限位装置、机械臂及机器人的制作方法

本申请涉及机器人技术领域，特别是一种限位装置、机械臂及机器人。

背景技术：

机器人是多领域应用的多关节机械手或多自由度的机器装置，机器人由电机驱动，能够自动执行工作，并靠自身动力和控制能力来实现各种功能。其中，机器人每个关节的旋转角度被限制在一定范围内，对于关节而言，当允许旋转的角度在正负方向上累加不超过360°时，可以直接从外观上判断当前关节实际转动的角度，但是如果允许旋转的角度在正负方向上累加超过360°，仅凭外观则很难确认当前关节实际转动的角度。例如，当关节旋转至+180°和-180°两个位置时，由于两个相邻节肢正好相对运动了360°，因此机器人在这两个位置呈现的外观完全一致。

通常电机编码器发生中途断电后会导致零位丢失，如果在零位丢失后无法从外观上判断关节的实际转动角度，那么再次上电后容易发生误判，将+360°或-360°的位置误认零位，造成关节旋转超过限制范围，最终损坏机器人的内部结构。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是提供一种限位装置、机械臂以及机器人，能够避免机械臂在零位丢失后过度旋转。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种限位装置，包括：第一旋转件和第二旋转件，所述第一旋转件相对所述第二旋转件旋转，所述第一旋转件设置有阻挡区，所述阻挡区在所述第一旋转件相对所述第二旋转件的旋转方向上延伸，所述第二旋转件设置有止挡件，所述止挡件设置在所述第一旋转件相对所述第二旋转件的旋转方向上；弹性件，所述弹性件包括弹性嵌设于所述第一旋转件上的弹性本体、凸出所述弹性本体的凸臂以及凸出所述弹性本体且延伸至所述阻挡区的限位臂，在所述弹性件与所述第一旋转件同步运动时，所述限位臂的至少一端与所述阻挡区的两端部呈远离设置；其中，在所述第一旋转件联动所述弹性件相对所述第二旋转件旋转超过预定角度后，所述凸臂受所述止挡件的止挡而使所述弹性件停止相对所述第二旋转件旋转，此时所述第一旋转件若继续按照原方向相对所述第二旋转件旋转，则所述弹性件将沿着所述阻挡区相对所述第一旋转件运动而使所述限位臂抵接所述阻挡区的一端部。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种机械臂，包括：毗邻的第一节肢组件和第二节肢组件，所述第一节肢组件相对所述第二节肢组件旋转，所述第一节肢组件设置有阻挡区，所述阻挡区在所述第一节肢组件相对所述第二节肢组件的旋转方向上延伸，所述第二节肢组件或与所述第二节肢组件相连接的连接件设置有止挡件，所述止挡件设置在所述第一节肢组件相对所述第二节肢组件的旋转方向上；弹性件，所述弹性件包括弹性嵌设于所述第一节肢组件上的弹性本体、凸出所述弹性本体的凸臂以及凸出所述弹性本体且延伸至所述阻挡区的限位臂，在所述弹性件与所述第一节肢组件同步运动时，所述限位臂的至少一端与所述阻挡区的两端部呈远离设置；其中，在所述第一节肢组件联动所述弹性件相对所述第二节肢组件旋转超过预定角度后，所述凸臂受所述止挡件的止挡而使所述弹性件停止相对所述第二节肢组件旋转，此时所述第一节肢组件若继续按照原方向相对所述第二节肢组件运动，则所述弹性件将沿着所述阻挡区相对所述第一节肢组件旋转而使所述限位臂抵接所述阻挡区的一端部。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机器人，包括上述的机械臂。

