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螺旋形阻挡区，所述螺旋形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螺旋形阻挡区内的弹性本体以及凸出所述弹性本体的凸臂，在所述弹性件与所述第一旋转件同步运动时，所述弹性件的至少一端与所述螺旋形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螺旋形阻挡区相对所述第一旋转件运动而使所述弹性件抵接所述螺旋形阻挡区的一端部。

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螺旋形阻挡区，所述螺旋形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上设置有止挡件，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螺旋形阻挡区内的弹性本体以及凸出所述弹性本体的凸臂，在所述弹性件的至少一端与所述第一旋转件同步运动时，所述弹性件与所述螺旋形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旋转，则所述弹性件将沿着所述螺旋形阻挡区相对所述第一节肢组件运动而使所述弹性件抵接所述螺旋形阻挡区的一端部。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：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，在相对第二旋转件旋转的第一旋转件上设置螺旋形阻挡区以及弹性嵌设在螺旋形阻挡区内的弹性件，弹性件包括弹性本体以及凸出弹性本体的凸臂，当弹性件与第一旋转件同步运动时，弹性件的至少一端与螺旋形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，则弹性件将沿着螺旋形阻挡区相对第一旋转件运动而使弹性件抵接螺旋形阻挡区的一端部，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

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。

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的部分结构示意图；

图5是一应用场景中限位装置的爆炸结构示意图；

图6是一应用场景中弹性件本体弹性嵌设在螺旋形阻挡区内的截面示意图；

图7是另一应用场景中弹性件本体弹性嵌设在螺旋形阻挡区内的截面示意图；

图8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是又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是一应用场景中第一旋转件在第一视角的爆炸结构示意图；

图12是图11中第一旋转件在第二视角的爆炸结构示意图；

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中限位装置的爆炸结构示意图，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上的螺旋形阻挡区130、弹性嵌设在旋转件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。螺旋形阻挡区130在第一旋转件110相对第二旋转件120的旋转方向上延伸，也就是说，螺旋形阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302在第一旋转件110相对第二旋转件120旋转的方向上间隔设置，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正向或反向旋转超过预定角度时，设置在第一旋转件110上的弹性件140被止挡件150止挡。

弹性件140弹性嵌设在第一旋转件110上，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，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。

弹性件140具体包括弹性本体141以及凸臂142。弹性本体141弹性嵌设在螺旋形阻挡区130中，凸臂142凸出弹性本体141自螺旋形阻挡区130向外延伸。其中，当弹性件140与第一旋转件110保持同步运动时，弹性件140的至少一端与螺旋形阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置。在一应用场景中，弹性件140可以只有一端与螺旋形阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置，也就是说，弹性件140的另一端与螺旋形阻挡区130的第一端部1301或第二端部1302抵接，而在另一应用场景中，弹性件140的两端均与螺旋形阻挡区130的第一端部1301以及第二端部1302呈远离设置，具体地，如图3所示，弹性件140的第一端部1401与螺旋形阻挡区130的第一端部1301具有一距离，弹性件140的第二端部1402与螺旋形阻挡区130的第二端部1302具有一距离。

其中在第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转时，弹性件140在弹性张力下与第一旋转件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朝着某一方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按照原方向运动。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，具体地，由于弹性本体141嵌设在螺旋形阻挡区130内，因此弹性件140将沿着螺旋形阻挡区130相对第一旋转件110运动，当弹性件140沿着螺旋形阻挡区130相对第一旋转件110旋转一定角度后，弹性件140便会抵接螺旋形阻挡区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，若弹性件140只有一端与螺旋形阻挡区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，由于端部与端部的抵接，弹性件140也不会相对第一旋转件110运动。而若弹性件140的两端均与螺旋形阻挡区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，下面均以弹性件140的两端与螺旋形阻挡区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。

继续参阅图2和图3，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，螺旋形阻挡区130设置在圆周壁111的内侧。

