一种限位机构及机器人论文和设计-王龙

全文摘要

本实用新型提供了一种限位机构及机器人，该限位机构包括：嵌套设置且可相对转动的N个限位环，且沿嵌套方向，从内到外分别为第一限位环至第N限位环；还包括嵌套在所述第一限位环内且与所述第一限位环可相对转动的旋转体；所述旋转体上设置有第一凸起，所述第一限位环上设置有与所述第一凸起配合的第二凸起；第i限位环上设置有第三凸起，第i+1限位环上设置有与所述第三凸起配合的至少一个第四凸起；其中，N为大于等于2的正整数，且i＝{1，…，N‑1}。在上述技术方案中，通过采用多个嵌套设置的限位环之间的相互转动，增大了旋转体在转动时被限位的角度。且采用限位环相互嵌套的方式，简化了整个限位机构的结构，便于维修。

主设计要求

1.一种限位机构，其特征在于，包括：嵌套设置且可相对转动的N个限位环，且沿嵌套方向，从内到外分别为第一限位环至第N限位环；还包括嵌套在所述第一限位环内且与所述第一限位环可相对转动的旋转体；所述旋转体上设置有第一凸起，所述第一限位环上设置有与所述第一凸起配合的第二凸起；第i限位环上设置有第三凸起，第i+1限位环上设置有与所述第三凸起配合的至少一个第四凸起；其中，N为大于等于2的正整数，且i＝{1，…，N-1}。

设计方案

1.一种限位机构，其特征在于，包括：嵌套设置且可相对转动的N个限位环，且沿嵌套方向，从内到外分别为第一限位环至第N限位环；

还包括嵌套在所述第一限位环内且与所述第一限位环可相对转动的旋转体；所述旋转体上设置有第一凸起，所述第一限位环上设置有与所述第一凸起配合的第二凸起；

第i限位环上设置有第三凸起，第i+1限位环上设置有与所述第三凸起配合的至少一个第四凸起；

其中，N为大于等于2的正整数，且i＝{1，…，N-1}。

2.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，所述第一限位环上的第二凸起及第三凸起中至少一个与所述第一限位环可拆卸的连接。

3.如权利要求2所述的限位机构，其特征在于，所述第一限位环上沿周向设置有多个第一卡槽，所述第三凸起可拆卸的卡装在所述多个第一卡槽中的一个卡槽内。

4.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，所述第i+1限位环上的第四凸起中至少一个与对应的所述限位环可拆卸的连接。

5.如权利要求4所述的限位机构，其特征在于，所述第i+1限位环上沿周向设置有多个第二卡槽；所述第i+1限位环对应的第四凸起可拆卸的卡装在所述多个第二卡槽中的任意第二卡槽中。

6.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，所述第i+1限位环上的第四个凸起的个数为两个；所述第i限位环上的第三凸起位于所述第i+1限位环上的两个第四凸起之间。

7.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，所述第i+1限位环中，所述第N限位环上的第四凸起的个数为两个，其它限位环上的第四凸起的个数为一个；且第N-1限位环上的第三凸起位于所述第N限位环上的两个第四凸起之间。

8.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，任意相邻的两个限位环之间通过轴承转动连接。

9.如权利要求1所述的限位机构，其特征在于，所述旋转体通过轴承与所述第一限位环转动连接。

10.一种机器人，其特征在于，包括第一转动件及第二转动件，以及如权利要求1～9任一项所述的限位机构；其中，

所述旋转体与所述第一转动件固定连接；所述第N限位环与所述第二转动件固定连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及到机器人技术领域，尤其涉及到一种限位机构及机器人。

背景技术

机器人的大部分可转动部件都会有机械限位机构的设计。目前机械限位机构主要是通过挡块的方式，该方式包括两个挡块，第一挡块固定不动，第二挡块固定于旋转体上，当旋转体朝一方向旋转时，带动第二挡块同向旋转，旋转到第一挡块处并与其一侧碰撞形成此方向的限位；当旋转体朝另一个方向旋转时，带动第二挡块同向旋转，旋转到第一挡块处与其另一侧碰撞形成此方向的限位，由于第一挡块为实体有一定的厚度，所以两方向限位构成的角度是小于360°的，但限位角度小。

