CN221089074U - 一种基于电机驱动的机器人关节结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电机驱动的机器人关节结构，包括相互连接的第一节臂、第二节臂；所述第一节臂的下端面具有左右位置相对的两个侧耳；所述第二节臂的上端面处固定有电机A，电机A的输出轴上固定有U型拨件；所述U型拨件上固定有电机B，电机B的输出轴与对应的侧耳相连；所述U型拨件具有两个伸出臂，电机B的输出轴能转动地从伸出臂穿过后与对应的侧耳固定相连。本实用新型达到的有益效果是：结构简单；在一个关节处既能进行弯曲又能转动，既适用于小型机器人又适用于大型机器人；具有优于的支撑力、以及提升力。

Description

一种基于电机驱动的机器人关节结构

技术领域

本实用新型涉及机器人关节技术领域，特别是一种基于电机驱动的机器人关节结构。

背景技术

现有的机器人关节，大多只能进行弯曲动作--其通过旋转的电机来带动实现，例如公告号为CN115519581B的专利便是此类结构。

但如上述专利的这类关节结构只能实现两个臂节的弯曲，而无法实现两个臂节之间的轴向旋转(例如仿生机器人手肘处只能弯曲、脚肘部只能完全，依靠腰部处的旋转来实现转向)，可真实人类在手肘、脚肘处是能进行一定程度的轴向转动的。

目前有一些大型机器人的关节既能弯曲、也能转动，但结构通常都比较复杂，类似的结构不适用于小型机器人关节。

为此，本方案设计一种结构简单、且灵巧的机器人关节结构，既能适用于小型机器人关节、又能适用于大型机器人关节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、在一个关节处既能进行弯曲又能转动、具有优异支撑力和提升力的基于电机驱动的机器人关节结构。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种基于电机驱动的机器人关节结构，包括相互连接的第一节臂、第二节臂；

所述第一节臂的下端面具有左右位置相对的两个侧耳；

所述第二节臂的上端面处固定有电机A，电机A的输出轴上固定有U型拨件；

所述U型拨件上固定有电机B，电机B的输出轴与对应的侧耳相连；所述U型拨件具有两个伸出臂，电机B的输出轴能转动地从伸出臂穿过后与对应的侧耳固定相连；

当第一节臂与第二节臂进行弯曲动作时：电机A保持锁紧，电机B经侧耳带动第一节臂转动作；当第一节臂与第二节臂进行相互转动时：电机B保持锁紧，电机A经U型拨件作用在电机B的输出轴上，电机B的输出轴作用在侧耳上让第一节臂动作。

作为本申请优选的技术方案，所述电机B为双出轴自锁步进电机，其两端伸出的输出轴与两个侧耳相连。

作为本申请优选的技术方案，所述电机B的输出轴的两端为多棱柱状，侧耳上具有相应的多棱孔。

作为本申请优选的技术方案，所述第二节臂的上端面为平面；所述侧耳的下端面为圆弧面，该圆弧面以电机B的输出轴所处轴线位置为圆心；所述侧耳抵在第二节臂的上端面处，形成支撑结构；当第一节臂与第二节臂进行弯曲动作时，侧耳的下端面的弧形面的不同部位与第二节臂的上端面接触。这种设计利于第二节臂对第一节臂进行良好的支撑。

作为本申请优选的技术方案，所述电机A为盘式双出轴自锁步进电机，其输出轴的下端具有球头；所述第二节臂包括节帽、节杆，节帽螺纹拧在节杆的上端；所述节帽的下表面开有半球腔，节杆的上表面具有另一半球腔，当两者拧和后形成球形腔；电机A的输出轴的下端的球头位于该球形腔处。当第一节臂带动第二节臂向上提起时，第一节臂经侧耳、电机B的输出轴、U型拨件、电机A的输出轴作用在第二节臂上向上提起。这种设计利于第一节臂对第二节臂进行良好的提起。

作为本申请优选的技术方案，所述电机A固定在节帽上时，将电机A的机壳与输出轴拆开，该输出轴从下至上穿过节帽后伸入相应的机壳内。

作为本申请优选的技术方案，所述第二节臂中，当节帽与节杆螺纹配合后还经螺钉沿径向锁紧。

本方案的大致原理为：(1)通过电机B带动侧耳转动，侧耳带动第一节臂转动，实现第一节臂和第二节臂的弯曲；(2)通过电机A带动U型拨件转动，U型拨件经电机A的输出轴带动侧耳动作，实现了两个节臂的转动；(3)当两个节臂弯曲动作时侧耳的下端面的圆弧面在节帽的上表面滑动，当两个节臂进行转动时侧耳的下端面的圆弧边在节帽的上表面转动，即本方案的关节能同时进行弯曲、转动--灵活度高，并且在弯曲和转动的过程中节帽始终为侧耳提供向上的支撑力--支撑力道强；(4)当第一节臂将第二节臂向上提起时，经侧耳、电机B的输出轴、U型拨件、电机A的输出轴、球头作用在节帽上，这样的结构能提供较强的竖直方向的提升力。

