CN116276899B - 一种机器人关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人关节，更具体的说是一种机器人关节装置，包括肩座机构，能够与肩座机构水平转动的大臂机构；其中，所述大臂机构包括：转动连接在肩座机构上的轴Ⅰ，固接在轴Ⅰ上的连接架，固接在连接架上的弯折座，可拆卸安装在弯折座上以实现位置调节的基座Ⅰ，固接在基座Ⅰ上的轴Ⅱ，转动连接在轴Ⅱ上的连接座Ⅰ，安装在连接座Ⅰ上的大臂主体；还包括能够与大臂主体下部垂直转动的小臂机构。利用轴座来安装在穿戴装备上，使轴Ⅱ位于所述大结节旁，小臂机构与大臂机构的连接处位于穿戴者肘关节处，以形成外骨骼结构；通过大臂主体的伸缩来适配不同臂展的使用者；通过对轴Ⅰ的转动施加阻力来实现大臂转动带动小臂水平展开时的受阻体验。

Description

一种机器人关节装置

技术领域

本发明涉及机器人关节，更具体的说是一种机器人关节装置。

背景技术

外骨骼机器人，包括穿戴在人类身体外部的机械设备，除了有达到补充、替代或强化部分身体功能的作用的类型外，还有用于人机交互的类型。对于人机交互领域，包括能够使佩戴者模拟虚拟环境中的感受，例如VR可穿戴设备，常见的为站立式设备，包括眼镜、头盔、手柄和手套。但这些设备更多的是在视觉、扳机触感和行进上提供体验，很难感受到在虚拟环境中因动作产生的阻力。

发明内容

本发明提供一种机器人关节装置，目的是给佩戴者提供阻力。

上述目的通过以下技术方案来实现：

一种机器人关节装置，包括肩座机构，能够与肩座机构水平转动的大臂机构；其中，所述大臂机构包括：转动连接在肩座机构上的轴Ⅰ，固接在轴Ⅰ上的连接架，固接在连接架上的弯折座，可拆卸安装在弯折座上以实现位置调节的基座Ⅰ，固接在基座Ⅰ上的轴Ⅱ，转动连接在轴Ⅱ上的连接座Ⅰ，安装在连接座Ⅰ上的大臂主体；还包括能够与大臂主体下部垂直转动的小臂机构。

所述大臂主体包括外臂，设置在外臂上的直槽口Ⅱ，间隙配合在外臂内的内臂，内臂上部设有安装孔，内臂与外臂之间通过螺母组穿过所述安装孔和直槽口Ⅱ实现固定，内臂下部固接有轴Ⅲ，轴Ⅲ上转动连接有连接座Ⅱ，小臂机构固接在连接座Ⅱ上。

所述小臂机构包括固接在连接座Ⅱ上的托壳。

所述托壳上侧设有槽口。

所述槽口内设置有用于紧固的扣带。

肩座机构包括上下分体式可拆卸结构的轴座，所述轴Ⅰ转动连接在轴座上。

所述轴座远离轴Ⅰ的一侧为半圆盘结构，所述半圆盘上设有安装孔。

轴座的左端面固接有限位管，轴座的右端安装有伸缩缸，伸缩缸的活动端由右至左穿过轴座，伸缩缸的活动端上固接有推部，一左一右设置的摩擦部Ⅰ和摩擦部Ⅱ，摩擦部Ⅰ右端的上下两侧各固接一个阶梯杆Ⅰ，阶梯杆Ⅰ上间隙配合有调节座Ⅰ，阶梯杆Ⅰ上的肩部位于调节座Ⅰ的右侧，阶梯杆Ⅰ上设有位于摩擦部Ⅰ和调节座Ⅰ之间的压缩弹簧Ⅰ，摩擦部Ⅱ右端的前后两侧各固接一个阶梯杆Ⅱ，阶梯杆Ⅱ上间隙配合有调节座Ⅱ，阶梯杆Ⅱ上设有位于摩擦部Ⅱ和调节座Ⅱ上的压缩弹簧Ⅱ，调节座Ⅱ的中心设有供调节座Ⅰ间隙配合的配合口，阶梯杆Ⅰ和阶梯杆Ⅱ的右部间隙配合在限位管内，限位管内设有拉簧，当伸缩缸的活动端脱离摩擦部Ⅰ时，拉簧使摩擦部Ⅰ和摩擦部Ⅱ脱离轴Ⅰ。

