舵机驱动的小型回转关节模块的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及舵机驱动的小型回转关节模块。

背景技术：

现有的多数机器人系统往往针对特定的使用目的和场合只设计了一种主要功能和固定构型，缺乏功能的扩展性和构型的重构性。但针对每一领域和每项应用都开发特定的机器人所花费的代价很大，严重制约机器人的推广应用。而综合和集成多种功能于一身正是目前和未来机器人系统开发的一大重要趋势，因此，多功能、易构建、低成本以及模块化是机器人新系统开发中的重要目标。

模块化能简化设计制造和维护、缩短研制周期、降低研制成本，大大增强系统构建时的灵活性和弹性，正成为机器人研究中的重要设计方法。整个机器人就是若干模块的有效组合，模块化使机器人具有可变性和可重构的优点。模块化设计可广泛应用在移动机器人、爬壁机器人、管内爬行机器人等机器人结构上。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供舵机驱动的小型回转关节模块，扩展了现有机器人可重构性的功能，可布置在各种机器人结构上，又实现了模块结构之间的防脱出连接。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

舵机驱动的小型回转关节模块，包括外壳、底座、安装在底座上的驱动装置以及分别布置在外壳和底座对外连接端的防脱出模块化接口，所述驱动装置与位于外壳顶端的对外连接端之间布置有一组输出传动机构。

进一步，所述防脱出模块化接口包括模块外壳，所述模块外壳一端布置有一个区域和若干个通孔，所述区域布置有对接卡扣和至少一个卡隼，所述对接 卡扣包括二叶子零件，所述二叶子零件上布置有至少一个飞檐结构，所述卡隼内布置有一个卡槽区域，该防脱出模块化接口的卡槽区域可供另一个模块化接口的飞檐结构卡入。

进一步，所述区域为圆周区域，所述圆周区域边缘沿圆周方向均匀布置两个卡隼，在沿顺时针路径上，所述卡隼的一侧布置有第一加强筋，所述第一加强筋与所述模块外壳相连，卡隼的另一侧和内侧开口，卡隼的外侧与模块外壳相连，所述卡隼内部形成的空腔就是所述卡槽区域，所述二叶子零件上沿圆周方向均匀布置两个飞檐结构，所述卡隼和飞檐结构均为扇形结构，所述飞檐结构的弧度小于或等于卡隼的弧度。

进一步，所述防脱出模块化接口还包括防脱出机构，所述防脱出机构包括与模块外壳侧壁固定连接的弹簧支撑柱和位于弹簧支撑柱上端的弹簧卡扣，弹簧支撑柱的上端为第一凸台，第一凸台上套有弹簧，所述弹簧的下端被所述第一凸台的台阶顶住，所述弹簧卡扣包括位于所述圆周区域外的按键和位于所述圆周区域内的扇形凸块，所述模块外壳在圆形区域外布置有第三通孔，所述圆周区域沿圆周方向布置有扇形通孔，在圆周方向上所述第三通孔和扇形通孔分别位于同一条直径的一端，所述按键从第三通孔伸出，所述扇形凸块从扇形通孔伸出，所述弹簧的上端与按键抵接。

进一步，所述圆周区域的边缘沿逆时针方向分为六个区域，依次为第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域，所述两个卡隼分别位于第一区域和第四区域，所述扇形通孔位于第三区域，所述二叶子零件安装固定后，所述两个飞檐结构分别位于第二区域和第五区域。

进一步，所述防脱出模块化接口与另一个防脱出模块化接口对接后，所述防脱出模块化接口的第三区域与另一个防脱出模块化接口的第六区域匹配，所述防脱出模块化接口的第三区域与另一个防脱出模块化接口的第六区域之间形成一个空腔区域，所述防脱出模块化接口的扇形凸块从所述扇形通孔伸出后处于所述空腔区域。

进一步，所述外壳的顶端布置有圆孔，所述圆孔内布置有深沟球轴承，所 述深沟球轴承的内圈与第一防脱出模块化接口匹配。

进一步，所述输出传动机构包括与驱动装置的输出轴连接的齿轮轴以及下端与齿轮轴啮合的异型轴，所述异型轴的上端通过棱柱结构与第一防脱出模块化接口的下端连接，异型轴位于所述驱动装置上方。

