專利名稱：一種機器人關(guān)節(jié)及機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其一種機器人關(guān)節(jié)及機器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有工業(yè)機器人關(guān)節(jié)受其本體結(jié)構(gòu)及周位環(huán)境的制約，只允許在有限角度內(nèi)轉(zhuǎn)動。如果機器人關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)動時超越轉(zhuǎn)角范圍，會對機器人本體及周位環(huán)境造成威脅，為防止意外，必須對機器人關(guān)節(jié)進行轉(zhuǎn)角限位設(shè)計。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)角限位方法主要包括機械限位和軟件限位。機械限位是通過在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)計限位塊或凸臺來實現(xiàn)轉(zhuǎn)角限位的一種方法，屬于一種接觸式限位；軟件限位則是通過軟件計數(shù)，在控制算法里實現(xiàn)轉(zhuǎn)角限位的一種方法。當機械限位發(fā)揮作用時，關(guān)節(jié)上的限位塊或凸臺會發(fā)生相互碰撞，對機器人本體結(jié)構(gòu)造成一定的損傷；而使用軟件限位時，必須提前記錄下關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的參考零點，若關(guān)節(jié)的參考零點位置未知或零點信息丟失，則無法使用軟件限位。綜上可知，現(xiàn)有機器人關(guān)節(jié)及機器人在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種機器人及機器人關(guān)節(jié)，能夠有效解決機械限位方法所存在的結(jié)構(gòu)碰撞現(xiàn)象，更為安全，同時不依賴于軟件算法，更為可靠，能保證機器人關(guān)節(jié)運行的穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例解決上述技術(shù)問題所采取的一個技術(shù)方案是，提供一種機器人關(guān)節(jié)，所述機器人關(guān)節(jié)包括第一關(guān)節(jié)零件；第二關(guān)節(jié)零件，可繞所述第一關(guān)節(jié)零件圓周旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置，設(shè)于所述第一關(guān)節(jié)零件以及所述第二關(guān)節(jié)零件上，所述機器人關(guān)節(jié)通過所述旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置獲取所述第二關(guān)節(jié)零件相對于所述第一關(guān)節(jié)零件的旋轉(zhuǎn)角度，以對所述第二關(guān)節(jié)零件進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)角。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置包括霍爾開關(guān)以及與所述霍爾接近開關(guān)適配的磁體。 根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述霍爾開關(guān)為單極性霍爾開關(guān)，所述磁體為磁鋼。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述第一關(guān)節(jié)零件包括第一關(guān)節(jié)面，所述第二關(guān)節(jié)零件包括與所述第一關(guān)節(jié)面對應(yīng)的第二關(guān)節(jié)面，所述第二關(guān)節(jié)面可繞垂直于所述第一關(guān)節(jié)面的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述第一關(guān)節(jié)面設(shè)有至少一個霍爾開關(guān)，所述霍爾開關(guān)設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第一關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述第二關(guān)節(jié)面上設(shè)有至少兩個與所述霍爾開關(guān)對應(yīng)的磁體，所述磁體設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第二關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述磁體與所述霍爾開關(guān)的安裝節(jié)圓大小相等。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述兩個磁體之間形成的圓心角對應(yīng)所述第二關(guān)節(jié)零件的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述第一關(guān)節(jié)面設(shè)有至少兩個霍爾開關(guān)，所述霍爾開關(guān)設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第一關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述第二關(guān)節(jié)面上設(shè)有至少一個與所述霍爾開關(guān)對應(yīng)的磁體，所述磁體設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第二關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述磁體與所述霍爾開關(guān)的安裝節(jié)圓大小相等。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述兩個霍爾開關(guān)之間形成的圓心角對應(yīng)所述第二關(guān)節(jié)零件的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。