一种具有大负载的微型机器人关节

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有大负载的微型机器人关节。

背景技术

微型机器人，即，体积较小的机器人，现有技术中的工业机器人的活动关节，多注重更高的自由度，使摆动幅度更大。但这种关节采用体积较大的伺服电机控制，且为了实现较大的负载能力，减速传动轮系相对笨重，因此无法将体积缩小。一旦采用微型电机以缩小体积，负载能力将大大降低。

经检索，中国专利号CN108705557B中公开了一种微型机器人关节，包括第一活动节、第二活动节、单元电机、驱动构件和凸轮；单元电机固定安装于第一活动节的内部，单元电机的上传动连接有一个驱动构件；驱动构件的前后两侧设有向外凸出延伸的驱动部；凸轮的前后两侧分别设有第一导向轨和第二导向轨，一侧的第一导向轨呈中部向上拱起、左右两侧向下凸出的上拱形，另一侧的第二导向轨呈中部向下拱起、左右两侧向上凹陷的下拱形，两个驱动部分别与两条导向轨接触传动；凸轮固定设于第二活动节尾部，且凸轮与第一活动节铰接，使凸轮可以基于第一活动节左右旋转摆动，从而使第一活动节与第二活动节相互铰接在一起。本发明以凸轮实现体积小、高负载的关节摆动。

现有技术中的微型机器人的关节在活动时，是通过电机带动凸轮转动，进而通过凸轮结构带动关节活动，从而实现增大微型机器人的关节负载，但是现有的微型机器人关节的摆动范围受限于滚轮在导向辊上滚动的轴向移动距离，所以导致微型机器人关节的摆动范围较小。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种具有大负载的微型机器人关节，本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的微型机器人关节的摆动范围受限于滚轮在导向辊上滚动的轴向移动距离，所以导致微型机器人关节的摆动范围较小。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有大负载的微型机器人关节，包括第一活动臂、第二活动臂，所述第一活动臂上设有固定块，所述固定块转动连接于第二活动臂，还包括：

滑动杆，穿设于所述第二活动臂，所述滑动杆在第二活动臂上能自由滑动；

驱动装置，安装于所述第二活动臂且用于驱动滑动杆移动；

铰链杆，铰接于所述滑动杆，且远离所述滑动杆的一端与固定块铰接。

如图1-8所示，实施方式具体为：第一活动臂上安装有执行机构，第二活动臂与微型机器人本体连接，在进行作业时，由驱动装置驱动滑动杆移动，使滑动杆沿第二活动臂的长度方向移动，另外由于滑动杆、固定块、铰链杆构成曲柄滑块机构，此时通过滑动杆的移动，能够带动铰链杆摆动，进而能够驱动固定块绕第一活动臂在第二活动臂上的转动支点进行旋转，由于采用曲柄滑块机构，使得第一活动臂所承受的负载能够增加，另外通过设置曲柄滑块机构，使得第一活动臂转动范围增加，进而实现第一活动臂、第二活动臂的摆动行程增加。

在一个优选的实施方式中，所述驱动装置包括：

电机，安装于所述第二活动臂所开设的电机安装腔内；

连接轴，与所述电机的电机轴驱动连接，所述第二活动臂内开设有供连接轴移动能自由通过的安装腔；

驱动套，活动连接于所述安装腔内，所述驱动套内同轴开设有供连接轴移动能自由通过的滑动腔，所述滑动腔与连接轴构成滑动配合，所述驱动套与滑动杆穿入第二活动臂的一端连接；

两个短销，固接于所述连接轴远离电机的一端，所述驱动套外壁上开设有供短销插合的限位槽，所述短销在限位槽内自由滑动，且滑动时，能够驱动所述连接轴沿驱动套的轴向移动以及绕其自身轴向的转动。