弹性件140为滑环140，滑环140包括弹性嵌设在螺旋形阻挡区130内、呈弧形的弹性本体141以及凸出弹性本体141内圈的凸臂142。当第一旋转件110相对第二旋转件120朝着某一方向转动超过预定角度后，凸臂142抵接挺杆150，从而阻止弹性件140继续按照原方向相对第二旋转件120转动。需要说明的是，在本申请中对于凸臂142以及止挡件150的形状不做限制，只要止挡件150能够对凸臂142起到止挡作用即可。可选的，在其他实施方式中，弹性本体141也可以为螺旋形，只要在第一旋转件110与弹性件140同步运行时，弹性本体141的至少一端与螺旋形阻挡区130的第一端部1301和第二端部1302呈远离设置即可。

可选的，参阅图4，图4是另一应用场景中第一旋转件110的部分结构示意图。在该应用场景中，第一旋转件110还包括与圆周壁111垂直的圆环面112，具体地，圆周壁111自圆环面112的外周垂直而立，此时螺旋形阻挡区130既可以设置在圆周壁111的内侧，也可以设置在圆环面112上。当螺旋形阻挡区130设置在圆环面112上时，凸臂142垂直弹性本体141，向远离圆环面112的方向延伸，此时止挡件150可以是设置在第二旋转件120内周壁上的挡板(图未示)，在第一旋转件110相对第二旋转件120朝着某一方向旋转超过预定角度后，挡板与凸臂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，上述均以螺旋形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，螺旋形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5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，螺旋形阻挡区230设置在第一圆周壁2201外侧，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5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，本申请并不限制螺旋形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，止挡件能够与螺旋形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，且螺旋形阻挡区130设置在圆周壁111的内侧进行说明。

其中，本申请中的螺旋形阻挡区130可以是设置在第一旋转件110上的滑轨或者凹槽，当螺旋形阻挡区130是滑轨时，该滑轨为螺旋形，且滑轨设在第一旋转件110的圆周壁111上，弹性件140弹性嵌设在滑轨上，在不受外力时，弹性件140与滑轨保持同步运动，当受到外力时，弹性件140沿着滑轨滑动，但无法运动到滑轨以外的区域。当螺旋形阻挡区130是凹槽时，如图3所示，螺旋形阻挡区130是螺旋形凹槽。其中，为了避免弹性件140相对螺旋形阻挡区130运动的过程中滑出螺旋形阻挡区130，在一应用场景中，当螺旋形阻挡区130为螺旋形凹槽时，该螺旋形凹槽为“内大外小”半闭口式凹槽，具体而言，该螺旋形凹槽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螺旋形凹槽的槽口宽度从而使弹性本体141不会滑出螺旋形阻挡区130。例如，螺旋形阻挡区130的横截面可以为槽口宽度小于槽底宽度的形状，如图6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，也就是接近螺旋形阻挡区130槽口处的部分的宽度，小于下部宽度，也就是小于接近螺旋形阻挡区130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6所示嵌设在螺旋形阻挡区130中。当然在其他应用场景中，弹性本体141还可以部分伸出螺旋形阻挡区130，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螺旋形阻挡区130的槽口宽度，弹性本体141远离螺旋形阻挡区130的槽口处的部分的宽度大于螺旋形阻挡区130的槽口处的宽度，如图7所示。

其中需要说明的是，为了弹性件140能够在螺旋形阻挡区130内相对螺旋形阻挡区130顺利滑动，凸臂142的四周与螺旋形凹槽的槽口之间存在间隙。总而言之，本申请对螺旋形阻挡区和弹性本体横截面的形状并不做限制，只要保证弹性本体在螺旋形阻挡区内相对第一旋转件旋转时不会滑出螺旋形阻挡区即可。

其中，螺旋形阻挡区130的长度越大，第一旋转件110相对第二旋转件120转动的角度范围越大，且在螺旋形阻挡区130的长度一定时，弹性本体141的长度越小，第一旋转件110相对第二旋转件120转动的角度范围越大。

