一种二维升降运动机构的制作方法

本实用新型涉及一种二维升降运动机构，应用于玩具机器人上，用于控制机器人的头部和腰部的联动伸缩。

背景技术：

现有的玩具机器人运动功能简单，一般只有头部的转动功能,而没有如头部与腰部的伸缩等互动功能，通常若要完成复杂精密的运动则需要扩大机器人的外形尺寸以设置较大的空间来放置各个部位的传动和导向机构，但是过大尺寸外形的机器人作为玩具则显得较为笨拙，而且复杂的传动和导向机构大大增加了机器人的制造成本，降低了产品的市场竞争力。

公开号为CN203237156U的中国实用新型专利提供了一种车载机器人的三螺杆升降装置。该车载机器人安装在车体上,所述的升降装置包括上固定板、下固定板、升降旋转螺杆、安装下固定板下表面的马达及由马达带动变速传动齿轮组，所述的升降旋转螺杆设有3根，3根升降旋转螺杆上固定板和下固定板的周侧，升降台上设有与升降旋转螺杆相对应螺纹孔，升降旋转螺杆穿过升降台的螺纹孔，车载机器人安装升降台上表面，上固定板中间设有机器人升降口，本实用新型通过马达同时带动两组变速传动齿轮组同速转动，并通过两组变速传动齿轮组带动3根升降旋转螺杆转动，从而控制安装升降台车载机器人的升降，采用3根升降旋转螺杆，使得升降台升降稳定性非常高。该专利公开的三螺杆升降装置只能对机器人的一个部位进行升降运动，若要同时对两个不同部位分别进行升降运动，则需要另外安装驱动装置，设备成本较高，体积较大。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中玩具机器人的头部和腰部不能在有限体积下进行伸缩运动的缺陷，从而提供一种二维升降运动机构；该二维升降运动机构结构简单，整体尺寸小，制造及装配成本较低，并且可以精确的实现腰部和头部的升降运动。

一种二维升降运动机构，包括：上轴座、下轴座和用于安装所述上轴座和所述下轴座的固定架，所述固定架由上支撑板、下支撑板和支撑柱组成，所述固定架的下支撑板上分别设有带动所述上轴座伸缩的第一升降机构以及带动所述下轴座伸缩的第二升降机构，所述第一升降机构与所述第二升降机构间设有联动装置。

优选地：所述联动装置包括：

驱动机构，设于所述第一升降机构和所述第二升降机构之间的下支撑板上；

主动齿轮，与所述驱动机构相连接；

第一从动齿轮，与所述主动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第一升降机构进行运动；

第二从动齿轮，与所述第一从动齿轮相啮合，安装于所述下支撑板的下表面并带动所述第二升降机构进行运动。

进一步地：所述第一升降机构包括第一升降螺旋杆以及与所述第一升降螺旋杆相配合的第一螺母，所述第一升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第一从动齿轮相啮合，所述第一螺母与所述上轴座固定连接；所述第一升降螺旋杆随所述第一从动齿轮进行旋转，所述第一螺母随所述第一升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述上轴座进行伸缩；

所述第二升降机构包括第二升降螺旋杆以及与所述第二升降螺旋杆相配合的第二螺母，所述第二升降螺旋杆穿过所述下支撑板与所述第二从动齿轮相啮合，所述第二螺母与所述下轴座固定连接；所述第二升降螺旋杆随所述第二从动齿轮进行旋转，所述第二螺母随所述第二升降螺旋杆的旋转进行升降运动，从而带动所述下轴座进行伸缩。

进一步地：所述第一螺母的侧壁至少一处铣平面，所述上轴座上设有与所述第一螺母形状相匹配的第一螺母安装孔，所述第一螺母与所述第一螺母安装孔配合连接；所述第二螺母的侧壁至少一处铣平面，所述下轴座上设有与所述第二螺母形状相匹配的第二螺母安装孔，所述第二螺母与所述第二螺母安装孔配合连接。