根據(jù)本發(fā)明的機器人關(guān)節(jié)，所述霍爾開關(guān)與所述第一關(guān)節(jié)零件或第二關(guān)節(jié)零件螺接，并通過螺栓固定；所述磁鋼收容于所述第二關(guān)節(jié)零件或第一關(guān)節(jié)零件的光孔內(nèi)，并且通過一磁鋼蓋封閉于所述光孔。本發(fā)明還提供一種機器人，所述機器人包括根據(jù)上述的機器人關(guān)節(jié)，所述機器人還包括機械臂和機械手，所述機械臂與所述機械手通過所述機器人關(guān)節(jié)連接，且所述第一關(guān)節(jié)零件設(shè)置于機械臂，所述第二關(guān)節(jié)零件設(shè)置于所述機械手。本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置的感應(yīng)信號來獲取第二關(guān)節(jié)零件相對于第一關(guān)節(jié)零件的旋轉(zhuǎn)角度，進而對第二關(guān)節(jié)零件進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)角度。本發(fā)明屬于一種非接觸式轉(zhuǎn)角限位方法，不會發(fā)生機械限位方法所存在的結(jié)構(gòu)碰撞現(xiàn)象，更為安全； 其次，本發(fā)明硬件來實現(xiàn)，不依賴于軟件算法，更為可靠。借此，本發(fā)明不會對機器人關(guān)節(jié)造成損傷，安全可靠。


圖1為本發(fā)明一種機器人關(guān)節(jié)一種實施例的示意圖；圖2為本發(fā)明一種機器人關(guān)節(jié)另一實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明一種機器人關(guān)節(jié)的霍爾開關(guān)與磁鋼的配合結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，一下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明一種機器人關(guān)節(jié)100，用于機器人，包括第一關(guān)節(jié)零件10、第二關(guān)節(jié)零件20以及旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置30。第一關(guān)節(jié)零件10，包括第一關(guān)節(jié)面11。第二關(guān)節(jié)零件20，可繞第一關(guān)節(jié)零件10圓周旋轉(zhuǎn)，第二關(guān)節(jié)20還包括與第一關(guān)節(jié)面11對應(yīng)的第二關(guān)節(jié)面21，由于第二關(guān)節(jié)零件20可繞第一關(guān)節(jié)零件10圓周旋轉(zhuǎn)，因此第二關(guān)節(jié)面21可繞垂直于第一關(guān)節(jié)面11的轉(zhuǎn)軸X旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置，設(shè)于第一關(guān)節(jié)零件10以及第二關(guān)節(jié)零件20上，機器人關(guān)節(jié) 100通過旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置獲取第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件10的旋轉(zhuǎn)角度，以對第二關(guān)節(jié)零件20進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)角。該旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置優(yōu)選包括設(shè)于第一關(guān)節(jié)面10的霍爾開關(guān)31以及設(shè)于第二關(guān)節(jié)面21的磁體32a，32b，霍爾開關(guān) 31與磁體32a，32b適配，該霍爾開關(guān)31優(yōu)選為單極性霍爾開關(guān)，磁體32a，32b對應(yīng)設(shè)為磁鋼。顯而易見，霍爾開關(guān)31也可設(shè)置在第二關(guān)節(jié)零件20上，而磁體32a，32b設(shè)置在第一關(guān)節(jié)零件10上。由于工業(yè)機器人的工作環(huán)境較為復(fù)雜，霍爾開關(guān)31具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作，因此采用霍爾開關(guān)作為旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置能夠使機器人關(guān)節(jié)100的運行更加可靠。且單極性霍爾開關(guān)的工作方式簡單，成本較低，適于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置的感應(yīng)信號來獲取第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件10的旋轉(zhuǎn)角度，進而對第二關(guān)節(jié)零件20進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)角度。本發(fā)明屬于一種非接觸式轉(zhuǎn)角限位方法，不會發(fā)生機械限位方法所存在的結(jié)構(gòu)碰撞現(xiàn)象，更為安全；其次，本發(fā)明硬件來實現(xiàn)，不依賴于軟件算法，更為可靠。借此，本發(fā)明不會對機器人關(guān)節(jié)造成損傷，安全可靠。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖1所示，第一關(guān)節(jié)面11設(shè)有一個霍爾開關(guān)31，第二關(guān)節(jié)面21上設(shè)有兩個與霍爾開關(guān)31對應(yīng)的磁鋼32a，32b，霍爾開關(guān)31設(shè)置在以轉(zhuǎn)軸X與第一關(guān)節(jié)面11的交點為圓心的以圓周上，磁鋼3 ，32b設(shè)置在以轉(zhuǎn)軸X與第二關(guān)節(jié)面21 的交點為圓心的一圓周上，且磁體32a，32b與霍爾開關(guān)31的安裝節(jié)圓大小相等。