还包括固接在内臂上的弯折架，弯折架上间隙配合有螺杆，螺杆上螺纹连接有位于弯折架下方的螺母，螺杆上固接有位于弯折架底部上方的环部，螺杆上套设有位于环部和弯折架底部之间的压缩弹簧Ⅲ，螺杆的顶部能够与托壳的底部接触。

所述轴座上设有支撑连接架底部的支撑件。

本发明一种机器人关节装置的有益效果为：

本申请的关节装置利用轴座来安装在穿戴装备上，使轴Ⅱ位于所述大结节旁，小臂机构与大臂机构的连接处位于穿戴者肘关节处，以形成外骨骼结构；通过大臂主体的伸缩来适配不同臂展的使用者；通过对轴Ⅰ的转动施加阻力来实现大臂转动带动小臂水平展开时的受阻体验。

附图说明

图1为机器人关节装置整体结构示意图；

图2为肩座机构、轴Ⅰ和连接架的结构示意图；

图3和4均为图2的部分结构示意图；

图5为支撑件的结构示意图；

图6为弯折座、直槽口Ⅰ、基座Ⅰ、轴Ⅱ和连接座Ⅰ的结构示意图；

图7为外臂、直槽口Ⅱ、内臂、轴Ⅲ、连接座Ⅱ、托壳、弯折架、螺杆和环部的结构示意图；

图8为图7的部分结构示意图。

具体实施方式

一种机器人关节装置，包括肩座机构、大臂机构和小臂机构；

其中，如图1至3所示，所述肩座机构包括轴座11，所述轴座11为上下分体式可拆卸结构；为便于安装的，所述轴座11远离轴Ⅰ12的一侧为半圆盘结构，所述半圆盘上设有安装孔。

其中，如图1、2、6和7所示，所述大臂机构包括：轴Ⅰ12，轴Ⅰ12的上下两端分别转动连接在轴座11左侧的上下两端，以及固接在轴Ⅰ12上的连接架13，以及可拆卸固接在连接架13左端的弯折座41，弯折座41的上下两侧均设有直槽口Ⅰ42，弯折座41上滑动连接有基座Ⅰ43，基座Ⅰ43与弯折座41之间通过穿过直槽口Ⅰ42的螺栓螺母组件固定，还包括固接在基座Ⅰ43后端的轴Ⅱ44，转动连接在轴Ⅱ44上的连接座Ⅰ45；

其中，大臂机构还包括固接在连接座Ⅰ45下部的能够伸缩的大臂主体，大臂主体的下部转动连接小臂机构；

轴座11用于安装在使用者肩关节的大结节后侧，即远离背部的一侧，轴座11的位置可以通过与套装在背部的硬质背心连接固定，背部的硬质背心为VR穿戴设备常规的硬质背心即可，本申请不进行改进，可以是根据穿戴者体型3D打印加工的定制尺寸的背心，此时轴Ⅱ44位于所述大结节旁，小臂机构与大臂机构的连接处位于穿戴者肘关节处，以形成外骨骼结构；该外骨骼结构可以使穿戴者通过轴Ⅰ12的转动实现大臂带动小臂水平转动，通过大臂主体的伸缩来适配不同臂展的使用者；通过对轴Ⅰ12的转动施加阻力来实现大臂转动带动小臂水平展开时的受阻体验，如扒开物体或在水中蛙泳时展开手臂受到的阻力；

进一步的，所述大臂主体包括固接在连接座Ⅰ45下端的外臂51，设置在外臂51上的上下延伸的直槽口Ⅱ52，间隙配合在外臂51内以实现上下滑动的内臂53，内臂53上部设有安装孔，内臂53与外臂51之间通过螺母组穿过所述安装孔和直槽口Ⅱ52实现固定，内臂53下部固接有向后延伸的轴Ⅲ54，轴Ⅲ54上转动连接有连接座Ⅱ55，小臂机构固接在连接座Ⅱ55上。