本实用新型具有以下优点：

(1)结构集中、简单，缩小关节体积，利于应用于小型机器人；

实现两个节臂之间进行弯曲的结构、实现两个节臂之间的转动结构，是相互关联的(现有的为分离设计)，这样能让结构更集中，能减小关节的体积，从而适用于小型机器人；

(2)结构巧妙、动作灵活；

现有的设计中，之所以将实现两个节臂之间弯曲的结构、实现两个节臂之间转动的结构通过不同位置来进行设计，是因为无法保证弯折动作、转动动作之间不会产生相互干扰；或者说即便能不互相干扰，也无法保证关节处的强度；

本方案中，两个节臂能同时进行弯曲、转动，动作灵活；并且在弯曲、转动的过程中，侧耳始终是与节帽的上表面接触的，这样能为关节处提供足够的支撑强度(例如本方案仿生机器人的脚肘处，仿生机器人上身具有一定重量，那么该关节结构无论是在弯曲还是在转动时，都能为上身提供足够的支撑力)。

(3)能提供足够的支撑力、提升力；

上段已提及能提供足够的支撑力--此处不再赘述；

由于第二节臂的下方可能负载一定重量，因此本方案中第一节臂经侧耳、电机B的输出轴、U型拨件、电机A的输出轴、球头作用在节帽上来向上提起第二节臂，则能保证足够的提升力(即本方案不依赖于输出轴与相应电机机壳的安装强度来提供提升力--这类结构的提升力有限，而是直接通过轴来传递提升力--提升力更强)。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型侧视的结构示意图；

图3为第一节臂、第二节臂之间进行弯曲的结构示意图；

图4为第二节臂处安装的结构示意图；

图5为第二节臂处拆开的结构示意图；

图中：1-第一节臂，101-侧耳，2-第二节臂，201-节帽，202-节杆，3-电机A，301-球头，4-U型拨件，401-伸出臂，5-电机B。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

需要说明的是，“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

(实施例1)

如图1～图3所示，本实施方式提出的一种基于电机驱动的机器人关节结构，包括相互连接的第一节臂1、第二节臂2；

在第一节臂1的下端面具有左右位置相对的两个侧耳101；

在第二节臂2的上端面处固定有电机A3，电机A3的输出轴上固定有U型拨件4，在U型拨件4上固定有电机B5，电机B5的输出轴与对应的侧耳101相连；

此外，U型拨件4具有两个伸出臂401，电机B5的输出轴能转动地从伸出臂401穿过后与对应的侧耳101固定相连；

当第一节臂1与第二节臂2进行弯曲动作时：电机A3保持锁紧，电机B5经侧耳101带动第一节臂1转动作；当第一节臂1与第二节臂2进行相互转动时：电机B5保持锁紧，电机A3经U型拨件4作用在电机B5的输出轴上，电机B5的输出轴作用在侧耳101上让第一节臂1动作。

本实施例中，电机B5为双出轴自锁步进电机，电机B5的输出轴的两端为多棱柱状，侧耳101上具有相应的多棱孔；安装时，电机B5的输出轴的多棱柱处插入两个侧耳101的多棱孔中；当电机B5工作时，经相应的输出轴带动侧耳101转动，进而实现第一节臂1的转动。

(实施例2)

在实施例1的基础上，还对第一节臂1、第二节臂2之间的支撑进行了设计。

具体来说，如图2和图3所述，第二节臂2的上端面为平面，侧耳101的下端面为圆弧面，该圆弧面以电机B5的输出轴所处轴线位置为圆心；侧耳101抵在第二节臂2的上端面处，形成支撑结构。

当第一节臂1与第二节臂2进行弯曲动作时：侧耳101以电机B5的输出轴作为圆心进行转动，这样侧耳101的下端面的弧形面始终与第二节臂2的上端面接触。即当进行弯曲动作时，第二节臂2能始终为第一节臂1提供良好的支撑力。

(实施例3)

在实施例3的基础上，还对第一节臂1、第二节臂2之间的提升进行了设计。

具体地，如图4和图5所示，第二节臂2包括节帽201、节杆202，节帽201螺纹拧在节杆202的上端；节帽201的下表面开有半球腔，节杆202的上表面具有另一半球腔，当两者拧和后形成球形腔；

并且，电机A3为盘式双出轴自锁步进电机，其输出轴的下端具有球头301；

当电机A3与节帽201进行安装时：先将节杆202拆下，并且将电机A3的输出轴从其机壳内拆下，将电机A3的输出轴从下方穿过节帽201后与机壳进行配合安装，同时电机A3的输出轴的下端的球头位于节帽201的下表面的半球腔处；然后再将节杆202拧在节帽201上，于是球头位于节帽201、节杆202形成的球形腔内；然后用螺钉沿径向将节杆202与节帽201锁紧；