进一步地：所述第一升降螺旋杆和所述第二升降螺旋杆均为梯形丝杆，所述第一螺母和所述第二螺母均为梯形螺母。

优选地：所述固定架的上支撑板与下支撑板间还设有分别与所述上轴座相连接的第一导向轴以及与所述下轴座相连接的第二导向轴，所述第一导向轴用以支撑并引导所述上轴座进行直线运动，所述第二导向轴用以支撑并引导所述下轴座进行直线运动。

进一步地：所述上轴座和所述下轴座分别通过直线轴承或直线衬套与所述第一导向轴或第二导向轴进行过盈配合。

进一步地：所述第一导向轴为两个，两个所述第一导向轴对称的设置于所述第一升降机构的两侧；所述第二导向轴为四个，四个所述第二导向轴对称的设置于所述第二升降机构的四周。

优选地：所述固定板的上下两侧分别设有第一光耦和第二光耦，所述上轴座上设有一与所述第一光耦和所述第二光耦相配合的光耦挡片，所述第一光耦和所述第二光耦分别通过所述光耦挡片的运动控制所述上轴座和所述下轴座的升降行程。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的第一升降机构与第二升降机构之间设置联动装置，首先实现了与上轴座相连接的头部及与下轴座相连接的腰部同时进行伸缩运动，使得机器人可以完成较多的动作；其次，联动装置的设置简化了机器人内部结构，使其仅采用一套驱动机构驱动联动装置即可实现机器人头部和腰部的伸缩，避免了传统中若要实现机器人腰部与头部共同伸缩必须采用两套驱动机构和两套执行机构来完成的缺陷，从而通过一个联动机构驱动两个维度，降低了成本，有效的缩减了机器人的尺寸，并降低了机器人的制造及装配成本，使其在有限的机器人壳体内自如地实现机器人头部和腰部的二维直线升降功能；

2、本实用新型联动机构位置的设置进一步节省了二维升降运动机构的占用体积，其中将驱动机构置于第一升降机构和第二升降机构之间，并用主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮之间的配合传递驱动机构动力使第一升降机构和第二升降机构进行联动，使驱动机构距离传动的升降机构(第一升降机构、第二升降机构)距离最近，缩小了传动齿轮(主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮)的直径，减少了二维升降运动机构的尺寸,传动效率更高，即使较小扭矩的微型电机也可以实现驱动，降低了能耗和成本；

3、本实用新型的第一升降机构和第二升降机构均为升降螺旋杆(第一升降螺旋杆、第二升降螺旋杆)和螺母(第一螺母、第二螺母)，通过升降螺旋杆及齿轮(第一从动齿轮、第二从动齿轮)之间的配合进行运动，如此，当机器人的头部和腰部升降幅度不同时，便可通过调节与其对应的齿轮齿数或升降螺旋杆的导程来控制，使得头部和腰部两个维度的直线运动在同一驱动机构的驱动下完成不同的行程要求；

4、本实用新型重新设计了螺母(第一螺母、第二螺母)与轴座(上轴座、下轴座)之间的固定方式，传统的固定方式是通过法兰盘固定，使得螺母尺寸较大，加工费用较高；本实用新型通过在螺母的的侧壁至少一处铣平面，对应地，螺母安装孔(第一螺母安装孔、第二螺母安装孔)内也设有与螺母侧壁铣平面处对应的平面，在螺母将升降运动穿递给轴座的同时有效的避免了螺母与轴座之间的转动；螺母铣平面的设置也使得螺母耗材较少，加工难度较低，进一步降低了二维升降运动机构的外形尺寸；

5、本实用新型在固定架的上支撑板与下支撑板间设置用以支撑并引导上轴座进行直线运动的第一导向柱，以及用以支撑并引导下轴座进行直线运动的第二导向柱，从而相对于公开号为CN203237156U的中国实用新型专利来说，无需对每一个维度的直线运动设置三个传动机构即可实现升降运动的平稳进行；

