一种限位装置、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，靠自身动力和控制能力来实现各种功能。

现有技术中机器人一般使用固定式限位结构来限制机器人关节的转动角度，从而使机器人只能工作或停止在规定的工作空间中。但若使用了固定式限位结构，机器人关节转动的角度只能小于360度。而对于关节转动角度大于等于360度的机器人而言，若在某一角度出现电机编码器零位意外丢失，易导致机器人难以回到零位，此时如果机器人关节继续转动，往往会扯断机器人的线缆，导致机器人不能正常使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种限位装置、机械臂及机器人，避免因为掉电等原因引起的机械臂内线缆过度缠绕、扭曲。

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：

旋转轴输出件和旋转轴固定件，所述旋转输出件随旋转轴相对于所述旋转轴固定件旋转；

限位件，限制收容在一阻挡区中，所述阻挡区设置于所述旋转轴固定件；

引导件，与所述旋转轴输出件相连接，与所述旋转轴输出件同步运动；

其中，当所述引导件运动到所述阻挡区时，所述引导件带动所述限位件沿所述阻挡区运动，当所述引导件运动到所述阻挡区的一端时，所述限位件与所述阻挡区的边缘处抵接而阻止所述引导件继续运动。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机械臂，所述机械臂包括：

毗邻的两个节肢组件，所述毗邻的两个节肢组件能够相对转动；

限位件，限制收容在一阻挡区中，所述阻挡区设置于所述毗邻的两个节肢组件中的一个节肢组件，或设置于与所述所述毗邻的两个节肢组件中的一个节肢组件相连接的连接件上；

引导件，与所述毗邻的两个节肢组件中的另一个节肢组件相连接，与所述毗邻的两个节肢组件中的另一个节肢组件同步运动；

其中，当所述引导件运动到所述阻挡区时，所述引导件带动所述限位件沿所述阻挡区运动，当所述引导件运动到所述阻挡区的一端时，所述限位件与所述阻挡区的边缘处抵接而阻止所述引导件继续运动。

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，所述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旋转轴固定件上设置阻挡区，用于限制收容限位件，同时还在相对旋转轴固定件旋转的旋转输出件上设置引导件，使得引导件运动到阻挡区时带动限位件运动，同时当引导件运动到阻挡区的一端时，限位件与阻挡区的边缘处抵接而阻止引导件继续运动，从而阻止旋转输出件相对旋转轴固定件转动，避免旋转输出件相对旋转轴固定件过度旋转，因此当该限位装置用于机械臂，例如两个节肢本体分别与旋转输出件和旋转轴固定件相连接时，能够阻止两个节肢本体过度相对旋转，从而避免因为掉电、零位丢失等原因引起的机械臂内线缆过度缠绕、扭曲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

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中限位件的结构示意图；

图4是一应用场景中限位装置的结构示意图；

图5是图1中引导件的结构示意图；

图6是图1中旋转轴固定件的结构示意图；

图7是另一应用场景中限位装置的结构示意图；

图8是本申请机械臂一实施方式的结构示意图；

图9是图8中机械臂的爆炸结构示意图；

图10是图8中沿a-a面的剖视图；

图11是本申请机器人一实施方式的结构示意图。

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2，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。该限位装置100包括：旋转轴输出件110、旋转轴固定件120、限位件130以及引导件140。

旋转轴输出件110与旋转轴(图未示)相连接，在旋转轴的带动下，相对旋转轴固定件120旋转。本申请的限位装置100用于机械臂，具体地，旋转轴输出件110与旋转轴固定件120可以分别与两个节肢本体连接，在旋转轴的带动下，与旋转轴输出件110相连接的节肢本体相对与旋转轴固定件120连接的节肢本体旋转。当然，在其他实施方式中，限位装置100还可以用于需要限制转动角度的设备。

现有技术中，若旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120转动的角度超过了预设的角度范围，则容易发生事故。例如，当分别与旋转轴输出件110、旋转轴固定件120相连接的节肢本体上缠绕有线缆时，若两个节肢本体因为机械臂掉电、零位丢失等原因引起相对过度旋转，即旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120转动的角度超过了预设的角度范围，则线缆易过度缠绕、扭曲，进而发生断裂。