实用新型内容

本实用新型提供了一种限位机构及机器人，用以扩大限位机构能够限位的角度。

本实用新型提供了一种限位机构，该限位机构包括：嵌套设置且可相对转动的N个限位环，且沿嵌套方向，从内到外分别为第一限位环至第N限位环；

第i限位环上设置有第三凸起，第i+1限位环上设置有与所述第三凸起配合的至少一个第四凸起；

其中，N为大于等于2的正整数，且i＝{1，…，N-1}。

在上述技术方案中，通过采用多个嵌套设置的限位环之间的相互转动，增大了旋转体在转动时被限位的角度。且采用限位环相互嵌套的方式，简化了整个限位机构的结构，便于维修。

在具体设置时，所述第一限位环上的第二凸起及第三凸起中至少一个与所述第一限位环可拆卸的连接。通过采用第二凸起及第三凸起可拆卸的连接方式，可以改变限定旋转体在转动时顺时针及逆时针的转动范围。

在一个具体的可实施方案中，所述第一限位环上沿周向设置有多个第一卡槽，所述第三凸起可拆卸的卡装在所述多个第一卡槽中的一个卡槽内。通过卡合的方式，实现第三凸起与第一限位环的可拆卸连接。

在一个具体的可实施方案中，所述第i+1限位环上的第四凸起中至少一个与对应的所述限位环可拆卸的连接。通过采用第四凸起与限位环之间可拆卸的连接，从而可以改变两个相邻的限位环之间相对转动的角度。

在一个具体的可实施方案中，所述第i+1限位环上沿周向设置有多个第二卡槽；所述第i+1限位环对应的第四凸起可拆卸的卡装在所述多个第二卡槽中的任意第二卡槽中。通过采用第二卡槽与第四凸起之间的卡合方式，实现了第四凸起与限位环之间的可拆卸的连接。

在一个具体的可实施方案中，所述第i+1限位环上的第四个凸起的个数为两个；所述第i限位环上的第三凸起位于所述第i+1限位环上的两个第四凸起之间。通过设置的两个第四凸起限定了相邻的两个限位环之间可相对转动的角度。

在一个具体的可实施方案中，所述第i+1限位环中，所述第N限位环上的第四凸起的个数为两个，其它限位环上的第四凸起的个数为一个；且第N-1限位环上的第三凸起位于所述第N限位环上的两个第四凸起之间。即仅外侧的限位环上的第四凸起的个数为两个，其他的限位环上的第四凸起的个数均为一个。

在一个具体的实施方案中，任意相邻的两个限位环之间通过轴承转动连接。通过设置的轴承降低了相邻的两个限位环在转动时的摩擦。

在一个具体的实施方案中，所述旋转体通过轴承与所述第一限位环转动连接。通过设置的轴承降低了限位环与旋转体之间的转动摩擦。

本实用新型还一种机器人，该机器人包括第一转动件及第二转动件，以及上述任一项所述的限位机构；其中，

所述旋转体与所述第一转动件固定连接；所述第N限位环与所述第二转动件固定连接。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的限位机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的限位机构的立体图；

图3为本实用新型实施例提供的另一限位机构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一限位机构的立体图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了方便理解本实用新型实施例提供的限位机构，首先说明一下其应用场景，该限位机构用于限定两个相对转动的部件之间的转动的角度，如应用在机器人领域中，在机器人结构中，存在两个相对转动的部件，如头部与身体之间，如身体与机械臂之间，以及机械臂与末端执行结构之间。为了方便描述，将机器人中相对转动的两个部件分别命名为第一转动件及第二转动件，其中，第一转动件及第二转动件指的是可相对转动的两个部件，如上述中头部与身体。本实用新型中的限位结构分别与第一转动件及第二转动件连接，用于限定两个转动件之间的转动范围。

