一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的制作方法

1.本发明涉及可快速插拔与级联的机器人运动臂技术领域，具体是指一种可快速插拔与级联的机器人运动臂。


背景技术：

2.机器人技术与产业的发展是当今国际社会争相占领的制高点，人才储备和研发效率是关键问题之一。然而，对于人才培养，我国目前缺乏高质量的机器人学启蒙产品(玩具)与机器人学知识教学产品(教具)；对于研发，我们又缺乏合适的用于机器人设计开发的快速原型工具。
3.其中一个主要的原因在于：现有的机器人玩具和教育产品往往形态有限、只注重编程，虽然也有模块化，但没有将机器人自由度的概念融入机器人模块，造成针对机器人学的概念难以展示、相关教学难以开展。而对于机器人开发或快速原型工具，往往仅限于仿真，难以快速搭建可与物理环境交互的机器人本体原型。若自行搭建物理原型，又需要协调供电、通信、传感等诸多复杂因素，因此很难快速验证设计效果。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种可快速插拔与级联的机器人运动臂。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种可快速插拔与级联的机器人运动臂：包括a型结构动元，所述a型结构动元呈直筒形，包括公端端盖、公端端盖固定座a、推力轴承、主体框架a、外罩以及母端固定座a；
6.所述公端端盖外端面设有六角柱，所述六角柱的一柱面设有卡位凹槽，所述六角柱的外端面设有的两个输电插孔，分别为正、负极；所述公端端盖内侧设有两根弹力电刷，所述公端端盖的六角柱的四周内侧环面设有环状斜倒扣；
7.所述公端端盖固定座a通过螺丝与公端端盖固定连接，所述推力轴承两端分别与公端端盖以及主体框架a固定连接，所述主体框架a朝向公端端盖固定座a的端面上固定设有外环电极以及内环电极，两根所述弹力电刷分别与外环电极以及内环电极按压滑动配合，所述主体框架a朝向公端端盖固定座a的端部外围台阶上嵌套有标识环，用于标识该结构动元是否带有动力；
8.所述主体框架a内设有电机a，两外侧分别设有主控电路板以及电机驱动与控制电路板，朝向母端固定座a的端部设有近场信号接收电路板以及两根母端盖板插针；所述电机a设有减速器以及编码器，所述减速器通过螺丝固定在主体框架a的端面内侧，所述电机a的动力输出轴通过轴孔螺丝与公端端盖固定座a固定连接；
9.所述外罩套在主体框架a外部，两端分别与标识环的端部外围台阶以及母端固定座a的端部外围台阶嵌套连接，所述外罩靠近母端固定座a设有对称的两个按钮孔；
10.所述母端固定座a由母端端盖以及两个半圆形母端固定座组合而成，所述母端端
盖分别通过螺丝与两个半圆形母端固定座固定连接，所述母端端盖设有六角柱孔，所述近场信号接收电路板呈环形，嵌套在母端端盖上；所述母端固定座a分别通过螺丝与主体框架a的尾端端面固定连接，所述半圆形母端固定座设有按钮支撑座，所述按钮支撑座设有解锁按钮以及锁舌，两个所述解锁按钮分别位于两个按钮孔内，两个所述锁舌均与环状斜倒扣按压卡位配合；
11.包括bl型结构动元，所述bl型结构动元呈直角弯曲l形，包括公端端盖固定座bl、主体框架bl、上外罩bl、下外罩bl以及母端固定座bl；
12.所述bl型结构动元的公端端盖固定座bl位于l形的短边的端部，所述公端端盖固定座bl与公端端盖固定座a在结构功能及装配方式方面相同，公端端盖固定座bl比公端端盖固定座a在结构尺寸方面更长更深；
13.所述主体框架bl呈直角形，在结构功能方面与主体框架a相同，所述主体框架bl内设有电机bl，所述电机bl与电机a结构相同，所述电机bl的减速器具备运动转换结构，所述电机bl的动力输出轴与电机bl本体的轴线正交；
14.所述上外罩bl通过螺丝与主体框架bl固定连接，所述下外罩bl一端通过卡扣与上外罩bl固定连接，另一端与母端固定座bl的端部外围台阶嵌套连接，所述上外罩bl与下外罩bl连接后呈直角弯曲形；所述母端固定座bl与母端固定座a的结构及装配方式相同；
15.所述bl型结构动元的其余各部件的结构及装配方式与a型结构动元的对应相同；