兩個磁體 32a，32b之間形成的圓心角對應(yīng)第二關(guān)節(jié)零件20的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件10沿順時針(或逆時針)方向轉(zhuǎn)動，當霍爾開關(guān)31與磁鋼32a的間距等于或小于檢測距離時，霍爾開關(guān)31輸出低電平，被該關(guān)節(jié)電機驅(qū)動器檢測到，電機驅(qū)動器停止驅(qū)動該電機，并禁止順時針(或逆時針)方向的轉(zhuǎn)動功能， 此時，該關(guān)節(jié)只能向逆時針(或順時針)方向轉(zhuǎn)動。第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件 10沿逆時針(或順時針)方向轉(zhuǎn)動后，當霍爾開關(guān)21離開磁鋼32a時，霍爾開關(guān)31的輸出端變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，電機驅(qū)動器使能該電機逆時針(或順時針)轉(zhuǎn)動；當霍爾開關(guān)31接近磁鋼32b時，霍爾開關(guān)31又輸出低電平，電機驅(qū)動器停止驅(qū)動電機，并禁止逆時針(或順時針)方向的轉(zhuǎn)動，此時關(guān)節(jié)只能向順時針(或逆時針)方向轉(zhuǎn)動。顯而易見，霍爾開關(guān)31 的個數(shù)可以設(shè)置至少一個，而磁體32則至少設(shè)置兩個。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如圖2所示，第一關(guān)節(jié)面11設(shè)有兩個霍爾開關(guān)31a， 31b，第二關(guān)節(jié)面21上設(shè)有一個與霍爾開關(guān)31a，31b對應(yīng)的磁鋼32，霍爾開關(guān)31a，31b設(shè)置在以轉(zhuǎn)軸X與第一關(guān)節(jié)面11的交點為圓心的以圓周上，磁鋼32設(shè)置在以轉(zhuǎn)軸X與第二關(guān)節(jié)面21的交點為圓心的一圓周上，且磁體32與霍爾開關(guān)31a，31b的安裝節(jié)圓大小相等。 兩個霍爾開關(guān)31a，31b之間形成的圓心角對應(yīng)第二關(guān)節(jié)零件20的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件10沿順時針(或逆時針)方向轉(zhuǎn)動，當霍爾開關(guān)31a與磁鋼32的間距等于或小于檢測距離時，霍爾開關(guān)31a輸出低電平，被該關(guān)節(jié)電機驅(qū)動器檢測到，電機驅(qū)動器停止驅(qū)動該電機，并禁止順時針(或逆時針)方向的轉(zhuǎn)動功能，此時，該關(guān)節(jié)只能向逆時針(或順時針)方向轉(zhuǎn)動。第二關(guān)節(jié)零件20相對于第一關(guān)節(jié)零件10沿逆時針(或順時針)方向轉(zhuǎn)動后，當霍爾開關(guān)31a離開磁鋼3 時，霍爾開關(guān)31a 的輸出端變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，電機驅(qū)動器使能該電機逆時針(或順時針)轉(zhuǎn)動；當霍爾開關(guān)31b接近磁鋼32時，霍爾開關(guān)31b又輸出低電平，電機驅(qū)動器停止驅(qū)動電機，并禁止逆時針(或順時針)方向的轉(zhuǎn)動，此時關(guān)節(jié)只能向順時針(或逆時針)方向轉(zhuǎn)動。顯而易見，霍爾開關(guān) 31的個數(shù)可以設(shè)置至少兩個，而磁體32則至少設(shè)置一個。如圖3所示，所述霍爾開關(guān)31通過與第一關(guān)節(jié)零件10螺接，并通過螺栓12固定， 磁鋼32收容于第二關(guān)節(jié)零件20的光孔內(nèi)，并且通過一磁鋼蓋22封閉于光孔。磁鋼蓋22 為非導(dǎo)磁材料，不會影響磁鋼32的磁場方向。在安裝時，磁鋼32的S極一側(cè)正對霍爾接近開關(guān)31，N極一側(cè)與第二關(guān)節(jié)零件320上的光孔22間隙配合。顯然，也可將霍爾開關(guān)31設(shè)置在第二關(guān)節(jié)零件20上，磁鋼32設(shè)置在第一關(guān)節(jié)零件10。磁鋼蓋22通過外螺紋擰在第二關(guān)節(jié)零件20的螺紋孔內(nèi)，磁鋼蓋22的內(nèi)孔與磁鋼 32外圓為間隙配合，磁鋼蓋22為可拆卸結(jié)構(gòu)，從而便于磁鋼32的更換。磁鋼32長時間受到機械沖擊或熱沖擊，會逐漸退磁。當磁場強度降到一定程度時，就需要更換磁鋼32，否則會影響霍爾開關(guān)31的工作；裝配人員裝配時有可能將磁鋼32的N極、S極裝反，這時需要更換磁鋼32的安裝方向。其中，霍爾開關(guān)31與磁鋼32之間的檢測距離為D。本發(fā)明還提供一種機器人，包括上述機器人關(guān)節(jié)100，機器人還包括機械臂和機械手，機械臂與機械手通過機器人關(guān)節(jié)100連接，且第一關(guān)節(jié)零件10設(shè)置于機械臂，第二關(guān)節(jié)零件20設(shè)置于機械手。機器人關(guān)節(jié)100的具體結(jié)構(gòu)已在前文做詳細描述，故在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置的感應(yīng)信號來獲取第二關(guān)節(jié)零件相對于第一關(guān)節(jié)零件的旋轉(zhuǎn)角度，進而對第二關(guān)節(jié)零件進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)角度。 本發(fā)明屬于一種非接觸式轉(zhuǎn)角限位方法，不會發(fā)生機械限位方法所存在的結(jié)構(gòu)碰撞現(xiàn)象， 更為安全；其次，本發(fā)明硬件來實現(xiàn)，不依賴于軟件算法，更為可靠。借此，本發(fā)明不會對機器人關(guān)節(jié)造成損傷，安全可靠。