CN111555546A - 一种四足机器人专用低成本控制直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四足机器人专用低成本控制直流电机，包括电机后盖和电机主腔体所述电机主腔体设置有电机控制板，霍尔阵列板，转子，定子和行星减速器，所述霍尔阵列的检测端设置在输出轴上用以采集机器人的旋转角度参数，所述霍尔阵列的数据输出端与所述电机控制板的数据输入端连接，所述电机控制板的控制输出端与所述转子的输入端连接，所述转子输出端与所述定子的输入端连接，所述定子的输出端与所述行星减速器的输入端连接。本发明通过采用类似花键的传力形式，传力结构可靠，行星减速器输出轴端注油孔方式方便进行加油操作，霍尔阵列板与电机控制板实现四足机器人的低成本伺服角度控制方式提高了四足机器人的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人领域，具体地说，是涉及一种四足机器人专用低成本控制直流电机。
背景技术
四足机器人通常有多个电机，然而电机是四足机器人核心部件，其性能直接影响到四足机器人的动力和控制性能；四足机器人需要电机输出输出功率密度大、惯性小、高强度和高可靠性,但是存在螺栓传力不可靠，行星减速器容易进粉尘造成减速器的精度下降，总是需要在固定同一个位置启动的问题。因此，需要一种针对四足机器人专用低成本控制直流电机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四足机器人专用低成本控制直流电机。
本发明包括电机后盖和电机主腔体，所述电机主腔体设置有电机控制板，霍尔阵列板，转子，定子和行星减速器，所述霍尔阵列的检测端设置在输出轴上用以采集机器人的旋转角度参数，所述霍尔阵列的数据输出端与所述电机控制板的数据输入端连接，所述电机控制板的控制输出端与所述转子的输入端连接，所述转子输出端与所述定子的输入端连接，所述定子的输出端与所述行星减速器的输入端连接。
进一步地，所述行星减速器包括行星减速器上盖组件，第一行星架组件，行星减速器齿轮组件和第二行星架组件，所述定子与所述行星减速器齿轮组件连接，所述行星减速器齿轮组件设置在第一行星架组件和第二行星架组件形成的保护腔体内。
进一步地，所述转子部分包覆盖与所述定子上。
进一步地，所述第一行星架组件上设置有行星架密封盖，密封O型圈，形成旋转动密封。
进一步地，第二行星架组件上设置有注油结构，所述注油结构包括注油孔，注油塞和油塞O形密封圈，所述第二行星架组件的环形圆槽内设置有至少两个通孔用以保持注油时的空气压平衡。
进一步地，所述电机后盖的圆盘上设置有螺栓孔，外沿上依次环状整列设置有U形凸台和螺纹孔，电机后盖连接板上设置有与电机后盖配合连接的电机后盖连接板凹槽和电机后盖连接板凸台。
进一步地，所述霍尔阵列板用于检测输出轴旋转角度位置，电机控制板与霍尔阵列板通过串口数据实时通信，实现输出角度反馈和精确的力矩控制。
一种四足机器人专用低成本控制直流电机的控制方法，在电机控制板设置有磁性编码器和霍尔阵列板，转子中心处有圆形磁铁，霍尔阵列板和磁性编码器通过检测磁场发生的变化，通过控制策略进而测得转子旋转的角度反馈给电机控制板实现电机正反转的控制角度精度。
进一步地，所述控制策略包括：当电机正常运行时，电机控制板的磁性编码器，通过电机控制板上硬件电路，控制转子的圆形磁铁旋转角度，进而实现电机输出的精确角度控制；当电机突然掉电，然后重新上电时，处于霍尔阵列板的线性霍尔编码器，会检测到磁场信号，此信号会形成特定好的编码，与电机初始编码进行比对，进而测量出输出轴当前的准确角度；霍尔阵列板测量出的结果反馈给电机控制板实现电机正反转的控制角度精度。
进一步地，转子带动行星减速器齿轮组件，通过第二行星架组件输出，磁铁固定于第一行星架组件上。
本发明的有益效果在于：
本发明通过采用类似花键的传力形式，传力结构可靠，行星减速器输出轴端注油孔方式方便进行加油操作，霍尔阵列板与电机控制板实现四足机器人的低成本伺服角度控制方式提高了四足机器人的控制精度。
附图说明
图1为四足机器人电机***图的结构图；
图2为四足机器人的行星减速器结构示意图；
图3为四足机器人可靠传力结构图；
图4为四足机器人膝关节电机和大腿关节电机装配图。
图中：1、电机后盖；2、电机控制板；3、霍尔阵列板；4、电机后盖连接板；5、转子；6、定子；7、行星减速器上盖组件；8、第一行星架组件；9、行星减速器齿轮组件；10、第二行星架组件；11、电机主腔体；7-2、行星架密封盖；7-1、密封O型圈；10-5、注油孔；10-4、注油塞；10-3、油塞O形密封圈；1-2U、形凸台；1-3、螺纹孔；4-1、电机后盖连接板凹槽；4-3、电机后盖连接板凸台；4-4、螺纹通孔；11-1、电机主腔体凹槽。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1所示，本发明包括电机后盖1和电机主腔体11，所述电机主腔体11设置有电机控制板2，霍尔阵列板3，转子5，定子6和行星减速器，所述霍尔阵列3的检测端设置在输出轴上用以采集机器人的旋转角度参数，所述霍尔阵列3的数据输出端与所述电机控制板2的数据输入端连接，所述电机控制板2的控制输出端与所述转子的输入端连接，所述转子输出端与所述定子6的输入端连接，所述定子6的输出端与所述行星减速器的输入端连接。