本申请的有益效果是：本申请的限位装置通过在第二旋转件上设置止挡件，在相对第二旋转件的第一旋转件上设置阻挡区以及弹性件，弹性件包括弹性本体以及凸出弹性本体的凸臂、凸出弹性本体且延伸至阻挡区的限位臂，当弹性件与第一旋转件同步运动时，限位臂的至少一端与阻挡区的两端部呈远离设置，在第一旋转件联动弹性件相对第二旋转件旋转超过预定角度后，凸臂受止挡件的止挡而使弹性件停止相对第二旋转件旋转，此时第一旋转件若继续按照原方向相对第二旋转件旋转，则弹性件将沿着阻挡区相对第一旋转件旋转而使限位臂抵接阻挡区的一端部，从而避免第一旋转件相对第二旋转件过度旋转，因此当该限位装置用于机械臂，例如两个节肢本体分别与第一旋转件和第二旋转件连接时，能够阻止两个节肢本体过度旋转，从而在零位丢失后，即使因为从外观无法看出此时机械臂的旋转角度而发生误判，限位装置也可以保证机械臂不会过度旋转，保护机械臂。

附图说明

图1是本申请限位装置一实施方式的结构示意图；

图2是图1中限位装置的爆炸结构示意图；

图3是图1中第一旋转件的爆炸结构示意图；

图4是一应用场景中第一旋转件相对第二旋转件旋转时的示意图；

图5是一应用场景中第一旋转件的部分结构示意图；

图6是一应用场景中限位装置的爆炸结构示意图；

图7是一应用场景中弹性本体弹性嵌设在环形沟槽内的截面示意图；

图8是另一应用场景中弹性本体弹性嵌设在环形沟槽内的截面示意图；

图9是另一应用场景中第一旋转件相对第二旋转件旋转时的示意图；

图10是另一应用场景中第一旋转件相对第二旋转件旋转时的示意图；

图11是另一应用场景中第一旋转件相对第二旋转件旋转时的示意图；

图12是另一应用场景中第一旋转件相对第二旋转件旋转时的示意图；

图13是本申请机械臂的爆炸结构示意图；

图14是图13中第一节肢组件的爆炸结构示意图；

图15是图13中第二节肢组件的结构示意图；

图16是本申请机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1至图3，图1是本申请限位装置一实施方式的结构示意图，图2是图1中限位装置的爆炸示意图，图3是图1中第一旋转件的爆炸结构示意图。该限位装置100包括：第一旋转件110、第二旋转件120、设置在第一旋转件110上的阻挡区130、弹性嵌设在第一旋转件110上的弹性件140以及设置在第二旋转件120上的止挡件150。

第一旋转件110与第二旋转件120相互套接，且能够相对旋转，具体地，第一旋转件110能够相对第二旋转件120正向和反向旋转，且第一旋转件110相对第二旋转件120在正向和反向上旋转的角度累加超过360°。阻挡区130设置在第一旋转件110上，且在第一旋转件110相对第二旋转件120的旋转方向上延伸，其具有第一端部1301以及第二端部1302。

弹性件140包括弹性本体141、凸出弹性本体141的凸臂142以及凸出弹性本体141的限位臂143，其中限位臂143延伸至第一旋转件110上的阻挡区130中，且限位臂143只能沿着阻挡区130运动而无法运动到阻挡区130之外的区域中。在不受外力时，弹性件140由于弹性张力能够与第一旋转件110同步运动，且当弹性件140与第一旋转件110同步运动时，弹性件140的限位臂143的至少一端与阻挡区130的第一端部1301、第二端部1302呈远离设置，而在单独给弹性件140施加外力时，弹性件140能够相对第一旋转件110运动。其中弹性件140可以为金属件，该金属件的厚度较小，具有一定的弹性。

止挡件150设置在第一旋转件110相对第二旋转件120的旋转方向上，当第一旋转件110相对第二旋转件120旋转超过预定角度后，止挡件150抵接弹性件140的凸臂142而阻止弹性件140继续按照原方向相对第二旋转件120旋转。