为了方便理解本实用新型实施例提供的限位机构，下面结合附图详细说明本实用新型实施例提供的限位机构的具体结构。

在本实用新型实施例提供的限位结构包括两部分：旋转体2以及嵌套设置的N个限位环，其中，N为大于等于2的正整数。在具体设置时，每个限位环均为圆环状的结构，并且在嵌套时，N个限位环共圆心设置，并沿远离圆心的方向依次嵌套，而旋转体2嵌套在位于最内层的限位环中。为了方便描述，对限位环进行命名。在命名时，沿嵌套方向，N个限位环分别命名为第一限位环、第二限位环、第三限位环、……第N-1限位环、第N限位环。其中，第一限位环为位于最内侧的限位环，第N限位环为位于最外侧的限位环。并且，旋转体与第一限位环之间可以相对转动，同时，N个限位环中，相邻的两个限位环之间也可相对转动。

如图1中所示，图1示出了一个具体的限位机构的结构，在图1中，限位环的个数为两个，分别为第一限位环6以及第二限位环1，旋转体2嵌套在第一限位环6内。如图3所示，图3中示出了三个限位环，分别为第一限位环6、第二限位环1和第三限位环8，而旋转体2嵌套在第一限位环6内，并且第三限位环8位于最外侧。并且在图1及图3所示的结构中，旋转体2为圆盘状的结构。应当理解的是，图1及图3仅仅示出了一个限位机构的具体结构，在本实用新型实施例提供的限位机构中，限位环的个数不仅限于图1中所示的两个及图3中的三个，还可以为四个、五个等等任意个数。

在具体实现转动时，为了降低相对转动的部件之间的摩擦力，在设置时，任意相邻的两个限位环之间通过轴承转动连接。同时，还可以采用旋转体2通过轴承与第一限位环6转动连接。从而通过设置的轴承来降低限位环之间，以及限位环与旋转体2之间的摩擦力。当然，上述中的轴承仅仅为一个具体的实施方案，还可以采用其他的方式，如采用轴套，或者采用润滑油均可以有效的降低相对转动的两个部件的摩擦。

在具体使用时，本实用新型中的旋转体2与第一转动件固定连接，而第N限位环与第二转动件固定连接，位于旋转体2与第N限位环之间的多个限位环均与第一转动件及第二转动件之间没有任何连接。结合到图1所示的结构中，即旋转体2与第一转动件固定连接，第二限位环1与第二转动件固定连接，而第一限位环6不与第一转动件及第二转动件连接。结合到图3所示的结构中，旋转体2与第一转动件固定连接，第三限位环8与第二转动件固定连接，而位于中间的第一限位环6及第二限位环1均不与第一转动件及第二转动件连接。

在实现对第一转动件及第二转动件进行限位时，是通过限定旋转体2与第一限位环6之间的转动，以及限定相邻的两个限位环之间的转动来实现的。首先，对于旋转体2与第一限位环6之间，该旋转体2上设置了一个第一凸起3，对应的在第一限位环6上设置了与该第一凸起3配合的第二凸起4。在具体设置时，可以参考图1及图3，该第一凸起3外延到旋转体2外侧，并部分延伸到第一限位环6上，而第二凸起4位于第一限位环6的上表面；在旋转体2转动到一定位置时，该第一凸起3抵压在第二凸起4上，从而限定了旋转体2的转动。

在具体设置第一凸起3时，如图2及图4中所示，旋转体2的厚度高于第一限位环6的厚度，从而使得旋转体2的部分侧壁外露在第一限位环6外，该第一凸起3设置在该旋转体2外露在第一限位环6外的侧壁上。在具体设置该第一凸起3时，第一凸起3与旋转体2之间可以固定连接，如通过螺栓或者螺钉与旋转体2连接，或者采用焊接的方式与旋转体2连接。此外，该第一凸起3还可以与旋转体2为一体结构，此时在制备旋转体2时，在旋转体2的侧壁上形成一个向外延伸的凸起，该凸起即为上述的第一凸起3。应当理解的是，图2及图4仅仅示出了一种具体的实施方式，还可以采用其他的方式设置第一凸起3，如旋转体2与第一限位环6的厚度相同，此时，第一凸起3设置在旋转体2的上表面(图1中旋转体2能够看到的表面)。对于第一凸起3及第二凸起4的设置方式，还可以互换，即可以第二凸起4延伸到旋转体2的表面，而第一凸起3位于旋转体2上，在转动时，同样能够实现第一凸起3与第二凸起4抵压以限制转动的效果。

