CN211890849U

CN211890849U - 具有自锁结构的机器人

Info

Publication number: CN211890849U
Application number: CN201922215750.1U
Authority: CN
Inventors: 潘角; 石忠磊; 卢炳回; 傅天珠; 卢森锴; 覃以威
Original assignee: Guilin Kaige Information Technology Co ltd
Current assignee: Guilin Kaige Information Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2029-12-11

Abstract

一种具有自锁结构的机器人，涉及一种机器人，机器人包括具有多自由度的机器人本体、控制系统，机器人本体的四肢具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，机器人本体的每个关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均采用自锁电机。机器人运行通电后所有电机都处在自锁状态；当主电机正转时，棘爪A关闭、棘爪B打开，当自锁电机的主电机反转时，棘爪A打开、棘爪B关闭，当机器人回零点后，所有电机都自动锁住。本实用新型可解决机器人通电状态静止不动时受人为掰动关节烧坏电机，或者机器人电机在反转过程中受到反向人为掰动而使电机损坏的问题，具有安全性好、智能化程度高、结构简单、成本低的特点，易于推广使用。

Description

具有自锁结构的机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，特别是一种具有自锁结构的机器人。

背景技术

随着工业4.0、人工智能技术、5G通信技术的快速发展，机器人产业得到迅猛发展，尤其是商用、服务、教育机器人的普及已经成为了趋势，市面上随处可见运动机器人、服务机器人、教育机器人、唱歌跳舞机器人、对话机器人等。但是，市场上常见的机器人都存在一系列的缺陷，特别是双足机器人、人形机器人，主要存在以下不足：机器人在通电状态下静止不动，受到人为的来回掰动机器人各个关节，各关节伺服电机一直处在供电状态下，很容易造成伺服电机负载过大而烧坏。或者机器人电机在反转过程中受到反方向人为掰动而使电机烧坏，甚至容易使机器人倒地摔坏。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是：提供一种具有自锁结构的机器人，以解决现有机器人存在机器人通电状态静止不动时受人为掰动关节、或者是机器人电机在反转过程中受到反方向人为掰动而烧坏伺服电机的不足之处。

本实用新型要解决的进一步技术问题是：解决机器人电机在反转过程中受到反方向人为掰动而使机器人倒地摔坏的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种具有自锁结构的机器人，包括具有多自由度的机器人本体、控制系统、机器人电源系统，机器人本体的四肢具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，每个机器人运动关节均包括有一个关节电机，机器人本体的机身内分别设置有头部控制电机和四肢控制电机、控制系统、机器人电源系统；每个关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均采用自锁电机。

本实用新型的进一步技术方案是：所述的自锁电机包括电机主动轮、棘轮A、棘爪A、棘爪A电机、第一转动轴、棘爪B电机、棘爪B、棘轮B、电机从动轮、第一齿轮、第二转动轴、第二齿轮、第三齿轮、主电机、第四齿轮、伺服电机驱动模块、电机外壳，其中伺服电机驱动模块的输入端与控制系统的输出端相连，伺服电机驱动模块的输出端分别与主电机、棘爪A电机、棘爪B电机的输入端连接，主电机的输出轴与第三齿轮连接，第三齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮固定在第二转动轴上，第二转动轴的两端还分别固定连接有所述的第一齿轮、第四齿轮，第一齿轮与棘轮A 啮合，第四齿轮与棘轮B 啮合，电机主动轮、棘轮A、棘轮B分别固定在第一转动轴上，电机从动轮固定在电机支架上，棘爪A的一端与棘轮A相配合，棘爪A的另一端固定在棘爪A电机的输出轴上，棘爪B的一端与棘轮B相配合，棘爪B的另一端固定在棘爪B电机的输出轴上。