6、本实用新型的导向柱(第一导向柱、第二导向柱)采用直线导轨与直线轴承或者直线衬套配合，进一步缩小了体积降低了成本；第一导向柱和第二导向柱分别设置为两个，并相应对称的布置在升降机构(第一升降机构、第二升降机构)的两侧，进一步提高了头部和腰部伸缩时的稳定性；

7、本实用新型在固定板的上下两侧分别设有第一光耦和第二光耦来作为头部和腰部伸缩的阈值标记，当光耦挡片随着上轴座向上运动到达第一光耦高度时会遮挡第一光耦，第一光耦随之发出信号给控制器，控制器控制电机反向运转，光耦挡片便随着上轴座向下运动，当达到第二光耦高度时，光耦挡片会遮挡第二光耦，第二光耦随之发送信号给控制器，控制器再次控制电机反向运转，以此类推，实现对腰部和头部的伸缩范围进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。

图1为本实用新型一种实施方式的透视图；

图2为本实用新型另一种实施方式的透视图；

图3为图1或图2所示的第一升降机构的结构示意图；

图4为图1或图2所示的上轴座的结构示意图；

图5为图1或图2所示的下轴座的结构示意图。

附图标记说明：

1、上轴座；11、第一螺母安装孔；111、第一止转平面；12、光耦挡片；13、第一轴孔；2、下轴座；21、第二螺母安装孔；211、第二止转平面；22、第二轴孔；3、固定架3；上支撑板31；下支撑板32；支撑柱33；4、第一升降机构；41、第一升降螺旋杆；42、第一螺母；421、铣平面；5、第二升降机构；6、联动装置；61、驱动装置；62、主动齿轮；63、第一从动齿轮；64、第二从动齿轮；7、第一导向轴；8、第二导向轴；9、第一光耦；10、第二光耦。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，一种二维升降运动机构，包括上轴座1、下轴座2和用于安装上轴座1和下轴座2的固定架3，固定架3由上支撑板31、下支撑板32和支撑柱33组成，固定架3的下支撑板32上分别设有带动上轴座1伸缩的第一升降机构4以及带动下轴座2伸缩的第二升降机构5，第一升降机构4与第二升降机构5间设有联动装置6。

本实用新型的第一升降机构4与第二升降机构5之间设置联动装置6，首先实现了与上轴座1相连接的头部及与下轴座2相连接的腰部同时进行伸缩运动，使得机器人可以完成较多的动作；其次，联动装置6的设置简化了机器人内部结构，使其仅采用一套驱动机构驱动联动装置即可实现机器人头部和腰部的伸缩，避免了传统中若要实现机器人腰部与头部共同伸缩必须采用两套驱动机构和两套执行机构来完成的缺陷，从而通过一个联动机构6驱动两个维度，降低了成本，有效的缩减了机器人的尺寸，并降低了机器人的制造及装配成本，使其在有限的机器人壳体内自如地实现机器人头部和腰部的二维直线升降功能。

其中，如图1所示，联动装置6包括：驱动机构61，驱动机构61可以设置为电机，讲电机设于第一升降机构4和第二升降机构5之间的下支撑板32上；使驱动机构61距离传动的升降机构(第一升降机构4、第二升降机构5)距离最近；联动装置6还包括与驱动机构61相连接的主动齿轮62；与主动齿轮62相啮合的第一从动齿轮63，第一从动齿轮63安装于下支撑板32的下表面，其在主动齿轮62的驱动下可带动第一升降机构4进行运动；以及与第一从动齿轮63相啮合的第二从动齿轮64，第二从动齿轮64对应于第二升降机构5安装于下支撑板32的下表面并带动第二升降机构5进行运动。本实用新型采用将安装于第一升降机构4和第二升降机构5之间下支撑板32上的驱动机构61、主动齿轮62、第一从动齿轮63和第二从动齿64轮作为联动装置，缩小了传动齿轮(主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮)的直径，减少了二维升降运动机构的尺寸,传动效率更高，即使较小扭矩的微型电机也可以实现驱动，降低了能耗和成本；