16.还包括br型结构动元，所述br型结构动元呈直角弯曲l形，包括公端端盖固定座br、主体框架br、上外罩br、下外罩br以及母端固定座br；
17.所述br型结构动元的公端端盖固定座br位于l形的长边的端部，所述公端端盖固定座br与公端端盖固定座a结构及装配方式相同，所述主体框架br呈直角形，在结构功能方面与主体框架a相同；
18.所述上外罩br通过螺丝与主体框架br固定连接，所述下外罩br一端通过卡扣与上外罩br固定连接，另一端与母端固定座br的端部外围台阶嵌套连接，所述上外罩br与下外罩br连接后呈直角弯曲形，所述上外罩br与上外罩bl结构不同，所述下外罩br与下外罩bl结构不同，所述母端固定座br与母端固定座a结构及装配方式相同；
19.所述br型结构动元的其余各部件的结构及装配方式与a型结构动元的对应相同。
20.作为改进，所述公端端盖与公端端盖固定座a相对固定，所述标识环、外罩以及母端固定座a相对固定，所述公端端盖与标识环相对转动，所述公端端盖、公端端盖侧的推力轴承座以及电机a的动力输出轴一起构成a型结构动元的固定段，所述主体框架a侧的推力轴承座、标识环、主体框架a、电机a本体、母端固定座a以及其余各部件一起构成a型结构动元的旋转段，所述固定段与旋转段通过推力轴承相对旋转。
21.作为改进，所述六角柱与级联的六角柱孔通过卡位凹槽准确插拔配合，两根所述母端盖板插针与级联的两个输电插孔插接配合通电。
22.作为改进，所述主控电路板用于运行主控程序、提供存储空间、向公端端盖方向进行近场通信发射以及与机器人躯干进行蓝牙通信，所述电机驱动与控制电路板用于驱动电机运动以及运行电机控制程序。
23.作为改进，所述机器人运动臂由a型结构动元、bl型结构动元以及br型结构动元按照特定的数量和交错方式插入级联而成，同时通过按压两个所述解锁按钮使两个锁舌下移
来解锁拔出级联的公端，所述机器人运动臂与机器人躯干连接。
24.本发明与现有技术相比的优点在于：结构动元之间可以相对自由转动，可无限制级联，正实现了机器人“运动自由度”的模块化；各结构动元自带电机驱动控制、主控与通信功能，配合躯干模块，即插即用，并且支持热插拔；结构动元从机器人躯干取电，与躯干形成“一主多从”的架构，运动模块支持多重级联，可快速搭建多自由度的机器人系统；融入“自由度”概念的机器人运动模块，直观地展示机器人学概念，显著提升机器人编程和机器人学教学的效果；机器人构型组合与扩展的空间很大，作为机器人学启蒙性玩具或教具，可玩性丰富，生命周期长；集成了驱动与控制功能的机器人运动模块，支持快速搭建机器人原型，显著提升机器人设计与开发的效率，加快机了器人系统的效能验证，具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
25.图1是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的结构示意图。
26.图2是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的a型结构动元的结构示意图一。
27.图3是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的a型结构动元的结构示意图二。
28.图4是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的a型结构动元的中心线剖视图。
29.图5是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的a型结构动元的装配爆炸图。
30.图6是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的bl型结构动元的结构示意图。
31.图7是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的bl型结构动元的中心线剖视图。