进一步，所述驱动装置通过驱动架安装在所述底座上，所述异型轴布置在所述驱动架的上端。

有益效果：本实用新型通过设计具有防脱出模块化接口的底座和外壳，以及驱动装置的输出传送机构等结构提供了一种舵机驱动的小型回转关节模块，具有结构简单、方便拆装、连接后不易脱落等优点，可布置在各种机器人结构上，扩展了模块化机器人的可重构性功能，本实用新型可广泛应用于机器人技术领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例的装配图；

图2为本实用新型实施例的爆炸图；

图3为本实用新型实施例的第二防脱出模块化接口的主视图；

图4为本实用新型实施例的第二防脱出模块化接口的轴测图；

图5为本实用新型实施例的第二防脱出模块化接口的剖视图；

图6为本实用新型实施例的第二防脱出模块化接口的主视图；

图7为本实用新型实施例的二叶子零件的轴测图；

图8为本实用新型实施例的第二防脱出模块化接口的主视图。

附图标记：1、小型回转关节模块；11、外壳；12、底座；13、驱动装置；14、驱动架；15、齿轮轴；16、异型轴；17、第一防脱出模块化接口；18、深沟球轴承；411、卡隼；412、第一凹坑；413、第二凹坑；414、第一通孔；415、扇形通孔；416、第三通孔；421、弹簧支撑柱；422、弹簧；423、按键；424、扇形凸块；431、二叶子零件；432、阶梯孔；433、第二通孔；434、三角形凹坑；441、第一区域；442、第二区域；443、第三区域；444、第四区域；445、第五区域；446、第六区域。

具体实施方式

下面结合图1至图8对本实用新型做进一步的说明；

舵机驱动的小型回转关节模块，包括外壳11、底座12，外壳11和底座12扣合后内部形成空腔，所述空腔内布置有驱动装置13、与驱动装置13连接的输出传动机构以及安装驱动装置13的驱动架14。所述外壳11的顶端布置有第一对外连接端，所述第一对外连接端就是第一防脱出模块化接口17，底座12的底部布置有第二对外连接端，所述第二对外连接端就是第二防脱出模块化接口。所述驱动装置13通过所述输出传动机构将输出扭矩传送至所述第一对外连接端，从而实现回转功能。

进一步，所述防脱出模块化接口布置在模块外壳上，所述模块外壳上布置有一个区域和至少一个通孔，所述区域为一个直径为30mm的圆周区域，所述圆周区域即为一个接口底座。所述接口底座布置有对接卡扣和两个结构相同的卡隼411，各所述卡隼411在所述接口底座的边缘沿圆周方向均匀布置，各所述卡隼411分别布置在第一区域441和第四区域444。所述卡隼411为扇形形状，对应的圆心角为60°。在沿顺时针路径上，所述卡隼411的左侧布置有与外壳相连的第一加强筋，可提高卡隼411的刚度。卡隼411的右侧和内侧开口，外侧与所述模块外壳相连，所述卡隼411在内部形成一个卡槽区域。所述对接卡扣包括二叶子零件431，所述二叶子零件431上布置有两个飞檐结构。当两个防脱出模块化接口甲、乙对接时，防脱出模块化接口甲的卡槽区域可供防脱出模块化接口乙的飞檐结构旋入。

前述各第一加强筋分别位于同一条直径的两个端点处，第一区域441的第一加强筋在靠近第六区域446一侧，第四区域444的第一加强筋在靠近第三区域443的一侧。

进一步，所述卡隼411上表面有至少一个第一凹坑412，所述第一凹坑412实际为球形凹坑。本实施例中为两个第一凹坑412，也可以视实际需要改变第一凹坑412的数量。在所述接口底座沿顺时针路径上，分别在第二区域442和第五区域445布置有与第一凹坑412数量相同的第二凹坑413，可用于放置定 位珠。在对接过程中，防脱出模块化接口甲的第二凹坑413与防脱出模块化接口乙的第一凹坑412对应匹配。若第一凹坑412和第二凹坑413的数量均为两个或两个以上，那么同一区域的所述相邻两个第二凹坑413之间的距离与所述相邻两个第一凹坑412之间的距离相等，各所述第二凹坑413与各所述第一凹坑412同在一个圆周上。当甲、乙两个防脱出模块化接口对接配合后，防脱出模块化接口甲的第二凹坑413的定位珠恰好会嵌入防脱出模块化接口乙的第一凹坑412，实现两个防脱出模块化接口的装配准确定位。