具体地，本申请中的限位装置100在工作时，若第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转，则弹性件140由于弹性张力会与第一旋转件110保持同步运动，即，第一旋转件110联动弹性件140相对第二旋转件120旋转。当第一旋转件110相对第二旋转件120正向或反向旋转超过预定角度后，由于止挡件150设置在第一旋转件110相对第二旋转件120的旋转方向上，因此弹性件140的凸臂142将受到止挡件150的止挡，进而阻止弹性件140相对第二旋转件120按照原方向旋转。此时第一旋转件110若继续按照原方向相对第二旋转件120旋转，则弹性件140将受到止挡件150的作用力而相对第一旋转件110运动，而由于弹性件140的限位臂143延伸至阻挡区130中，因此弹性件140将沿着阻挡区130相对第一旋转件110旋转，当弹性件140沿着阻挡区130相对第一旋转件110旋转一定角度后，限位臂143便会抵接阻挡区130的第一端部1301或第二端部1302，最终阻止第一旋转件110继续按照原方向相对第二旋转件120转动，限制第一旋转件110相对第二旋转件120正向或反向转动的最大角度。

可以理解的是，在弹性件140与第一旋转件110保持同步运动时，若限位臂142只有一端与阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置，则只有当第一旋转件110相对第二旋转件120朝着特定方向旋转时，弹性件140才会相对第一旋转件110运动，也就是说，当第一旋转件110相对第二旋转件120朝着另一个方向旋转时，即使受到作用力，由于凸臂142与阻挡区130的抵接，弹性件140也不会相对第一旋转件110运动。而若凸臂142的两端均与阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置，则无论第一旋转件110相对第二旋转件120正向转动还是反向转动，在受到作用力后，弹性件140均会相对第一旋转件110运动。为方便说明，下面均以凸臂142的两端与阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置进行说明。

其中本申请中的限位装置100可用在机器人的机械臂上，具体地，第一旋转件110和第二旋转件120分别与毗邻的两个节肢本体相连接，从而限制毗邻的两个节肢本体相对旋转的最大角度。具体地，当机器人因为掉电等原因引起零位丢失时，即使因为从外观无法看出此时机械臂的旋转角度而发生误判，限位装置100也可以保证机械臂不会过度旋转，最终保护机器人的内部结构。

参阅图2至图4，图4为一应用场景中第一旋转件110相对第二旋转件120旋转时的示意图。

在本实施方式中，第一旋转件110套接在第二旋转件120的外侧，止挡件150为偏心设置在第二旋转件120的径面121上的挺杆150。第一旋转件110包括圆周壁111，圆周壁111的内侧设置有环形沟槽131以及进一步凹陷于环形沟槽131的弧形凹槽132，阻挡区130为弧形凹槽132。弹性件140为滑环140，滑环140包括弹性嵌设在环形沟槽131内且呈弧形的弹性本体141、凸出弹性本体141内圈的凸臂142以及凸出弹性本体141外圈且延伸至弧形凹槽132内的限位臂143。其中为了减小弹性件140相对第一旋转件110旋转时限位臂143与弧形凹槽132的摩擦，限位臂143伸入弧形凹槽132并与弧形凹槽132的侧壁以及底壁形成间隔。

可选的，在其他应用场景中，如图5所示，第一旋转件110还包括圆环面112，圆周壁111自圆环面112的外周垂直而立，此时阻挡区130除了可以设置在圆周壁111的内侧，还可以设置在圆环面112上。当阻挡区130设置在圆环面112上时，凸臂142的延伸方向与圆环面112垂直，止挡件150为设置在第二旋转件120内周壁上的挡板，在第一旋转件110相对第二旋转件120正向或反向旋转超过预定角度后，止挡件150与凸臂142抵接而阻止弹性件140继续按照原方向相对第二旋转件120转动。