如图3所示，第一升降机构4包括第一升降螺旋杆41以及与第一升降螺旋杆41相配合的第一螺母42，第一升降旋杆41穿过下支撑板32与所述第一从动齿轮63相啮合，第一螺母与上轴座1固定连接；第一升降螺旋杆41随第一从动齿63轮进行旋转，第一螺母42随第一升降螺旋杆41的旋转进行升降运动，从而带动上轴座1进行伸缩；第二升降机构5与第一升降机构结构相同，可参照附图3，第二升降机构5包括第二升降螺旋杆(对应41)以及与第二升降螺旋杆(对应41)相配合的第二螺母(对应42)，第二升降螺旋杆(对应41)穿过下支撑板32与所述第二从动齿轮64相啮合，所述第二螺母(对应42)与所述下轴座2固定连接；所述第二升降旋杆(对应41)随所述第二从动齿64轮进行旋转，所述第二螺母(对应42)随所述第二升降旋螺旋杆(对应41)的旋转进行升降运动，从而带动所述下轴座2进行伸缩。

本实用新型的第一升降机构4和第二升降机构5均为升降螺旋杆(第一升降螺旋杆41、第二升降螺旋杆)和螺母(第一螺母42、第二螺母)，通过升降螺旋杆及齿轮(第一从动齿轮63、第二从动齿轮64)之间的配合进行运动，如此，当机器人的头部和腰部升降幅度不同时，便可通过调节与其对应的齿轮齿数或升降螺旋杆的导程来控制，使得头部和腰部两个维度的直线运动在同一驱动机构61的驱动下完成不同的行程要求；

作为可选择的实施例，本实用新型采用以下方式来将第一螺母42与上轴座1(第二螺母与下轴座2之间)进行固定，首先，在第一螺母42的侧壁至少一处铣平面，然后在上轴座1上开设与第一螺母42形状相匹配的第一螺母安装孔11，第一螺母安装孔11上设置有第一止转平面111；第一螺母42与第一螺母安装孔11进行过盈连接；本实用新型避免了传统采用法兰盘进行固定方式所带来的螺母尺寸较大，加工费用较高的缺陷；通过在螺母的的侧壁至少一处铣平面，对应地，螺母安装孔(第一螺母安装孔11、第二螺母安装孔21)内也设有与螺母侧壁铣平面处对应的止转平面(第一止转平面111、第二止转平面211)，在螺母(第一螺母42、第二螺母)将升降运动穿递给轴座(上轴座1、下轴座2)的同时有效的避免了螺母与轴座之间的转动；由此，在有效传动的同时降低了螺母的耗材，加工难度较低，进一步降低了二维升降运动机构的外形尺寸；当然为了进一步的止转，还可以将第一螺母42的侧壁与上轴座1通过螺钉进行加固。同理，第二螺母与下轴座2之间的固定方式与第一螺母42和上轴座1之间的固定方式一致。为了进一步的降低生产成本，在本实施例中第一升降螺旋杆41和第二升降螺旋杆采用梯形丝杆，第一螺母42和第二螺母采用梯形螺母。