本实用新型的再进一步技术方案是：该机器人还包括有保护系统；所述的机器人本体的机身上还设置有用于安装保护系统的U型槽，所述的保护系统包括气囊袋、拉绳、保护电机、真空泵，气囊袋的底端安装在U型槽内，拉绳底端固定在保护电机的输出端，拉绳顶端内置固定在气囊袋顶端，保护电机、真空泵分别安装在U型槽的底部，且保护电机、真空泵的输入端分别与控制系统的输出端连接。

由于采用上述结构，本实用新型之具有自锁结构的机器人与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.防止机器人受到人为掰动烧坏：

由于本实用新型包括具有多自由度的机器人本体、控制系统、机器人电源系统，机器人本体的四肢具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，每个机器人运动关节均包括有一个关节电机，机器人本体的机身内分别设置有头部控制电机和四肢控制电机；每个关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均采用自锁电机。使用时，机器人运行通电后所有电机都处在自锁状态，当自锁电机的主电机正转时，棘爪A关闭、棘爪B打开，当自锁电机的主电机反转时，棘爪A打开、棘爪B关闭，因此，本实用新型的电机在正反转过程中受到人为反方向掰动时，都会受到棘爪锁住，防止电机烧坏。当机器人回零点后，所有电机都会自动锁住，防止机器人回零点立正后因机器人关节被人为的掰动，而使电机驱动电流过大，超过电机所能承受的扭矩，导致电机驱动烧坏。

2. 安全性能高

由于本实用新型还包括有保护系统；该保护系统包括气囊袋、拉绳、保护电机、真空泵，气囊袋的底端安装在机器人本体的机身上的U型槽内，拉绳底端固定在保护电机的输出端，拉绳顶端内置固定在气囊袋顶端，保护电机、真空泵分别安装在机器人本体的机身上的U型槽底部，且保护电机、真空泵的输入端分别与控制系统104的输出端连接。在机器人电机反转过程中受到反方向人为掰动而即将摔倒时，控制系统立即启动保护系统对机器人进行保护，从而可避免机器人倒地摔坏电机，其安全性能较高。

3. 智能化程度高

本实用新型的所有关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均是通过控制系统进行自动控制。而且本实用新型的保护系统控制过程也比较自动化：当控制系统检测到机器人即将摔倒时，立即启动保护系统，控制真空泵的正向电磁阀关闭、反向电磁阀打开和控制保护电机反转，气囊袋膨胀后真空泵的正向电磁阀和反向电磁阀都关闭，且保护电机停止转动，进而达到保护的效果。当机器人的倒地危险消除后，控制系统控制保护系统复位，具体过程是：控制真空泵的正向电磁阀打开、反向电磁阀关闭和保护电机正转，当气囊袋收缩回U型槽内时，关闭真空泵的正向电磁阀、反向电磁阀，且保护电机停止转动。因此，本实用新型的智能化程度比较高。

4.结构简单，成本低：

本实用新型的结构采用比较简单，生产成本较低，易于推广使用。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之具有自锁结构的机器人的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本实用新型之具有自锁结构的机器人的结构示意图，