其中，如图7所示，所述小臂机构包括固接在连接座Ⅱ55上的托壳56。

所述托壳56上侧设有槽口，所述槽口内设置有用于紧固的扣带，以将托壳56内的小臂包裹，实现小臂运动带动托壳56运动。

如图2所示，所述肩座机构还包括：轴座11的左端面固接有四个限位管14，轴座11的右端安装有伸缩缸15，伸缩缸15的活动端由右至左穿过轴座11，伸缩缸15的活动端的左侧固接有推部16，还包括一左一右设置的摩擦部Ⅰ21和摩擦部Ⅱ24，摩擦部Ⅰ21和摩擦部Ⅱ24的左端面能够一前一后的通过向左移动与轴Ⅰ12实现面接触，摩擦部Ⅰ21右端的上下两侧各固接一个阶梯杆Ⅰ22，阶梯杆Ⅰ22上间隙配合有调节座Ⅰ23，阶梯杆Ⅰ22上的肩部位于调节座Ⅰ23的右侧，阶梯杆Ⅰ22上设有位于摩擦部Ⅰ21和调节座Ⅰ23之间的压缩弹簧Ⅰ，摩擦部Ⅱ24右端的前后两侧各固接一个阶梯杆Ⅱ25，阶梯杆Ⅱ25上间隙配合有调节座Ⅱ26，阶梯杆Ⅱ25上设有位于摩擦部Ⅱ24和调节座Ⅱ26上的压缩弹簧Ⅱ，调节座Ⅱ26的中心设有供调节座Ⅰ23间隙配合的配合口，两个阶梯杆Ⅰ22和两个阶梯杆Ⅱ25的右部间隙配合在四个限位管14内，阶梯杆Ⅰ22和阶梯杆Ⅱ25的直径均为左侧小于右侧，限位管14内设有拉簧，当伸缩缸15的活动端脱离摩擦部Ⅰ21时，拉簧使摩擦部Ⅰ21和摩擦部Ⅱ24脱离轴Ⅰ12；调节座Ⅰ23为T型结构，当启动伸缩缸15使活动端向左移动时，可以推动调节座Ⅰ23的右部向左移动，调节座Ⅰ23推动阶梯杆Ⅰ22上的压缩弹簧Ⅰ向左移动，以使摩擦部Ⅰ21接触轴Ⅰ12，通过调节压缩弹簧Ⅰ的压缩量来改变正压力，以调节摩擦部Ⅰ21与轴Ⅰ12之间的摩擦力，来使轴Ⅰ12的转动受阻，实现无极调节受阻感受；当推部16向左移动推动调节座Ⅱ26向左移动，调节座Ⅱ26利用压缩弹簧Ⅱ带动摩擦部Ⅱ24向左移动与轴Ⅰ12接触，通过增加接触面积，进一步大幅度增加轴Ⅰ12的阻力，实现阻力的跳跃式调节，使受阻感受明显。

如图7和8所示，肩座机构还包括固接在内臂53上的弯折架61，弯折架61上间隙配合有螺杆62，螺杆62上螺纹连接有位于弯折架61下方的螺母，螺杆62上固接有位于弯折架61底部上方的环部63，螺杆62上套设有位于环部63和弯折架61底部之间的压缩弹簧Ⅲ，螺杆62的顶部能够与托壳56的底部接触，调节螺杆62上下位置，改变压缩弹簧Ⅲ的规格，以调节螺杆62顶部对托壳56的推力；托壳56与内臂53的夹角为钝角时，螺杆62能够协助托举托壳56，减轻佩戴者长时间举起瞄准类的手柄的疲劳感。

为加强稳定性，所述轴座11上设有支撑连接架13底部的支撑件，所述支撑件包括轴承31、上环座32和下环座33，上环座32固接在轴承31的外圈，下环座33固接在轴承31的内圈，下环座33固接在轴座11底部的上端面，轴Ⅰ12位于轴承31内，上环座32托举连接架13的底部。