下面结合图8至图10对限位装置100的工作原理进行详细的说明。

参阅图8，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与螺旋形阻挡区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8的基础上相对第二旋转件120逆时针旋转了一定的角度，并在弹性件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，从而弹性件140沿着螺旋形阻挡区130相对第一旋转件110运动，使得弹性件140的第一端部1401抵接螺旋形阻挡区130的第一端部1301，进而使得第一旋转件110无法再按照逆时针相对第二旋转件120旋转。

参阅图10，此时第一旋转件110在图8的基础上相对第二旋转件120顺时针旋转了一定的角度，并在弹性件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，从而弹性件140沿着螺旋形阻挡区130相对第一旋转件110运动，使得弹性件140的第二端部1402抵接螺旋形阻挡区130的第二端部1302，进而使得第一旋转件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与螺旋形阻挡区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和图12，在一应用场景中，第一旋转件110的圆周壁111设置有贯通的视窗113，弹性件140设置有标识部143，在弹性件140与第一旋转件110同步运动时，标识部143不在视窗113的预定区域内，在第一旋转件110相对第二旋转件120旋转而使标识部143进入视窗113的预定区域时作为旋转超限提示。具体地，当第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转时，弹性件140与第一旋转件110保持同步运动而使弹性件140上的标识部143不在第一旋转件110上的视窗113的预定区域中，当第一旋转件110相对第二旋转件120超限旋转而使第一旋转件110即将撞击弹性件140时，第一旋转件110上的标识部143进入视窗113的预定区域而起到提示作用，从而操作者可以通过观察视窗113判断是否需要停止设备，避免第一旋转件110与弹性件140发生撞击。

在图11和图12应用场景中，视窗113的数量为二，两个视窗113偏离螺旋形阻挡区130，且位于螺旋形阻挡区130的同一侧，标识部143为设置在凸臂142上、向视窗113侧延伸的凸柱143，在第一旋转件110相对第二旋转件120旋转未超过预定角度时，凸臂142位置两个视窗113之间。具体地，视窗113偏离螺旋形阻挡区130，当第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转时，由于凸臂142在两个视窗113之间，因此凸柱143不会进入视窗113，当第一旋转件110相对第二旋转件120旋转超过预定角度后，第一旋转件110相对弹性件140旋转，从而凸柱143会进入其中一个视窗113，从而提示操作者第一旋转件110相对第二旋转件120过度旋转，需要及时停止设备，以避免撞击。可选的，此时在一应用场景中，视窗113的数量也可以为一个，当第一旋转件110相对第二旋转件120正常旋转时，凸臂142上的凸柱143正对视窗113的中部区域，当第一旋转件110相对第二旋转件120旋转而使凸柱143偏离视窗113的中部区域时，作为旋转超限提示。

可选的，在其他实施方式中，两个视窗113可以分别正对螺旋形阻挡区130的第一端部1301、第二端部1302设置，此时标识部143包括分别设置在弹性件140的第一端部1401和第二端部1402处的两个色块区，色块区的颜色与色块区周围其他区域的颜色不同。具体地，当操作者从视窗113中观察到弹性件140的第一端部1401或第二端部4102时，即表明弹性件140即将与第一旋转件110发生碰撞，需要在撞击之前停止设备。

其中，螺旋形阻挡区130的第一端部1301和第二端部1302、弹性件140的第一端部1401和第二端部1402均呈平面状以避免弹性件140滑出螺旋形阻挡区130。

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能够相对第二节肢组件320正向和反向旋转。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设置有螺旋形阻挡区330，螺旋形阻挡区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连接的关节)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320组件的旋转方向上。

弹性件340包括弹性嵌设于螺旋形阻挡区330内的弹性本体341以及凸出弹性本体341的凸臂342，在弹性件340与第一节肢组件310同步运动时，弹性件340的至少一端与螺旋形阻挡区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将沿着螺旋形阻挡区330相对第一节肢组件310运动而使弹性本体340抵接螺旋形阻挡区330的一端部。

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，本实施方式中的螺旋形阻挡区330、弹性件340以及止挡件350与前述限位装置实施方式中的螺旋形阻挡区、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。