32.图8是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的bl型结构动元的装配爆炸图。
33.图9是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的br型结构动元的结构示意图。
34.图10是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的br型结构动元的中心线剖视图。
35.图11是本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂的br型结构动元的装配爆炸图。
36.如图所示：1、a型结构动元，2、bl型结构动元，3、br型结构动元，4、公端端盖，5、公端端盖固定座a，6、推力轴承，7、主体框架a，8、外罩，9、母端固定座a，10、六角柱，11、卡位凹槽，12、输电插孔，13、弹力电刷，14、环状斜倒扣，15、外环电极，16、内环电极，17、标识环，18、电机a，19、主控电路板，20、电机驱动与控制电路板，21、近场信号接收电路板，22、母端盖板插针，23、按钮孔，24、半圆形母端固定座，25、上外罩br，26、母端端盖，27、六角柱孔，28、按钮支撑座，29、解锁按钮，30、锁舌，31、下外罩br，32、母端固定座br，33、机器人躯干，
34、公端端盖固定座bl，35、主体框架bl，36、上外罩bl，37、下外罩bl，38、母端固定座bl，39、电机bl，40、主体框架br，41、公端端盖固定座br。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明一种可快速插拔与级联的机器人运动臂做进一步的详细说明。
38.结合附图1至图11，一种可快速插拔与级联的机器人运动臂，包括a型结构动元1，所述a型结构动元1呈直筒形，包括公端端盖4、公端端盖固定座a5、推力轴承6、主体框架a7、外罩8以及母端固定座a9；
39.所述公端端盖4外端面设有六角柱10，所述六角柱10的一柱面设有卡位凹槽11，所述六角柱10的外端面设有的两个输电插孔12，分别为正、负极；所述公端端盖4内侧设有两根弹力电刷13，所述公端端盖4的六角柱10的四周内侧环面设有环状斜倒扣14；
40.所述公端端盖固定座a5通过螺丝与公端端盖4固定连接，所述推力轴承6两端分别与公端端盖4以及主体框架a7固定连接，所述主体框架a7朝向公端端盖固定座a5的端面上固定设有外环电极15以及内环电极16，两根所述弹力电刷13分别与外环电极15以及内环电极16按压滑动配合，所述主体框架a7朝向公端端盖固定座a5的端部外围台阶上嵌套有标识环17，用于标识该结构动元是否带有动力；
41.所述主体框架a7内设有电机a18，两外侧分别设有主控电路板19以及电机驱动与控制电路板20，朝向母端固定座a9的端部设有近场信号接收电路板21以及两根母端盖板插针22；所述电机a18设有减速器以及编码器，所述减速器通过螺丝固定在主体框架a7的端面内侧，所述电机a18的动力输出轴通过轴孔螺丝与公端端盖固定座a5固定连接；
42.所述外罩8套在主体框架a7外部，两端分别与标识环17的端部外围台阶以及母端固定座a9的端部外围台阶嵌套连接，所述外罩8靠近母端固定座a9设有对称的两个按钮孔23；
43.所述母端固定座a9由母端端盖26以及两个半圆形母端固定座24组合而成，所述母端端盖26分别通过螺丝与两个半圆形母端固定座24固定连接，所述母端端盖26设有六角柱孔27，所述近场信号接收电路板21呈环形，嵌套在母端端盖26上；所述母端固定座a9分别通过螺丝与主体框架a7的尾端端面固定连接，所述半圆形母端固定座24设有按钮支撑座28，所述按钮支撑座28设有解锁按钮29以及锁舌30，两个所述解锁按钮29分别位于两个按钮孔23内，两个所述锁舌30均与环状斜倒扣14按压卡位配合；
44.包括bl型结构动元2，所述bl型结构动元2呈直角弯曲l形，包括公端端盖固定座bl34、主体框架bl35、上外罩bl36、下外罩bl37以及母端固定座bl38；