针对该情况，本申请设置了限位件130以及引导件140，限位件130限制收容在阻挡区150中，其中阻挡区150设置于旋转轴固定件120，引导件140与旋转轴输出件130相连接，当旋转轴输出件130旋转时，引导件140与其同步运动。

具体地，限位件130只能在阻挡区150中运动，无法运动到阻挡区150外的其他区域。当引导件140运动到阻挡区150时，引导件140与限位件130的至少部分接触而对限位件130施加作用力，从而带动限位件130沿着阻挡区150运动，当引导件140运动到阻挡区150的一端时，限位件130会与阻挡区150的边缘抵接而阻止限位件130继续运动，从而限位件130停止运动，由于引导件140与限位件130的至少部分接触，因此若引导件140想继续运动，限位件130会对引导件140施加作用力而阻止止引导件140继续运动，又由于引导件140与旋转轴输出件110相连接，因此旋转轴输出件110也会停止相对旋转轴固定件120旋转。

正常情况下，以下列原则设置旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120的旋转角度范围：在正常运转时，若引导件140运动到阻挡区150，限位件130在引导件140的带动下不会运动到阻挡区150的一端。

因此若发生故障而导致旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120旋转超出预定角度范围，则限位件130在引导件140的带动下会运动到阻挡区150的一端，进而阻止引导件140继续运动，间接阻止旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120旋转，避免分别与旋转轴输出件110、旋转轴固定件120相连接的两个节肢本体因为过度旋转而引起诸如线缆过度缠绕、断裂等事故。同时由于引导件140可以沿着阻挡区150运动，因此在本实施方式中，旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120转动的角度可以大于360度，例如旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120转动的角度范围为-190度至190度。

其中，为了减小限位件130沿着阻挡区150运动时受到的摩擦力、延长其使用寿命，限位件130为滚轮130，其中，滚轮130可以是规则形状(如图3a所示)，也可以是不规则形状(如图3b所示，在图3b中限位件130呈台阶状)。当然其他实施方式中，限位件130也可以为滚珠，在此不做限制。

其中，阻挡区150可以为设置在旋转轴固定件120上的凹槽或条形通孔，凹槽或通孔通过配合一些挡板、限位块等结构而限制收容限位件130。

在图4应用场景中，限位件130的至少部分自阻挡区150向垂直旋转轴固定件120所在平面的方向延伸，即限位件130的至少部分自旋转轴固定件120所在的平面凸起而形成凸起部，此时引导件140不与旋转轴输出件110连接的一端，即自由端，越过旋转轴输出件110与旋转轴固定件120之间的缝隙，向旋转轴固定件120所在的平面延伸，与限位件130的凸起部接触。

可选的，在该应用场景中，限位件130采用上图3b中的结构，其一部分被收容在阻挡区150中，另一部分自旋转轴固定件120的表面向外凸起。

可选的，在该应用场景中，阻挡区150可以设置在旋转轴固定件120的任意位置处，只要保证引导件140不与旋转轴输出件110连接的一端能够与限位件130自旋转轴固定件120表面凸起的部分接触即可。如图4a所示，阻挡区150与旋转轴输出件110和旋转轴固定件120之间的缝隙相通；如图4b和图4c所示，阻挡区150与不与旋转轴输出件110和旋转轴固定件120之间的缝隙相通。

在另一应用场景中，限位件130的全部被收容在阻挡区150中，即限位件130没有自旋转轴固定件120的表面向外凸起的部分。

具体地，继续参阅图1和图2，在该应用场景中，旋转轴输出件110与旋转轴固定件120之间设有一环形容置空间160，而阻挡区150为环形容置空间160的部分容置空间150。引导件140不与旋转轴输出件110连接的一端延伸至环形容置空间160，在旋转轴输出件110相对旋转轴固定件120旋转时，引导件140不与旋转轴输出件110连接的一端沿着环形容置空间160运动，当引导件140运动到阻挡区150，即运动到部分容置空间150时，引导件140不与旋转轴输出件110连接的一端与限位件130的至少部分接触，从而可以带动限位件130沿着部分容置空间150运动。

在该应用场景中，结合图1和图5，引导件140包括：与旋转轴输出件110平行且相连接的第一平板141、自第一平板141一侧垂直而立、且向环形容置空间160延伸的第二平板142以及与第二平板142连接且沿环形容置空间160延伸的延伸件143。可选的，第二平板142的高度与环形容置空间160的深度相匹配，保证当引导件140运动到部分容置空间150时，延伸件143能够与限位件130的至少部分接触，从而对限位件130施加作用力。