在进行作业时，需要第一活动臂产生绕第二活动臂的摆动动作时，首先由电机启动并带动连接轴旋转，进而使得两个短销分别在驱动套的两个限位槽内滑动，滑动时，能够同步使驱动套沿其轴向移动，进而带动滑动杆水平移动宁，滑动杆水平移动时，能够带动第一活动臂沿与第二活动臂的转动支点进行转动，由于将电机的转动转化为驱动滑动杆的水平移动，这样使得第二活动臂整体结构设置较为紧凑，且方便通过控制电机的转速、转向来控制第一活动臂沿与第二活动臂的转动支点转动的范围大小。

在一个优选的实施方式中，两个所述短销沿连接轴的轴向阵列设置。

由于将两个短销以连接轴的轴向阵列设置，使得两个短销所承受的作用力能够均匀分散，减少短销所受磨损。

在一个优选的实施方式中，所述驱动套与滑动杆之间设有检测结构，所述检测结构用于检测第一活动臂的负载。

通过设置检测结构来检测第一活动臂的负载大小，这样能够对第一活动臂上安装的执行机构所承受的负载大小进行检测，基于执行机构所操作产品型号不同时的重量也不同，这样当检测到所受负载达到或超过阈值上限时，能够及时发现并予以管控，防止执行机构对错误型号产品进行作业。

在一个优选的实施方式中，所述检测结构包括：

检测座，同轴固接于所述驱动套，且设于所述驱动套远离电机的一端，所述检测座能够在安装腔内滑动，且与所述安装腔构成滑动配合；

限位环，固定套装于所述滑动杆穿入第二活动臂的一端，所述第二活动臂上开设有供限位环卡合的空腔，所述限位环与空腔构成滑动配合，所述滑动杆可滑动地穿入检测座内；

压力检测单元，设于所述检测座的空腔内，且用于对所述限位环朝第一活动臂方向移动行程进行检测。

第一活动臂动作时将朝上摆动，使得第一活动臂能够承受执行机构承受的负载，同时摆动过程中，滑动杆受到负载作用而朝第二活动臂的外侧方向滑动，将使限位环在空腔内朝第二活动臂的外侧方向滑动，同时由压力检测单元对限位环滑动过程进行检测，当限位环滑动过程中，压力检测单元所检测到限位环移动时，对压力检测单元的压力大小，通过分析压力大小变化，进而能够分析出第一活动臂所承受的负载。

在一个优选的实施方式中，所述压力检测单元包括：

压力传感器，固接于所述空腔内壁上，且所述滑动杆能够自由穿出压力传感器的中孔；

施压环，活动套装于所述滑动杆，且位于所述压力传感器、限位环之间，所述施压环与空腔构成滑动配合；

弹性元件，设于所述空腔内，且位于所述施压环和限位环之间。

初始状态下，通过弹性元件对限位环的弹性抵顶力，使得限位环对滑动杆具有拉力，这样滑动杆所承受的第一活动臂的负载随之增加，同时，通过弹性元件对施压环产生弹性抵顶力，进而使得施压环能够不断抵触压力传感器，以此使得压力传感器产生压力信号，并反馈至外部控制器中，通过观察压力传感器的压力数据最大值，并比较与预设压力传感器数据值，借此分析出第一活动臂上执行机构负载是否一致，如果不一致，说明产品信号有误，需要进行处理，否则容易产生混型号问题。

在一个优选的实施方式中，所述弹性元件为套绕于滑动杆上的弹簧，所述弹簧弹力方向两端分别弹性抵顶施压环、限位环。弹簧结构简单且成本较低。

在一个优选的实施方式中，所述驱动装置还包括用于对固定块产生阻尼力的阻尼结构，所述阻尼结构包括：

阻尼块，通过安装转轴转动连接于所述第二活动臂，所述阻尼块绕与第二活动臂的转动支点转动时，能够与所述固定块表面相抵；

摆动臂，固接于所述阻尼块；

推杆，铰接于所述摆动臂；

翻转单元，用于驱动所述推杆移动，并能驱动所述阻尼块沿与第二活动臂的转动支点翻转。

当第一活动臂摆动时，翻转单元驱动推杆水平对应，推杆水平移动时，由于推杆能够驱动摆动臂旋转，进而使得摆动臂带动阻尼块旋转，并使阻尼块与固定块表面相抵，进而对固定块转动产生阻尼力，这样当第一活动臂、第二活动臂摆动到位后，通过阻尼块对固定块表面的阻尼力，使得第一活动臂不会产生自行转动。