在实现限位时，除了上述的旋转体2与第一限位环6外，还需要限定相邻的限位环之间的转动，因此，在设置限位环时，满足如下条件：第i限位环上设置有第三凸起7，第i+1限位环上设置有与所述第三凸起7配合的至少一个第四凸起5；其中，i＝{1，…，N-1}。即任意相邻的两个限位环中，位于内侧限位环上设置了第三凸起7，位于外侧的限位环上设置了至少一个与该第三凸起7进行限位配合的第四凸起5。以图1及图2中所示，如图1中所示，该第一限位环6上设置了一个第三凸起7，如图2中所示，该第三凸起7的设置方式与上述中描述的第一凸起3的设置方式相近似，也是设置在第一限位环6的外侧壁上。并且在第二限位环1上设置了两个第四凸起5，如图1中所示，两个第四凸起5沿第二限位环1的周向排列，并且第三凸起7位于两个第四凸起5之间。示例的，在图1所示的结构中，两个第四凸起5之间限定了第三凸起7转动的角度在90°，当然，图1中限定的90°仅仅为一种示例，两个第四凸起5限定第三凸起7的转动角度还可以为30°、45°、60°、120°、180°、270°等小于360°的不同的角度。在具体使用时，图1中旋转体2已位于顺时针机械限位处，旋转体2的第一凸起3与第一限位环6的第二凸起4顺时针接触，第一限位环6的的第三凸起7与第二限位环1的第四凸起5顺时针接触，假设此位置开始逆时针旋转，旋转体2先逆时针旋转350°左右(由于第一凸起3及第二凸起4的厚度影响)，直至旋转体2的第一凸起3与第一限位环6的第二凸起4在另一侧碰到，此时旋转体2带动第一限位环6一起旋转，再旋转大概90°(两个第四凸起5之间的夹角)使第一限位环6的第三凸起7碰到第二限位环1的另一个第四凸起5，至此机械限位布置角度大概440°。

在具体设置第一限位环6上的第二凸起4及第三凸起7时，由上述描述可以看出，第二凸起4及第三凸起7的相对位置，会影响到旋转体2顺时针和逆时针的旋转角度。因此，在本实用新型实施例中，在具体设置第二凸起4及第三凸起7时，第一限位环6上的第二凸起4及第三凸起7中至少一个与第一限位环6可拆卸的连接，从而可以改变第二凸起4与第三凸起7的相对位置，进而可以改变旋转体2在转动时，顺时针及逆时针转动的范围。在具体设置时，第一限位环6上沿周向设置有多个第一卡槽，第三凸起7可拆卸的卡装在多个第一卡槽中的一个卡槽内。通过设置的第一卡槽与第三凸起7的配合，可以改变第三凸起7与第二凸起4的相对位置，进而可以改变旋转体2在转动时范围，如需要逆时针多转动一定角度时，选择合适的第一卡槽与第三凸起7卡合，需要顺时针多转动角度时，选择其他合适的第一卡槽与第三凸起7进行卡合，从而可以根据实际的需要对旋转体2进行限定。当然，上述中的卡合仅仅为一种具体的可实施方式，还可以采用通过螺纹连接件进行连接的方式来连接。当然也可以采用第三凸起7与第一限位环6固定连接，而调整第二凸起4的位置，其连接方式与上述描述的第三凸起7可拆卸连接的方式相近似，在此不予赘述。