图2：实施例一所述自锁电机的内部结构示意图，

图3：实施例一所述棘轮A分别与第一齿轮、棘爪A之间的连接结构示意图，

图4：实施例一所述棘轮B分别与第四齿轮、棘爪B之间的连接结构示意图，

图5：实施例一所述保护系统的结构示意图之一（气囊袋处于打开状态），

图6：实施例一所述保护系统的结构示意图之二（气囊袋处于收缩状态），

图7：实施例一所述保护系统对机器人本体进行保护的示意图；

图中的各标号说明如下：

1-机器人本体，101-关节电机，102-头部控制电机，103-四肢控制电机，

104-控制系统，105-机器人电源系统，106-U型槽，

2-自锁电机，201-电机主动轮，202-棘轮A，203-棘爪A，204-棘爪A电机，

205-第一转动轴，206-棘爪B电机，207-棘爪B，208-棘轮B，209-电机从动轮，

210-第一齿轮，211-第二转动轴，212-第二齿轮，213-第三齿轮，214-主电机，

215-第四齿轮，216-伺服电机驱动模块，217-电机外壳，

3-保护系统，301-气囊袋，302-拉绳，303-保护电机，304-真空泵。

具体实施方式

实施例一：

一种具有自锁结构的机器人，包括具有多自由度的机器人本体1、控制系统、机器人电源系统、保护系统3，机器人本体1的四肢具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，每个机器人运动关节均包括有一个关节电机101，机器人本体1的机身内分别设置有头部控制电机102和四肢控制电机103、控制系统104、机器人电源系统105；机器人电源系统105的输出端与控制系统104的输入端连接，控制系统104的输出端分别与关节电机101、头部控制电机102、四肢控制电机103的输入端连接；每个关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均采用自锁电机2。

所述的自锁电机2包括电机主动轮201、棘轮A202、棘爪A203、棘爪A电机204、第一转动轴205、棘爪B电机206、棘爪B207、棘轮B208、电机从动轮209、第一齿轮210、第二转动轴211、第二齿轮212、第三齿轮213、主电机214、第四齿轮215、伺服电机驱动模块216、电机外壳217，其中伺服电机驱动模块216的输入端与控制系统的输出端相连，伺服电机驱动模块216的输出端分别与主电机214、棘爪A电机204、棘爪B电机206的输入端连接，主电机214的输出轴与第三齿轮213连接，第三齿轮213与第二齿轮212啮合，第二齿轮212固定在第二转动轴211上，第二转动轴211的两端还分别固定连接有所述的第一齿轮210、第四齿轮215，第一齿轮210与棘轮A202 啮合，第四齿轮215与棘轮B208 啮合，电机主动轮201、棘轮A202、棘轮B208分别固定在第一转动轴205上，电机从动轮209固定在电机支架上，棘爪A203的一端与棘轮A202相配合，棘爪A203的另一端固定在棘爪A电机204的输出轴上，棘爪B207的一端与棘轮B208相配合，棘爪B207的另一端固定在棘爪B电机206的输出轴上。

所述的机器人本体1的机身上还设置有用于安装保护系统的U型槽106，所述的保护系统3包括气囊袋301、拉绳302、保护电机303、真空泵304，气囊袋301的底端安装在U型槽106内，拉绳302底端固定在保护电机303的输出端，拉绳302顶端内置固定在气囊袋301顶端，保护电机303、真空泵304分别安装在U型槽106的底部，且保护电机303、真空泵304的输入端分别与控制系统104的输出端连接。

本实用新型的工作原理如下：

机器人运行通电后所有电机都处在自锁状态；当自锁电机2的主电机214正转时，棘爪A203关闭、棘爪B207打开，当自锁电机2的主电机214反转时，棘爪A203打开、棘爪B207关闭，防止机器人正反转过程受到人为反方向掰动而使电机烧坏，当机器人回零点后，所有电机都自动锁住，防止机器人关节被人为的掰动而使电机驱动电流过大导致电机驱动烧坏。在机器人电机反转过程中受到反方向人为掰动而即将摔倒时，控制系统104立即启动保护系统3对机器人进行保护。

具体过程如下：

a）.给机器人上电后，所有自锁电机2的棘爪A电机204正转，棘爪B电机206反转，使棘爪A203、棘爪B207分别锁住棘轮A202、棘轮B208，所有电机处在自锁状态；

b）.当机器人接收运动指令执行相应动作，控制系统发送正转信号，伺服电机驱动模块216接收信号后驱动棘爪B电机206使棘爪B207打开，同时驱动主电机214正转，通过第三齿轮213正转带动第一齿轮210、第二齿轮212、第四齿轮215反转，使电机主动轮201、棘轮A202、第一转动轴205、棘轮B208都正转，固定在电机支架上的电机从动轮209不动，从而通过电机主动轮201带动机器人关节正转；