45.所述bl型结构动元2的公端端盖固定座bl34位于l形的短边的端部，所述公端端盖固定座bl34与公端端盖固定座a5在结构功能及装配方式方面相同，公端端盖固定座bl34比公端端盖固定座a5在结构尺寸方面更长更深；
46.所述主体框架bl35呈直角形，在结构功能方面与主体框架a7相同，所述主体框架bl35内设有电机bl39，所述电机bl39与电机a18结构相同，所述电机bl39的减速器具备运动转换结构，所述电机bl39的动力输出轴与电机bl39本体的轴线正交；
47.所述上外罩bl36通过螺丝与主体框架bl35固定连接，所述下外罩bl37一端通过卡
扣与上外罩bl36固定连接，另一端与母端固定座bl38的端部外围台阶嵌套连接，所述上外罩bl36与下外罩bl37连接后呈直角弯曲形；所述母端固定座bl38与母端固定座a9的结构及装配方式相同；
48.所述bl型结构动元2的其余各部件的结构及装配方式与a型结构动元1的对应相同；
49.还包括br型结构动元3，所述br型结构动元3呈直角弯曲l形，包括公端端盖固定座br41、主体框架br40、上外罩br25、下外罩br31以及母端固定座br32；
50.所述br型结构动元3的公端端盖固定座br41位于l形的长边的端部，所述公端端盖固定座br41与公端端盖固定座a5结构及装配方式相同，所述主体框架br40呈直角形，在结构功能方面与主体框架a7相同；
51.所述上外罩br25通过螺丝与主体框架br40固定连接，所述下外罩br31一端通过卡扣与上外罩br25固定连接，另一端与母端固定座br32的端部外围台阶嵌套连接，所述上外罩br25与下外罩br31连接后呈直角弯曲形，所述上外罩br25与上外罩bl36结构不同，所述下外罩br31与下外罩bl37结构不同，所述母端固定座br32与母端固定座a9结构及装配方式相同；
52.所述br型结构动元3的其余各部件的结构及装配方式与a型结构动元1的对应相同。
53.所述公端端盖4与公端端盖固定座a5相对固定，所述标识环17、外罩8以及母端固定座a9相对固定，所述公端端盖4与标识环17相对转动，所述公端端盖4、公端端盖4侧的推力轴承6座以及电机a18的动力输出轴一起构成a型结构动元1的固定段，所述主体框架a7侧的推力轴承6座、标识环17、主体框架a7、电机a18本体、母端固定座a9以及其余各部件一起构成a型结构动元1的旋转段，所述固定段与旋转段通过推力轴承6相对旋转。
54.所述六角柱10与级联的六角柱孔27通过卡位凹槽11准确插拔配合，两根所述母端盖板插针22与级联的两个输电插孔12插接配合通电。
55.所述主控电路板19用于运行主控程序、提供存储空间、向公端端盖方向进行近场通信发射以及与机器人躯干33进行蓝牙通信，所述电机驱动与控制电路板20用于驱动电机运动以及运行电机控制程序。
56.所述机器人运动臂由a型结构动元1、bl型结构动元2以及br型结构动元3按照特定的数量和交错方式插入级联而成，同时通过按压两个所述解锁按钮29使两个锁舌30下移来解锁拔出级联的公端，所述机器人运动臂与机器人躯干33连接。
57.本发明在具体实施时，将a型结构动元1、bl型结构动元2以及br型结构动元3按照特定的数量和交错方式插入级联即可组成机器人运动臂，再将机器人运动臂与机器人躯干33连接及完成装配。
58.本可快速插拔与级联的机器人运动臂，结构动元之间可以相对自由转动，可无限制级联，正实现了机器人“运动自由度”的模块化；各结构动元自带电机驱动控制、主控与通信功能，配合躯干模块，即插即用，并且支持热插拔；结构动元从机器人躯干33取电，与躯干形成“一主多从”的架构，运动模块支持多重级联，可快速搭建多自由度的机器人系统；融入“自由度”概念的机器人运动模块，直观地展示机器人学概念，显著提升机器人编程和机器人学教学的效果；机器人构型组合与扩展的空间很大，作为机器人学启蒙性玩具或教具，可
玩性丰富，生命周期长；集成了驱动与控制功能的机器人运动模块，支持快速搭建机器人原型，显著提升机器人设计与开发的效率，加快机了器人系统的效能验证，具有很高的实用价值和推广价值。
59.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。