其中需要说明的是，上述均以阻挡区设置在外围旋转件上进行了说明，但是在其他实施方式中，阻挡区也可以设置在内围旋转件上。具体地，在一应用场景中，如图6所示，此时第二旋转件210套设在第一旋转件220的外侧，第一旋转件220包括第一圆周壁2201，第二旋转件210包括第二圆周壁2101，第一圆周壁2201被第二圆周壁2101围绕，此时止挡件250为设置在第二圆周壁2101内侧且向第一圆周壁2201凸出的挺杆250，阻挡区230设置在第一圆周壁2201外侧，其中阻挡区230、弹性件240结构与上述实施方式相同，也就是说，此时第一圆周壁2201的外侧与第二圆周壁2101的内侧具有一预定距离，该距离能够允许在第一圆周壁2201与第二圆周壁2101之间容置弹性件240以及止挡件250，其中在图6应用场景中，通过凸台a的设置来保证第一圆周壁2201与第二圆周壁2101之间的距离，也就是说，此时凸台a的侧壁为第一圆周壁2201，当然在其他应用场景中，也可以不设置凸台a而是直接设置第一旋转件220和第二旋转件210套接部分的侧壁为第一圆周壁2201和第二圆周壁2101。

总而言之，本申请并不限制阻挡区以及止挡件设置的位置，只要保证当第一旋转件相对第二旋转件朝着某一方向旋转超过预定角度后，止挡件能够与阻挡区中的弹性件发生抵接即可。其中为方便说明，下面均以第一旋转件110套接在第二旋转件120的外侧，且阻挡区130设置在圆周壁111的内侧进行说明。

其中在一应用场景中，限位臂143的数量为一，且限位臂143的对称轴与凸臂142的对称轴重合。可选的，在其他应用场景中，限位臂143的数量可以为二，两个限位臂143分布在凸臂142的两侧，且关于凸臂142对称，此时当第一旋转件110相对第二旋转件120正向旋转超过最大限制角度时，其中一个限位臂143会与阻挡区130抵接，当第一旋转件110相对第二旋转件120反向旋转超过最大限制角度时，另一个限位臂143会与阻挡区130抵接。

其中为了避免弹性件140相对环形沟槽131运动的过程中滑出，在一应用场景中，该环形沟槽131为“内大外小”半闭口式凹槽，具体而言，该环形沟槽131的宽度沿着槽底向槽口的方向依次缩小，且弹性本体141至少部分横截面的宽度大于环形沟槽131的槽口宽度从而使弹性本体141不会滑出环形沟槽131。例如，环形沟槽131的横截面可以为槽口宽度小于槽底宽度的形状，如图7所示的梯形，相应的，弹性本体141的横截面也可以为上部宽度，也就是接近环形沟槽131槽口处的部分的宽度，小于下部宽度，也就是小于接近环形沟槽131槽底的部分的宽度，例如弹性本体141的横截面也可以为梯形，如图7所示嵌设在环形沟槽131中。当然在其他应用场景中，弹性本体141还可以部分伸出环形沟槽131，这种情况下弹性本体141的横截面可以呈沙漏形状，且弹性本体141中间收窄部分的宽度小于环形沟槽131的槽口宽度，弹性本体141远离环形沟槽131的槽口处的部分的宽度大于环形沟槽131的槽口处的宽度，如图8所示。

下面结合图4、图9和图10对本申请限位装置100的工作原理进行详细的说明。

参阅图4，此时第一旋转件110相对第二旋转件120正向或反向转动未超过预定角度，弹性件140与第一旋转件110保持同步运动，弹性件140的限位臂143与阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置。

参阅图9，此时第一旋转件110在图4的基础上相对第二旋转件120逆时针旋转了一定角度，弹性件140的凸臂142被止挡件150止挡后，第一旋转件110继续按照逆时针方向相对第二旋转件120旋转而使弹性件140相对第一旋转件110顺时针运动，进而使得弹性件140的限位臂143抵接阻挡区130的第一端部1301，最终保证第一旋转件110无法再按照逆时针方向相对第二旋转件120旋转。

参阅图10，此时第一旋转件110在图4的基础上相对第二旋转件120顺时针旋转了一定角度，弹性件140的凸臂142被止挡件150止挡后，第一旋转件110继续按照顺时针方向相对第二旋转件120旋转而使弹性件140相对第一旋转件110逆时针运动，进而使得弹性件140的限位臂143抵接阻挡区130的第二端部1302，最终保证第一旋转件110无法再按照顺时针相对第二旋转件120旋转。