此外，在具体设置第四凸起5时，第二限位环1上的两个第四凸起5之间的角度可以扩展范围，可以在360°基础上叠加0-360°之间的角度，即最终旋转体2的限位回转范围放大到大于360°且小于720°之间。在具体实现扩展两个第四凸起5之间的范围时，通过调整两个第四凸起5的位置来实现的。具体的，第二限位环1上的两个第四凸起5中，至少一个第四凸起5与第二限位环1可拆卸的连接。在具有N个限位环时，第i+1限位环上的第四凸起中至少一个与对应的所述限位环可拆卸的连接。从而通过改变第四凸起5的位置来改变限位机构限位的角度。在具体设置时，第i+1限位环上沿周向设置有多个第二卡槽；第i+1限位环对应的第四凸起5可拆卸的卡装在多个第二卡槽中的任意两个第二卡槽中。具体到图1所示的结构中，第二限位环1上沿周向环绕设置有多个第二卡槽；且两个第四凸起5可拆卸的卡装在多个第二卡槽中的任意两个第二卡槽中，从而通过将第四凸起5卡装在不同的第二卡槽内，来实现调整两个第四凸起5之间的角度。当然，上述卡合的方式仅仅为一个具体的实施方案，还可以采用其他的可拆卸的连接方式，如通过螺栓或者螺钉实施可拆卸的连接，并通过设置多个螺纹孔，实现可以调整两个第四凸起5之间角度的范围。

一并参考图3及图4，图3及图4中示出了另外的一种限位机构，在该限位机构中，第一限位环6上的第二凸起4及第三凸起7的个数均为一个，第二限位环1上的第三凸起7及第四凸起5均为一个，第三限位环8上的第三凸起7的个数为两个。可以参考上述对图2中的描述，对于图3及图4中所示的结构中，第一限位环6上的第二凸起4及第三凸起7的相对位置可以改变，同理，也可以通过改变第二限位环1上的第三凸起7及第四凸起5的相对位置，以改变旋转体2在顺时针转动或者逆时针转动的角度。同样的，对于第三限位环8上的两个第四凸起5，该两个第四凸起5的位置也可以改变，其具体改变方式可以参考上述中对于第二限位环1上的两个第四凸起5的位置改变方式。在此不予赘述。相比与图2中所示的限位机构，在图3所示的限位机构中增加了一个限位环，因此，在进行限位时，相比与图2所示的限位机构，可以增大720°，从而可以有效的增加机器人的第一转动件与第二转动件之间相对转动的角度。

在具体设置上述限位环时，由图1及图3可以看出，在采用N个限位环时，第N限位环上的第四凸起5的个数为两个，其它限位环上的第四凸起的个数为一个；且第N-1限位环上的第三凸起7位于所述第N限位环上的两个第四凸起5之间。即仅最外侧的限位环上的第四凸起5的个数为两个，除第一限位环外的其他的限位环上的第四凸起5的个数均为一个，从而通过叠加不同的限位环的个数，可以有效的改善机器人的第一转动件与第二转动件之间相对转动的角度。

当然，除了上述结构外，还可以采用第i+1限位环上的第四个凸起5的个数为两个；第i限位环上的第三凸起7位于所述第i+1限位环上的两个第四凸起5之间。此时，第二限位环、第三限位环、第四限位环、……第N限位环上均设置有两个第四凸起5，从而可以根据需要更细化的调整第一转动件及第二转动件可以转动的角度，而不是整圈的增加两者之间可转动的角度。此外，在具体设置每个限位环上的第四凸起5时，也可以采用可拆卸的方式来设置，具体的可拆卸的方式可以参考上述中的描述，通过每个限位环上的第四凸起5之间的间隔距离的调整，可以更进一步的提高调整的范围。

通过上述描述可以看出，在本实用新型实施例提供的限位机构中，通过采用多个限位环对旋转体2进行限位，增大了限位时的调整角度，相比与现有技术中限位机构仅能限定360°范围内的转动角度，在本实用新型公开的技术方案，限定的范围可以大于360°，并且通过增加的限位环的个数，可以实现720°、1080°等不同角度的限定。此外，通过采用多个嵌套设置的限位环之间的相互转动，增大了旋转体2在转动时被限位的角度。且采用限位环相互嵌套的方式，简化了整个限位机构的结构，便于维修。

此外，本实用新型还一种机器人，该机器人包括第一转动件及第二转动件，以及上述任一项的限位机构；其中，旋转体2与第一转动件固定连接；第N限位环与第二转动件固定连接。例如，第一转动件具体可以为机器人的头部，第二转动件具体可以为机器人的身体。通过采用多个嵌套设置的限位环之间的相互转动，增大了旋转体2在转动时被限位的角度。且采用限位环相互嵌套的方式，简化了整个限位机构的结构，便于维修。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

设计图

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