Claims (7)

1.一种机器人关节装置，包括肩座机构，能够与肩座机构水平转动的大臂机构；其中，所述大臂机构包括：转动连接在肩座机构上的轴Ⅰ(12)，固接在轴Ⅰ(12)上的连接架(13)，固接在连接架(13)上的弯折座(41)，可拆卸安装在弯折座(41)上以实现位置调节的基座Ⅰ(43)，固接在基座Ⅰ(43)上的轴Ⅱ(44)，转动连接在轴Ⅱ(44)上的连接座Ⅰ(45)，安装在连接座Ⅰ(45)上的大臂主体；还包括能够与大臂主体下部垂直转动的小臂机构；

肩座机构包括上下分体式可拆卸结构的轴座(11)，所述轴Ⅰ(12)转动连接在轴座(11)上；

所述轴座(11)远离轴Ⅰ(12)的一侧为半圆盘结构，所述半圆盘上设有安装孔；

轴座(11)的左端面固接有限位管(14)，轴座(11)的右端安装有伸缩缸(15)，伸缩缸(15)的活动端由右至左穿过轴座(11)，伸缩缸(15)的活动端上固接有推部(16)，一左一右设置的摩擦部Ⅰ(21)和摩擦部Ⅱ(24)，摩擦部Ⅰ(21)右端的上下两侧各固接一个阶梯杆Ⅰ(22)，阶梯杆Ⅰ(22)上间隙配合有调节座Ⅰ(23)，阶梯杆Ⅰ(22)上的肩部位于调节座Ⅰ(23)的右侧，阶梯杆Ⅰ(22)上设有位于摩擦部Ⅰ(21)和调节座Ⅰ(23)之间的压缩弹簧Ⅰ，摩擦部Ⅱ(24)右端的前后两侧各固接一个阶梯杆Ⅱ(25)，阶梯杆Ⅱ(25)上间隙配合有调节座Ⅱ(26)，阶梯杆Ⅱ(25)上设有位于摩擦部Ⅱ(24)和调节座Ⅱ(26)上的压缩弹簧Ⅱ，调节座Ⅱ(26)的中心设有供调节座Ⅰ(23)间隙配合的配合口，阶梯杆Ⅰ(22)和阶梯杆Ⅱ(25)的右部间隙配合在限位管(14)内，限位管(14)内设有拉簧，当伸缩缸(15)的活动端脱离摩擦部Ⅰ(21)时，拉簧使摩擦部Ⅰ(21)和摩擦部Ⅱ(24)脱离轴Ⅰ(12)。

2.根据权利要求1所述的机器人关节装置，所述大臂主体包括外臂(51)，设置在外臂(51)上的直槽口Ⅱ(52)，间隙配合在外臂(51)内的内臂(53)，内臂(53)上部设有安装孔，内臂(53)与外臂(51)之间通过螺母组穿过所述安装孔和直槽口Ⅱ(52)实现固定，内臂(53)下部固接有轴Ⅲ(54)，轴Ⅲ(54)上转动连接有连接座Ⅱ(55)，小臂机构固接在连接座Ⅱ(55)上。

3.根据权利要求2所述的机器人关节装置，所述小臂机构包括固接在连接座Ⅱ(55)上的托壳(56)。

4.根据权利要求3所述的机器人关节装置，所述托壳(56)上侧设有槽口。

5.根据权利要求4所述的机器人关节装置，所述槽口内设置有用于紧固的扣带。

6.根据权利要求2所述的机器人关节装置，还包括固接在内臂(53)上的弯折架(61)，弯折架(61)上间隙配合有螺杆(62)，螺杆(62)上螺纹连接有位于弯折架(61)下方的螺母，螺杆(62)上固接有位于弯折架(61)底部上方的环部(63)，螺杆(62)上套设有位于环部(63)和弯折架(61)底部之间的压缩弹簧Ⅲ，螺杆(62)的顶部能够与托壳(56)的底部接触。

7.根据权利要求1所述的机器人关节装置，所述轴座(11)上设有支撑连接架(13)底部的支撑件。