结合图2和图6，在该应用场景中，旋转轴输出件110包括柱形输出件111，旋转轴固定件120包括环形固定件121，环形固定件121套设在柱形输出件111的外周而使柱形输出件111的外侧壁和环形固定件121的内侧壁构成环形容置空间160。其中柱形输出件111可以是中空结构，也可以是实心结构，在此不做限制。同时，在其他应用场景中，旋转轴输出件110也可以包括的是环形输出件，而不是柱形输出件111。

如图6所示，环形固定件121包括环形面1211和自环形面外周垂直而立的内侧壁，环形固定件121的内侧壁包括第一内侧壁1212和第二内侧壁1213，环形固定件121的第一内侧壁1212和柱形输出件111的外侧壁构成环形容置空间160的部分容置空间150，即阻挡区150，其中，环形固定件121的第一内侧壁1212到柱形输出件110的外侧壁的垂直距离大于环形固定件121的第二内侧壁1213到柱形输出件111的外侧壁的垂直距离。也就是说，部分容置空间150的宽度较环形容置空间160的其他容置空间的宽度大，当限位件130运动到部分容置空间150的一端时，第一内侧壁1211和第二内侧壁1212的过渡段会抵接限位件130，从而保证限位件130被限制收容在部分容置空间150中。可选的，环形面1211的内径与柱形输出件111的外径相等。可选的，为了限位件130与阻挡区150的边缘处抵接时受到的摩擦力，第一内侧壁1211和第二内侧壁1212的过渡段可采用圆滑过渡的结构。

继续参阅图2，第一内侧壁1212处的环形固定件121的厚度小于第二内侧壁1213处的环形固定件121的厚度。此时为了保证限位件130能够全部被收容在阻挡区150中，限位件130任意处的厚度均小于第一内侧壁1212处的环形固定件121的厚度。

同时，限位装置100还包括盖板170，盖板170固定在第一内侧壁1212处的环形固定件121，以使限位件130被收容在部分容置空间150内，此时限位件130的部分会被盖板170所遮挡，起到隐藏、保护的作用。其中，盖板170可以通过螺栓或销钉等可拆卸方式固定在第一内侧壁1212处的环形固定件121处。当出现故障时，可以拆卸盖板170对限位件130进行维修。

可选的，在其他应用场景中，如图7所示，当柱形输出件111为中空结构时，柱形输出件111也可以套设在环形固定件121的外周。可以理解的是，此时除了柱形输出件111与环形固定件121的相对位置不同外，其余结构均可以与上述场景中的结构相同或详细，详见可参见上述应用场景，在此不再赘述。

参阅图8至图9，图8是本申请机械臂一实施方式的结构示意图，图9是图8中机械臂的爆炸结构示意图。该机械臂200包括：节肢组件210、220。

节肢组件210、220能够相对转动，在本实施方式中，两者相对转动的角度可以大于360度。一般而言，会预先设置节肢组件110、120的相对旋转角度，例如-190度至190度，若在机械臂200工作过程中，节肢组件210、220相对转动的角度超过了预设的范围，则与之相连的线缆易过度缠绕、扭曲。

因此与上述实施方式相同，本实施方式设置了限位件230以及引导件240，限位件230限制收容在阻挡区250中，其中阻挡区250设置于两个节肢组件210、220中的一个节肢组件上，或者当该节肢组件存在与其相连接的连接件时，阻挡区250设置在与节肢组件相连接的连接件上，在一应用场景中，连接件为连接两个节肢组件210、220的关节。引导件240与另一节肢组件相连接，当该节肢组件旋转时，引导件240与其同步运动。也就是说，不管两个节肢组件210、220的相对位置如何，一个节肢组件或者与其连接的连接件上设有阻挡区250，另一个节肢组件上设有与其同步运动的引导件240。