如图2所示，为了进一步的增加本实用新型头部及腰部在升降时的稳定性能，在固定架3的上支撑板31与下支撑板32间还设有分别与上轴座1相连接的第一导向轴7以及与下轴座2相连接的第二导向轴8，第一导向轴7以及第二导向轴8均为直线导轨，如图4所示，上轴座1上开设第一轴孔13；第一轴孔13通过直线轴承或直线衬套与第一导向轴7进行过盈配合；第一导向轴7用以支撑并引导上轴座1进行直线运动，第二导向轴8用以支撑并引导下轴座2进行直线运动，如图5所示，下轴座2上开设第二轴孔22，第二轴孔22通过直线轴承或直线衬套与第二导向轴8进行过盈配合。本实用新型采用直线导轨(第一导向轴7、第二导向轴8)与直线轴承或者直线衬套配合，进一步缩小了体积降低了成本。当然考虑到上轴座1或下轴座2在升降运动时，一侧为引导直线运动的导向轴(第一导向轴7、第二导向轴8)，另一侧为作为传动机构的升降机构(第一升降机构4、第二升降机构5)，两侧受力不一致还会出现晃动的情况，且头部与腰部的承重不同，因此，可设置两个第一导向轴7和四个第二导向轴8，将升降机构(第一升降机构4、第二升降机构5)设置于轴座(上轴座1、下轴座2)的中部，两个第一导向轴7对称的设置于第一升降机构4的两侧，四个第二导向轴8均匀的分布于第二升降机构5的四周。

如图1所示，为了使机器人的头部和腰部在规定范围内进行伸缩运动，本实用新型在固定板3的上下两侧分别设置第一光耦9和第二光耦10，所述上轴座1上设有一与第一光耦9和第二光耦10相配合的光耦挡片12，当光耦挡片12随着上轴座1向上运动到达第一光耦9高度时会遮挡第一光耦9，第一光耦9随之发出信号给控制器，控制器控制电机61反向运转，光耦挡片12便随着上轴座1向下运动，当达到第二光耦10高度时，光耦挡片12会遮挡第二光耦10，第二光耦10随之发送信号给控制器，控制器再次控制电机61反向运转，以此类推，实现对腰部和头部的伸缩范围进行控制。

综上，本实用新型的安装及工作原理为：上支撑板31与下支撑板32通过支撑柱33连接构成固定架3，在固定架31的上支撑板31与下支撑板32之间设置两个第一导向轴7和两个第二导向轴8，其中两个第一导向轴7对称的设置在第一升降机构4的两侧，两个第二导向轴8对称的设置在第二升降机构5的两侧，上轴座上开设两个对应于第一导向轴7的第一轴孔13以及一个对应于第一升降机构4的第一螺母安装孔11，第一轴孔13通过直线衬套或直线轴承与第一导向轴7进行过盈配合连接，第一螺母安装孔11通过第一螺母42进行过盈配合连接，第一螺母安装孔11内设置第一止转平面111，同理下轴座2的安装方式也如此，第一升降机构4的下方设置有驱动其旋转的第一从动齿轮63，第二升降机构5的下方设置有驱动器运动的第二从动齿轮64，其中第一从动齿轮63由电机61直接带动的主齿轮62驱动，第二从动齿轮63由第一从动齿轮64带动，电机61、主齿轮62、第一从动齿轮63、第一从动齿轮64结合构成驱动第一升降机构4和第二升降机构5运动的联动装置6，第一升降机构4由第一升降螺旋杆41和与其相配合的第一螺母42构成，第一升降螺旋杆41将旋转运动转换为第一螺母42的升降运动，上轴座1通过与第一螺母42的固定连接实现机器人头部的伸缩运动，同理下轴座2通过与第二螺母的固定连接实现机器人腰部的伸缩运动，当机器人的头部和腰部升降幅度要求不同时，可通过调节与相应的齿轮齿数或升降螺旋杆的导程来控制，使得头部和腰部两个维度的直线运动在同一驱动机构的驱动下完成不同的行程要求，至于头部和腰部的伸缩范围的控制，可以在上轴座1上设置光耦挡片12，在固定架3的不同高度处设置第一光耦9和第二光耦10，当光耦挡片12随着上轴座1向上运动到达第一光耦9高度时会遮挡第一光耦9，第一光耦9随之发出信号给控制器，控制器控制电机61反向运转，光耦挡片12便随着上轴座1向下运动，当达到第二光耦10高度时，光耦挡片12会遮挡第二光耦10，第二光耦10随之发送信号给控制器，控制器再次控制电机61反向运转，以此类推，实现对腰部和头部的伸缩范围进行控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。