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)當屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機器人關(guān)節(jié)包括第一關(guān)節(jié)零件；第二關(guān)節(jié)零件，可繞所述第一關(guān)節(jié)零件圓周旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置，設(shè)于所述第一關(guān)節(jié)零件以及所述第二關(guān)節(jié)零件上，所述機器人關(guān)節(jié)通過所述旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置獲取所述第二關(guān)節(jié)零件相對于所述第一關(guān)節(jié)零件的旋轉(zhuǎn)角度，以對所述第二關(guān)節(jié)零件進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置包括霍爾開關(guān)以及與所述霍爾接近開關(guān)適配的磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述霍爾開關(guān)為單極性霍爾開關(guān)， 所述磁體為磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3任一項所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)零件包括第一關(guān)節(jié)面，所述第二關(guān)節(jié)零件包括與所述第一關(guān)節(jié)面對應(yīng)的第二關(guān)節(jié)面，所述第二關(guān)節(jié)面可繞垂直于所述第一關(guān)節(jié)面的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)面設(shè)有至少一個霍爾開關(guān)，所述霍爾開關(guān)設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第一關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述第二關(guān)節(jié)面上設(shè)有至少兩個與所述霍爾開關(guān)對應(yīng)的磁體，所述磁體設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第二關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述磁體與所述霍爾開關(guān)的安裝節(jié)圓大小相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述兩個磁體之間形成的圓心角對應(yīng)所述第二關(guān)節(jié)零件的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)面設(shè)有至少兩個霍爾開關(guān)，所述霍爾開關(guān)設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第一關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述第二關(guān)節(jié)面上設(shè)有至少一個與所述霍爾開關(guān)對應(yīng)的磁體，所述磁體設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)軸與所述第二關(guān)節(jié)面的交點為圓心的一圓周上；所述磁體與所述霍爾開關(guān)的安裝節(jié)圓大小相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人關(guān)節(jié)，所述兩個霍爾開關(guān)之間形成的圓心角對應(yīng)所述第二關(guān)節(jié)零件的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述霍爾開關(guān)與所述第一關(guān)節(jié)零件或第二關(guān)節(jié)零件螺接，并通過螺栓固定；所述磁鋼收容于所述第二關(guān)節(jié)零件或第一關(guān)節(jié)零件的光孔內(nèi)，并且通過一磁鋼蓋封閉于所述光孔。
10.一種機器人，其特征在于，所述機器人包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的機器人關(guān)節(jié)，所述機器人還包括機械臂和機械手，所述機械臂與所述機械手通過所述機器人關(guān)節(jié)連接，且所述第一關(guān)節(jié)零件設(shè)置于機械臂，所述第二關(guān)節(jié)零件設(shè)置于所述機械手。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)機器人，尤其涉及一種機器人關(guān)節(jié)及機器人，機器人關(guān)節(jié)包括第一關(guān)節(jié)零件；第二關(guān)節(jié)零件，可繞第一關(guān)節(jié)零件圓周旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置，設(shè)于第一關(guān)節(jié)零件以及第二關(guān)節(jié)零件上，機器人關(guān)節(jié)通過旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)裝置獲取第二關(guān)節(jié)零件相對于所述第一關(guān)節(jié)零件的旋轉(zhuǎn)角度，以對第二關(guān)節(jié)零件進行限位使其旋轉(zhuǎn)角度不超過預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)角。本發(fā)明屬于一種非接觸式轉(zhuǎn)角限位方法，不會發(fā)生機械限位方法所存在的結(jié)構(gòu)碰撞現(xiàn)象，更為安全；其次，本發(fā)明硬件來實現(xiàn)，不依賴于軟件算法，更為可靠。借此，本發(fā)明不會對機器人關(guān)節(jié)造成損傷，安全可靠。
文檔編號B25J17/00GK102490184SQ20111045326
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者王羅羅 申請人:北京配天大富精密機械有限公司