这样设计的好处是--球头301为第二节臂2向上的提起提供作用力；具体来说，例如当第二节臂2的下部处负载有重物时，需要通过第一节臂1通过侧耳101作用在电机B5的输出轴上，电机B5的输出轴经U型拨件401作用在电机A3的输出轴上，电机A3的输出轴经过球头301作用在节帽201上，于是将第二节臂2向上提起(本方案不依赖于输出轴与相应电机机壳的安装强度来提供提升力--这类结构的提升力有限，而是直接通过轴来传递提升力--提升力更强)。

本实用新型在工作时：

当第一节臂1与第二节臂2需要转动时：电机A3动作时带动其输出轴转动，其输出轴转动时带动U型拨件4转动，U型拨件4经伸出臂401带动电机B5的输出轴以电机A3的轴线为中心进行转动，电机B5的输出轴以为电机A3的轴线进行转动时带动侧耳101进行转动，于是带动了第一节臂1以电机A3的轴线为中心进行转动；由于电机A3的轴线和第二节臂2的轴线为同一轴线，于是第一节臂1能以第二节臂2的轴线进行转动(在这种转动过程中侧耳101始终与节帽201的上表面接触，且侧耳101是在节帽201的上表面以为电机A3的轴线进行转动的)；

当第一节臂1与第二节臂2需要弯曲时：电机B5工作，带动其上的输出轴以为电机B5的轴线为中心进行转动；该输出轴带动侧耳101以电机B5的轴线进行转动，第一节臂1便与第二节臂2之间产生了弯曲动作(在这种弯曲过程中侧耳101始终与节帽201的上表面接触，且此时侧耳101以电机B5的轴线为中心在节帽201的上表面转动)；

需要说明的是，第一节臂1、第二节臂2能够同时进行转动、弯曲，两者互不影响；并且侧耳101能同时在节帽201的上表面处以电机A3的轴线为中心进行转动、一味电机B5的轴线为中心转动；并且在转动、弯曲的过程中，节帽201始终能为侧耳101提供良好的向上的支撑力；

当第一节臂1需要将第二节臂2提起时：第一节臂1通过侧耳101作用在电机B5的输出轴上，电机B5的输出轴经U型拨件401作用在电机A3的输出轴上，电机A3的输出轴经过球头301作用在节帽201上，实现第二节臂2向上提起。

上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电机驱动的机器人关节结构，包括相互连接的第一节臂(1)、第二节臂(2)，其特征在于：

所述第一节臂(1)的下端面具有左右位置相对的两个侧耳(101)；

所述第二节臂(2)的上端面处固定有电机A(3)，电机A(3)的输出轴上固定有U型拨件(4)；

所述U型拨件(4)上固定有电机B(5)，电机B(5)的输出轴与对应的侧耳(101)相连；所述U型拨件(4)具有两个伸出臂(401)，电机B(5)的输出轴能转动地从伸出臂(401)穿过后与对应的侧耳(101)固定相连。

2.根据权利要求1所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述电机B(5)为双出轴自锁步进电机，其两端伸出的输出轴与两个侧耳(101)相连。

3.根据权利要求2所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述电机B(5)的输出轴的两端为多棱柱状，侧耳(101)上具有相应的多棱孔。

4.根据权利要求1所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述第二节臂(2)的上端面为平面；所述侧耳(101)的下端面为圆弧面，该圆弧面以电机B(5)的输出轴所处轴线位置为圆心；

所述侧耳(101)抵在第二节臂(2)的上端面处，形成支撑结构；当第一节臂(1)与第二节臂(2)进行弯曲动作时，侧耳(101)的下端面的弧形面的不同部位与第二节臂(2)的上端面接触。

5.根据权利要求1所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述电机A(3)为盘式双出轴自锁步进电机，其输出轴的下端具有球头(301)；

所述第二节臂(2)包括节帽(201)、节杆(202)，节帽(201)螺纹拧在节杆(202)的上端；

所述节帽(201)的下表面开有半球腔，节杆(202)的上表面具有另一半球腔，当两者拧和后形成球形腔；电机A(3)的输出轴的下端的球头(301)位于该球形腔处。

6.根据权利要求5所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述电机A(3)固定在节帽(201)上时，将电机A(3)的机壳与输出轴拆开，该输出轴从下至上穿过节帽(201)后伸入相应的机壳内。

7.根据权利要求5所述一种基于电机驱动的机器人关节结构，其特征在于：所述第二节臂(2)中，当节帽(201)与节杆(202)螺纹配合后还经螺钉沿径向锁紧。