在一应用场景中，当校准机械臂200而使其回到零点位置，即使其回到初始位置时，引导件240与该零点位置重合。其中值得注意的是，此处所说的引导件240与零点位置重合指的是：引导件240与两个节肢组件110、120连接处的零点位置重合。当机械臂200包括多个节肢组件时，每两个节肢组件便会存在一个连接处，每个连接处会存在一个零点位置。作为机械臂200运动的基准，零点位置的确定不但是机械臂200正常工作的前提条件，而且极大地影响着机械臂200运功的定位精度。通过将引导件240的位置设置为零点位置，保证在两个节肢组件210、220相对运动的过程中，引导件240相对零点位置偏移的角度即为节肢组件210、220的相对运动角度，从而当因为掉电、零位丢失等原因出现节肢组件210、220之间的转动角度超过最大角度时，引导件240能够及时将限位件230引导到阻挡区250的一端，从而通过限位件230的作用阻止节肢组件110、120的相对运动。

在一应用场景中，当校准机械臂200而使其回到零点位置时，阻挡区250的对称轴经过零点位置。如图9所示，将阻挡区250的两端处分别记为a点和b点，当节肢组件210相对节肢组件220逆时针旋转时，a点到零点位置所形成的弧线对应210相对节肢组件220顺时针旋转时，b点到零点位置所形成的弧线对应的圆心角为节肢组件210相对节肢组件220顺时针转动的最大角度，由于当校准机械臂200而使其回到零点位置时，阻挡区250的对称轴经过零点位置，因此节肢组件210相对节肢组件220顺时针转动的最大角度和节肢组件210相对节肢组件220逆时针转动的最大角度相同，例如均为190度，若以节肢组件210相对节肢组件220顺时针转动为正方向，则节肢组件210相对节肢组件220转动的角度范围为-190度至+190度。可以理解的是，在其他应用场景中，当校准机械臂200而使其回到零点位置时时，阻挡区150的对称轴也可以不经过零点位置，即，此时节肢组件210相对节肢组件220顺时针转动的最大角度和节肢组件210相对节肢组件220逆时针转动的最大角度不同，例如节肢组件210相对节肢组件220转动的角度范围为-100度至+280度。值得注意的是，通过将阻挡区250的对称轴经过零点位置，也便于在出现零位丢失时，通过分析阻挡区250的位置位置找回零位。

在本实施方式中，限位件230、引导件240、阻挡区250与上述限位装置100实施方式中的限位件130、引导件140以及阻挡区150对应相同或类似，详见可参见上述实施方式，在此不再赘述。

与上述实施方式相同，在一应用场景中，限位件230的至少部分自阻挡区250向外延伸，此时阻挡区250可以设置在与之连接的节肢组件或连接件上的任意位置，引导件240不与节肢组件连接的一端延伸至另一节肢组件或连接件，与限位件230自阻挡区250向外延伸的的至少部分接触。

在另一应用场景中，如图10所示，毗邻的两个节肢组件210、220之间设有一环形容置空间260，阻挡区250为环形容置空间260的部分容置空间250。

在该应用场景中，毗邻的两个节肢组件210、220具体包括第一节肢组件210和第二节肢组件220。

第一节肢组件210包括柱形输出件211；第二节肢组件220包括环形固定件221，其中，柱形输出件211、环形固定件221与上述限位装置实施方式中的柱形输出件111、环形固定件121对应相同。可以理解的是，本实施方式中也存在盖板270，且盖板270与上述实施方式盖板170的结构相同，详细的结构可参见上述实施方式，在此不再赘述。

其中，当环形固定件221套设在柱形输出件211的外周而使环形固定件221的内侧壁和柱形输出件211的外侧壁构成环形容置空间260时，第一节肢组件210还包括与柱形输出件211的一端相连的第一节肢本体212，第二节肢组件220还包括与环形固定件121相连接、且沿远离第一节肢本体212方向延伸的第二节肢本体222，第二节肢本体222设有容置腔(图未示)，以使柱形输出件211收容在容置腔内。

其中，机械臂200还包括驱动件280，驱动件280的外壳281与第二节肢本体222不与环形固定件221相连接的一端相连接，驱动件280的输出轴282与收容在第二节肢本体222的容置腔内的柱形输出件211相连接，用于驱动第一节肢本体212相对第二节肢本体222旋转。其中，驱动件280为电机。

可选的，在其他实施方式中，还可以包括更多的驱动件280，例如设置另一个驱动件280驱动第二节肢本体222转动，此时第一节肢本体212和第二节肢本体222可作为一个整体同步转动。

参阅图11，图11是本申请机器人一实施方式的结构示意图，该机器人300包括机器臂200，机械臂200为上述任一项实施方式中的机械臂200，具体内容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。