在一个优选的实施方式中，所述翻转单元包括：

主动齿轮，套装于所述连接轴，所述第二活动臂上开设有供主动齿轮转动能自由通过的避空槽；

从动齿轮，转动连接于所述第二活动臂，且与所述主动齿轮啮合；

丝杆，同轴固接于所述从动齿轮，且与所述从动齿轮同步转动；

丝母套，螺纹套装于所述丝杆，且与所述推杆远离摆动臂的一端铰接。

通过电机带动连接轴旋转，使得能够驱动第一活动臂摆动，同时连接轴的旋转能够同步带动从动齿轮旋转，而从动齿轮旋转时，将带动丝杆旋转，使得丝母套带动推杆移动，进而使推杆带动阻尼块旋转，结构简单，且能够随第一活动臂的摆动过程同步进行，使得第一活动臂摆动到位后，阻尼块能够同步抵紧固定块，避免执行机构在动作执行时，第一活动臂产生松动。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过设置滑动杆、固定块及铰链杆，由于滑动杆、固定块、铰链杆构成曲柄滑块机构，此时通过滑动杆的移动，能够带动铰链杆摆动，进而能够驱动固定块绕第一活动臂在第二活动臂上的转动支点进行旋转，由于采用曲柄滑块机构，使得第一活动臂所承受的负载能够增加，另外通过设置曲柄滑块机构，使得第一活动臂转动范围增加，进而实现第一活动臂、第二活动臂的摆动行程增加；

本发明通过设置电机、连接轴、短销、驱动套，由于将电机的转动转化为驱动滑动杆的水平移动，这样使得第二活动臂整体结构设置较为紧凑，且方便通过控制电机的转速、转向来控制第一活动臂沿与第二活动臂的转动支点转动的范围大小；

本发明通过设置电机、丝杆、丝母套、主动齿轮、从动齿轮，通过电机带动连接轴旋转，使得能够驱动第一活动臂摆动，同时连接轴的旋转能够同步带动从动齿轮旋转，而从动齿轮旋转时，将带动丝杆旋转，使得丝母套带动推杆移动，进而使推杆带动阻尼块旋转，结构简单，且能够随第一活动臂的摆动过程同步进行，使得第一活动臂摆动到位后，阻尼块能够同步抵紧固定块，避免执行机构在动作执行时，第一活动臂产生松动。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中仰视角度的结构示意图；