c）. 当机器人接收运动指令执行相应动作，控制系统发送反转信号，伺服电机驱动模块216接收信号后驱动棘爪A电机204使棘爪A203打开，同时驱动主电机214反转，通过第三齿轮213反转带动第一齿轮210、第二齿轮212、第四齿轮215正转，使电机主动轮201、棘轮A202、第一转动轴205、棘轮B208都反转，固定在电机支架上的电机从动轮209不动，从而通过电机主动轮201带动机器人关节反转；

d）. 当机器人执行相应动作结束后，机器人的所有电机回零点，同时伺服电机驱动模块216驱动棘爪A电机204、棘爪B电机206使棘爪A203、棘爪B206关闭；

e）.在机器人电机反转过程中受到反方向人为掰动而即将摔倒时，控制系统104立即启动保护系统3对机器人进行保护：控制系统104控制真空泵304的正向电磁阀关闭、反向电磁阀打开和控制保护电机303反转，气囊袋301膨胀后真空泵304的正向电磁阀和反向电磁阀都关闭，且保护电机303停止转动，进而达到保护的效果；当机器人的倒地危险消除后，控制系统104控制保护系统3复位，具体过程是：控制系统104控制真空泵304的正向电磁阀打开、反向电磁阀关闭和保护电机303正转，当气囊袋301收缩回U型槽内时，关闭真空泵304的正向电磁阀、反向电磁阀，且保护电机303停止转动。

Claims

1.一种具有自锁结构的机器人，包括具有多自由度的机器人本体（1）、控制系统、机器人电源系统，机器人本体（1）的四肢具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，每个机器人运动关节均包括有一个关节电机（101），机器人本体（1）的机身内分别设置有头部控制电机（102）和四肢控制电机（103）、控制系统（104）、机器人电源系统（105）；其特征在于：每个关节电机、头部控制电机和四肢控制电机均采用自锁电机（2）。

2.根据权利要求1所述的具有自锁结构的机器人，其特征在于：所述的自锁电机（2）包括电机主动轮（201）、棘轮A（202）、棘爪A（203）、棘爪A电机（204）、第一转动轴（205）、棘爪B电机（206）、棘爪B（207）、棘轮B（208）、电机从动轮（209）、第一齿轮（210）、第二转动轴（211）、第二齿轮（212）、第三齿轮（213）、主电机（214）、第四齿轮（215）、伺服电机驱动模块（216）、电机外壳（217），其中伺服电机驱动模块（216）的输入端与控制系统的输出端相连，伺服电机驱动模块（216）的输出端分别与主电机（214）、棘爪A电机（204）、棘爪B电机（206）的输入端连接，主电机（214）的输出轴与第三齿轮（213）连接，第三齿轮（213）与第二齿轮（212）啮合，第二齿轮（212）固定在第二转动轴（211）上，第二转动轴（211）的两端还分别固定连接有所述的第一齿轮（210）、第四齿轮（215），第一齿轮（210）与棘轮A（202）啮合，第四齿轮（215）与棘轮B（208）啮合，电机主动轮（201）、棘轮A（202）、棘轮B（208）分别固定在第一转动轴（205）上，电机从动轮（209）固定在电机支架上，棘爪A（203）的一端与棘轮A（202）相配合，棘爪A（203）的另一端固定在棘爪A电机（204）的输出轴上，棘爪B（207）的一端与棘轮B（208）相配合，棘爪B（207）的另一端固定在棘爪B电机（206）的输出轴上。

3.根据权利要求2所述的具有自锁结构的机器人，其特征在于：该机器人还包括有保护系统（3）；所述的机器人本体（1）的机身上还设置有用于安装保护系统的U型槽（106），所述的保护系统（3）包括气囊袋（301）、拉绳（302）、保护电机（303）、真空泵（304），气囊袋（301）的底端安装在U型槽（106）内，拉绳（302）底端固定在保护电机（303）的输出端，拉绳（302）顶端内置固定在气囊袋（301）顶端，保护电机（303）、真空泵（304）分别安装在U型槽（106）的底部，且保护电机（303）、真空泵（304）的输入端分别与控制系统（104）的输出端连接。