进一步，所述两个飞檐结构沿圆周方向均匀布置在二叶子零件431边缘，所述飞檐结构均为扇形结构，所对应的圆心角为60°。所述飞檐结构的一面与二叶子零件431背向模块外壳的一面平齐，飞檐结构的另一面布置有第二加强筋。沿圆周顺时针方向，所述第二加强筋位于所述飞檐结构的左侧，第二加强筋可提高飞檐结构的刚度。各所述第二加强筋分别位于同一条直径的两端，第二区域442的第二加强筋在靠近第一区域441一侧，第五区域445的第二加强筋在靠近第四区域442一侧。

而且所述飞檐结构的整体厚度小于或等于所述卡槽区域内部高度的一半，因此在防脱出模块化接口甲、乙的对接过程中，防脱出模块化接口甲的飞檐结构的正好可嵌入防脱出模块化接口乙的卡槽区域，即可实现甲、乙的配合卡紧，此时防脱出模块化接口甲卡隼411的第一加强筋结构还起到了对防脱出模块化接口乙飞檐结构的定位作用。所述二叶子零件431沿圆周方向均匀布置4个阶梯孔432，二叶子零件431通过阶梯孔432与接口底座实现螺钉连接，所述二叶子零件431与接口底座为同心轴布置方式。二叶子零件431与接口底座固定连接后，两个飞檐结构分别位于第二区域442和第五区域445，前述第二凹坑413在圆周方向上与两个飞檐结构分别位于同一条直径的一端。前述飞檐结构的厚度包括第二加强筋的尺寸。前述飞檐结构的弧度小于或等于卡隼411的弧度。

进一步，所述接口底座中央布置有第一通孔414，所述第一通孔414为圆形通孔。所述二叶子零件431上布置有3个第二通孔433，所述第二通孔433 的形状、大小相同，且均为圆形通孔。所述第二通孔443的长度大于二叶子零件的厚度，在二叶子零件431背向模块外壳的一面，第二通孔433的端面与二叶子零件431表面平齐，在二叶子零件431朝向模块外壳的一面，第二通孔433的端面高出二叶子零件的表面。所述第二通孔433排布成的直线与二叶子零件431平面图形的对称轴的夹角大于0°，每个第二通孔433可安放一个弹簧针。所述弹簧针与穿过第一通孔414的电源线路和通讯线路焊接，三个第二通孔433中的弹簧针依次与火线、地线、信号线一一对应。在所述二叶子零件431背向模块外壳的表面布置有一个三角形凹坑434，靠近所述三角形凹坑434的一个第二通孔433是安放与信号线焊接的弹簧针，所述三角形凹坑434作为信号线的标识，防止线路安装错误，以此保证防脱出模块化接口甲、乙配合完成机械连接后，两个接口上的各弹簧针通过三个第二通孔433能够一一对准接触，实现电源和通讯连接成功，保证通讯连接和机械连接同步完成。前述信号线就是通讯线路。

进一步，所述防脱出模块化接口还包括防脱出机构，所述防脱出机构包括弹簧支撑柱421和弹簧卡扣。所述弹簧支撑柱421的下端与模块外壳的侧壁通过螺钉固定连接，弹簧支撑柱的上端为第一凸台，第一凸台上套有一个弹簧422，所述弹簧422的下端被所述第一凸台的台阶顶住。所述弹簧卡扣包括位于所述圆周区域外的按键423和位于所述圆周区域内的扇形凸块424，所述按键423从第三通孔416伸出，所述扇形凸块424从扇形通孔415伸出，所述弹簧422的上端与按键423抵接。所述第三通孔布416布置在所述模块外壳上的圆形区域以外，所述扇形通孔415布置在所述接口底座上。受弹簧422支撑，所述按键423从模块外壳上的第三通孔416伸出，所述扇形凸块424从扇形通孔415伸出，由于模块外壳的限位作用，所述弹簧卡扣无法从扇形通孔415和第三通孔416脱出。所述扇形凸块424可以阻挡防脱出模块化接口甲、乙的分离，所述扇形凸块424可视为具有防脱出功能的卡紧端。