图3为图1中结构的剖视示意图；

图4为图3中A处局部结构的放大示意图；

图5为本发明中第二活动臂的剖视结构示意图；

图6为本发明中驱动套的结构示意图；

图7为图6中结构的剖视示意图；

图8为本发明中阻尼块的结构示意图。

附图标记为：1-第一活动臂，2-第二活动臂，3-从动齿轮，4-丝杆，5-丝母套，6-推杆，7-固定块，8-摆动臂，9-连接轴，10-电机，11-主动齿轮，12-安装腔，13-驱动套，14-滑动杆，15-铰链杆，16-阻尼块，17-短销，18-滑动腔，19-限位环，20-弹簧，21-施压环，22-压力传感器，23-空腔，24-检测座，25-限位槽。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1-8所示，本发明提供了一种具有大负载的微型机器人关节，包括第一活动臂1、第二活动臂2，第一活动臂1上设有固定块7，固定块7通过安装枢轴转动连接于第二活动臂2，固定块7一部分外壁为弧形，且弧形的弧心与固定块7在第二活动臂2上的转动支点同轴，第二活动臂2与微型机器人的本体相连接，而第一活动臂1与微型机器人的执行机构（比如抓手等）连接，通过第二活动臂2与第一活动臂1的相对摆动，使得执行机构能够动作并靠近产品，第二活动臂2上开设有供固定块7转动能自由通过的缺口，另外第二活动臂2上穿设有滑动杆14，滑动杆14在第二活动臂2内能自由滑动，具体的，在第二活动臂2上开设一个滑动孔，滑动杆14与滑动孔构成滑动配合，另外滑动杆14穿出第二活动臂2至缺口内的一端通过安装铰接轴铰接有铰链杆15，铰链杆15远离滑动杆14的一端铰接有铰座，而铰座焊接于固定块7上，这样使得铰链杆5、滑动杆14及固定块7构成了曲柄滑块机构，即，当滑动杆14水平移动时，能够使铰链杆5动作并带动固定块7摆动，以此使得第一活动臂1沿与第二活动臂2的转动支点进行转动，实现微型机器人执行机构的动作，另外由于滑动杆14移动较小距离时，所能驱动固定块7摆动的幅度较大，所以能够实现第一活动臂1负载提升，增加了第一活动臂1的摆动行程；

由于第一活动臂1的摆动需要滑动杆14进行水平移动，目前现有技术中常用的结构通常是气缸、油缸等，气缸、油缸的伸缩杆与滑动杆14连接，并通过伸缩杆的伸缩来带动滑动杆14移动，但是气缸、油缸驱动的方式需要额外配套气源设备、液压站，导致成本较大，且需要气管、油管进行连接，导致安装不便，另外气缸、油缸通常体积较大，所占用的安装空间较大，因此基于上述缺陷，如图3所示，本实施例中，通过在第二活动臂2上开设一个电机安装腔，电机安装腔内通过螺钉方式安装一个电机10，电机10的电机轴上通过联轴器安装一个连接轴9，使得电机10与连接轴9同轴驱动连接，当电机10外接电源通电时，能够带动连接轴9进行旋转，另外第二活动臂2上开设有供连接轴9移动能自由通过的安装腔12，且连接轴9在安装腔12内能自由滑动，另外滑动杆14穿入第二活动臂2内的一端连接有驱动套13，驱动套13与滑动杆14同轴，且驱动套13能够在安装腔12内自由滑动，连接轴9远离电机10的一端能够伸缩插合在驱动套13内，驱动套13内开设有供连接轴9伸缩插合的滑动腔18，滑动腔18与连接轴9构成了滑动配合，另外连接轴9穿入滑动腔18内的一端设有两个短销17，两个短销17沿连接轴9的轴向阵列设置，另外两个短销17轴向与连接轴9的轴向垂直，驱动套13外壁上开设有两个分别供两个短销17插合的限位槽25，限位槽25轮廓成曲线型，且短销17能够在限位槽25内滑动，当短销17在限位槽25内滑动时，能够使驱动套13在滑动腔18内沿着驱动套13的轴向移动，即，能够将电机10驱动连接轴9的转动转化为驱动套13的转动，这样通过电机10转动，能够驱动连接轴9旋转，进而使两个短销17在两个限位槽25内滑动，滑动时，将带动驱动套13沿其自身轴向的水平移动，进而带动滑动杆14移动，使得滑动杆14能够带动铰链杆摆动，以此使得铰链杆驱动固定块7摆动，进而实现第一活动臂1、第二活动臂2的相对摆动，另外为了避免连接轴9旋转时，导致驱动套13产生跟转现象，因此可以在驱动套13外缘上设有键条，在安装腔12内壁上开设有键槽，通过键条在键槽内滑动并限位，使得驱动套13不会在连接轴9旋转时导致驱动套13产生跟转现象；