其中为了减少不必要的损耗，可以在弹性件140与阻挡区130发生撞击之前使第一旋转件110停止按照原方向相对第二旋转件120旋转。参阅图11，在一应用场景中，圆周壁111正对弧形凹槽132处设有贯通的视窗113，视窗113的数量为二，两个视窗113分别正对弧形凹槽130的第一端部1301、第二端部1302设置，当第一旋转件110相对第二旋转件120旋转而使限位臂143进入视窗113内时作为旋转超限提示。具体地，通过在阻挡区130的第一端部1301、第二端部1302处设置两个贯通的视窗113，能够让操作者通过视窗113观察到弹性件140是否即将与第一旋转件110发生撞击，从而在撞击之前及时停止设备，减少不必要的损耗。可选的，为了能够让操作者通过视窗113清晰地观察到限位臂143，限位臂143上设有标识部1431，标识部1431为设置在限位臂143远离弹性本体141一侧的侧壁上的色块区1431，色块区1431的颜色与弹性本体141的颜色不同。例如，色块区1431的颜色为红色，弹性本体141的颜色为灰色。

参阅图12，在另一应用场景中，视窗113的数量为一，一个视窗113正对弧形凹槽132，视窗113自弧形凹槽132的第一端部1301延伸至第二端部1302。相比图8，在该应用场景中，视窗113暴露限位臂143，通过视窗113可以观察到限位臂143的整个运动状态，从而在弹性件140与第一旋转件110发生撞击之前能够及时停止设备。

可选的，在其他一应用场景中，视窗113也为二，此时两个视窗113偏离弧形凹槽132且位于弧形凹槽132的同一侧，凸臂142上设有向视窗113一侧延伸的凸柱(图未示)，当第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转时，凸柱不在视窗113内，当第一旋转件110相对第二旋转件120旋转而使凸柱进入视窗113内时作为旋转超限提示。

参阅图13，图13是本申请机械臂一实施方式的爆炸结构示意图。该机械臂300包括毗邻的第一节肢组件310以及第二节肢组件320。

第一节肢组件310和第二节肢组件320相互套接，且能够相对旋转，具体地，第一节肢组件310能够相对第二节肢组件320正向和反向旋转。同时结合图14和图15，图14是图13中第一节肢组件310的爆炸结构示意图，图15是图13中第二节肢组件320的结构示意图。

第一节肢组件310设置有阻挡区330以及弹性嵌设的弹性件340，阻挡区330在第一节肢组件310相对第二节肢组件320的旋转方向上延伸，第二节肢组件320或与第二节肢组件320相连接的连接件(例如与第二节肢组件320的关节)上设置有止挡件350，止挡件350设置在第一节肢组件310相对第二节肢组件320的旋转方向上。

弹性件340包括弹性嵌设于第一节肢组件310上的弹性本体341、凸出弹性本体341的凸臂342以及凸出弹性本体341、延伸至阻挡区330的限位臂343，在弹性件340与第一节肢组件310同步运动时，限位臂343的至少一端与阻挡区330的两端部呈远离设置。

在第一节肢组件310联动弹性件340相对第二节肢组件320旋转超过预定角度后，凸臂342受止挡件350的止挡而使弹性件340停止相对第二节肢组件320旋转，此时第一节肢组件310若继续按照原方向相对第二节肢组件320旋转，则弹性件340将沿着阻挡区330相对第一节肢组件310运动而使限位臂343抵接阻挡区330的端部。

本申请中的机械臂300还可以为包括前述任一项实施方式中的限位装置，具体地，该实施方式中，用限位装置中的第一旋转件和第二旋转件分别连接两个节肢本体，也就是说，本实施方式中的阻挡区330、弹性件340以及止挡件350与前述限位装置实施方式中的阻挡区、弹性件以及止挡件对应相同或相似，详见可参见前述限位装置实施方式，在此不再赘述。

参阅图16，图16是本申请机器人一实施方式的结构示意图。该机器人400包括机械臂410，机械臂410为上述任一项实施方式中的机械臂300，具体结构可参见上述实施方式，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。