利要求1所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述弹性装置包括球碗节头、第一弹簧、钢珠和插针，第一弹簧设置于球碗节头内呈三角型分布，钢珠放置于第一弹簧外端面，形成有弹性的三角型球面支撑结构，所述球头手臂通过插针与球碗节头铰接，球头手臂的球头压迫球碗节头内带有弹性的三角型球面支撑结构，使球头手臂可绕插针任意摆动。
3.根据权利要求2所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述弹性装置还包括第一轴承和第一卡簧，第一轴承通过第一卡簧定位于所述球碗节头上，第一轴承设置于所述肩关节轴承套管内。
4.根据权利要求3所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述弹性装置还包括第二弹簧、三角形花键、连杆和第二轴承，第二弹簧一端设置于球碗节头内，另一端与三角形花键连接，三角形花键与设置于第二轴承内的连杆一端斜齿啮合或断开，连杆另一端通过所述转盘与所述减速电机连接，第二轴承设置于所述肩关节轴承套管内。
5.根据权利要求4所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述球碗节头设置有双耳和三个第一弹簧套管，第一弹簧套管呈三角型分布，所述第一弹簧一一对应分设于三个第一弹簧套管内，所述球头手臂通过插针设置于在双耳上的插针孔内。
6.根据权利要求5所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述球碗节头设置有轴承颈，轴承颈外设置有卡簧限位扣，所述第一轴承设置于轴承颈上并通过所述第一卡簧定位于卡簧限位扣上。
7.根据权利要求6所述的机器人肩关节转向机构，其特征在于：所述球碗节头的轴承颈内设置有第二弹簧套管，所述第二弹簧、三角型花键设置于第二弹簧套管内。
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