由于第一活动臂1上的执行机构在抓取不同型号产品时，不同型号产品的重量不一样，而目前的微型机器人没有设置用于对执行机构抓取产品型号进行检测的功能，因此如图3、4所示，本实施例中，通过在驱动套13上同轴焊接有检测座24，检测座24固接于驱动套13远离电机10的一端，另外检测座24能够在安装腔12内自由滑动且与安装腔12构成了滑动配合，滑动杆14一端穿入至检测座24内，且检测座24上开设有供滑动杆14自由通过的穿孔，滑动杆14与穿孔构成滑动配合，滑动杆14穿入检测座24内的一端固定套装有限位环19，另外检测座24内开设有供限位环19卡合的空腔23，限位环19在空腔23内能自由滑动，且限位环19与空腔23构成滑动配合，空腔23内安装有压力传感器22，压力传感器22一个端面焊接在空腔23内壁上，且滑动杆14能由压力传感器22的中孔自由穿出，另外滑动杆14上活动套装一个施压环21，施压环21上的中孔能够供滑动杆14自由穿出，且其能够在滑动杆14上自由滑动，施压环21位于压力传感器22及限位环19之间，另外在滑动杆14上套绕一个弹簧20，弹簧20弹力方向的两端分别弹性抵顶压力传感器22、限位环19，这样使得第一活动臂1上的执行机构在抓取产品时，产品自重较大，而导致第一活动臂1的所受负载增加，此时滑动杆14将往第二活动臂2的外侧滑动，进而使限位环19同步移动，限位环19将对弹簧20产生压缩，使得弹簧20对施压环21产生压力，并使施压环21对压力传感器22产生压力，使得压力传感器22产生压力信号，并反馈至外部控制器，外部控制器再进行显示，使得管理人员能根据压力传感器的压力数据能监控第一活动臂1所受的负载大小，当压力数据达到一定程度时，控制器判定第一活动臂1负载达到最大值，如此设置，一方面通过不同产品所对应的重量不一样，进而使得压力传感器反馈到控制器中的压力数据不一样，进而能够对第一活动臂上执行机构所抓取的产品进行监控，避免抓取不同型号产品而产生混型号现象，另一方面，能够监控第一活动臂的最大负载，避免过载现象产生；

由于通过弹簧20对限位环19产生弹性抵顶力，且弹簧20具有可伸缩性，所以可能导致第一活动臂1上的执行机构在抓取产品时，第一活动臂1可能产生一定的摆动，影响对产品的抓取，因此如图2、图3所示，本实施例中，通过在连接轴9上固定套装一个主动齿轮11，另外第二活动臂2上开设有供主动齿轮11转动能自由通过的避空槽，避空槽与安装腔12处于连通状态，另外第二活动臂2上焊接两个轴承座，两个轴承座上共同插装一个丝杆4，丝杆4上固定套装一个从动齿轮3，从动齿轮3与主动齿轮11啮合转动，另外第二活动臂2上水平焊接一个转轴，且转轴上可转动地套装有阻尼块16，阻尼块16由橡胶材质制成，另外阻尼块16能够绕与第二活动臂2的转动支点或者转轴的轴向转动，使得阻尼块16能够与固定块7弧形表面相抵，相抵时，能够对固定块7的转动产生阻尼力，进而使得第一活动臂1不会产生自行摆动，另外丝杆4上螺纹套装一个丝母套5，丝母套5螺纹套装在丝杆4上，且丝母套5上通过安装铰接轴铰接一个推杆6，推杆6远离丝母套5的一端与阻尼块16铰接，这样当连接轴9旋转时，滑动杆14将带动铰链杆15摆动，使得第一活动臂1进行摆动，同时能够使主动齿轮与从动齿轮啮合传动，并能够带动推杆6驱动阻尼块摆动，当滑动杆14滑动到位，第一活动臂1摆动到位后，此时阻尼块16将与固定块7表面相抵紧，以对固定块7表面产生抵紧力，这样第一活动臂1受到阻尼块与固定块7表面的摩擦力，进而避免第一活动臂产生自行摆动。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。