所述防脱出机构的具体工作方式为防脱出模块化接口甲的扇形凸块阻挡防脱出模块化接口乙的卡隼逆时针旋出，相应的，防脱出模块化接口乙的扇形凸 块阻挡防脱出模块化接口甲的卡隼逆时针旋出；按压按键423时，弹簧422压缩，扇形凸块424下行至与接口底座上表面平齐的位置，此时防脱出模块化接口甲不动，乙沿逆时针旋转，即可实现连接分离。通过上述对防脱出模块化接口的结构和连接方式的分析可以发现，由于设计了防脱出机构，接口可以更加稳定连接。

前述第一区域441、第二区域442、第三区域443、第四区域444、第五区域445和第六区域446依次为所述圆周区域的边缘沿逆时针方向划分的六个区域。所述两个卡隼411分别位于第一区域441和第四区域444，所述扇形通孔415位于第三区域443，所述二叶子零件431安装固定后，所述两个飞檐结构分别位于第二区域442和第五区域445。

进一步，防脱出模块化接口甲与防脱出模块化接口乙对接后，防脱出模块化接口甲的第三区域443与防脱出模块化接口乙的第六区域446匹配，防脱出模块化接口甲的第三区域443与防脱出模块化接口乙的第六区域446之间形成一个空腔区域。防脱出模块化接口甲的扇形凸块424从所述扇形通孔415伸出后处于所述空腔区域，所述扇形凸块424具有卡紧的作用。

进一步，所述第一防脱出模块化接口17包括接口底座，该接口底座上并未布置有扇形通孔416，所述第一防脱出模块化接口17不具有前述防脱出机构，因此第一防脱出模块化接口17的防脱出功能主要是通过对接卡扣来实现。第二防脱出模块化接口包括接口底座和防脱出机构。

进一步，所述底座12的上端通过若干个螺钉将驱动架14固定安装，所述驱动架14为长方体框架，所述驱动装置13布置在驱动架14内部，并通过螺钉与驱动架14固定。所述输出传动机构包括与驱动装置13的输出轴连接的齿轮轴15和下端与齿轮轴15啮合异型轴16，所述异型轴16位于所述小型回转关节模块1的中心轴处。所述齿轮轴15呈竖直方向布置，齿轮轴15的下端为圆柱，齿轮轴15的上端为齿轮。所述齿轮轴15并不位于所述小型回转关节模块1的中心轴位置，而是有所偏离。所述异型轴16沿中心轴布置有第四通孔，异型轴16套接在驱动架14上端的第二凸台，异型轴16下端为与齿轮轴5上端齿 轮相啮合的齿轮结构。因此，驱动装置13可通过一对齿轮啮合传动将动力传递至所述小型回转关节模块1的中心轴处。

进一步，所述外壳11的顶端布置有圆孔，所述圆孔中布置有深沟球轴承18，所述深沟球轴承18的内圈与所述第一防脱出模块化接口17配合。异型轴16的上端为第三凸台，所述第三凸台上端为棱柱，第一防脱出模块化接口17下端表面布置有与所述棱柱相匹配的凹槽，因此通过上述结构驱动装置13可将扭矩输送至外壳11的对外连接端。

前述第二凸台沿中心轴布置有第五通孔，电源线、信号线可分别通过第四通孔和第五通孔伸出。前述齿轮轴15通过花键配合与驱动装置13的输出轴连接。

所述第一防脱出模块化接口17的模块外壳就是外壳11，第二防脱出模块化接口的模块外壳就是底座12。前述第一防脱出模块化接口17与外壳11为分离式结构，因此受所述驱动装置13传送的扭矩作用，第一防脱出模块化接口17可以转动。第二防脱出模块化接口与底座12可以为分离式结构，也可以为一体式结构，本实施例中采用的一体式结构。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。