所述行星减速器包括行星减速器上盖组件7，第一行星架组件8，行星减速器齿轮组件9和第二行星架组件10，所述定子6与所述行星减速器齿轮组件9连接，所述行星减速器齿轮组件9设置在第一行星架组件8和第二行星架组件10形成的保护腔体内。
在本发明专利中，优选地，将传统的内转子直流电机，改为外转子，转子5包裹定子6并将行星减速器(行星减速器上盖组件7，第一行星架组件8，行星减速器齿轮组件9，第二行星架组件10)相结合为一体，为了防止行星减速器运行过程中，免受外面粉尘影响，行星密封腔具有可靠的旋转动密封结构，如图2所示，用行星架密封盖7-2，密封O型圈7-1，密封O形圈7-1与第一行星架组件8形成旋转动密封，电机长期运行，其中行星减速器齿轮啮合需要定期添加润滑油，本结构巧妙的从行星轴输出端设计有注油孔10-5，注油塞10-4，油塞O形密封圈10-3，具体实施，需要更换润滑油时，将输出轴端的两个注油孔打开，实现，当油注入时，一个孔进油，一个孔排气的目的；能够实现有效防止密封油泄露，达到定期更换润滑油，实现齿轮长寿命；结构件采用碳纤维或者轻质铝合金并做减重处理，从而达到达到结构紧凑，整个电机重量轻，行星减速器齿轮寿命长的目的。
如图3和4所示，在本发明专利中，优选地，将花键传力结构进入电机外壳传力设计中四足机器人膝关节电机和大腿关节电机，可以通过定位销孔和螺栓孔1-1可靠并紧凑联结在一起，大腿关节电机扭矩通过电机后盖U形凸台1-2与电机后盖连接板凹槽4-1相配合传递，电机后盖连接板4将扭矩又通过电机后盖连接板凸台4-3与电机主腔体凹槽11-1相配合传递，从而避免螺纹孔1-3和螺纹通孔4-4受更大的剪切力，实现电机结构可靠传力。
所述控制策略包括：当电机正常运行时，电机控制板的磁性编码器，通过电机控制板上硬件电路，控制转子的圆形磁铁旋转角度，进而实现电机输出的精确角度控制；当电机突然掉电，然后重新上电时，处于霍尔阵列板的线性霍尔编码器，会检测到磁场信号，此信号会形成特定好的编码，与电机初始编码进行比对，进而测量出输出轴当前的准确角度；霍尔阵列板测量出的结果反馈给电机控制板实现电机正反转的控制角度精度。
转子带动行星减速器齿轮组件，通过第二行星架组件输出，磁铁固定于第一行星架组件上。
在本发明专利中，优选地，结合先进的矢量控制理论实现四足机器人力矩控制，并结合霍尔阵列板3直接检测输出轴旋转角度位置，电机控制板2与霍尔阵列板3通过串口数据实时通信，实现输出角度反馈和精确的力矩控制。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四足机器人专用低成本控制直流电机，包括电机后盖和电机主腔体，其特征在于，所述电机主腔体设置有电机控制板，霍尔阵列板，转子，定子和行星减速器，所述霍尔阵列的检测端设置在输出轴上用以采集机器人的旋转角度参数，所述霍尔阵列的数据输出端与所述电机控制板的数据输入端连接，所述电机控制板的控制输出端与所述转子的输入端连接，所述转子输出端与所述定子的输入端连接，所述定子的输出端与所述行星减速器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，所述行星减速器包括行星减速器上盖组件，第一行星架组件，行星减速器齿轮组件和第二行星架组件，所述定子与所述行星减速器齿轮组件连接，所述行星减速器齿轮组件设置在第一行星架组件和第二行星架组件形成的保护腔体内。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，转子部分包覆盖与定子上。
4.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，所述第一行星架组件上设置有行星架密封盖，密封型圈，形成旋转动密封。
5.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，第二行星架组件上设置有注油结构，所述注油结构包括注油孔，注油塞和油塞O形密封圈，所述第二行星架组件的环形圆槽内设置有至少两个通孔用以保持注油时的空气压平衡。
6.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，电机后盖上圆盘上设置有螺栓孔，外沿上依次环状整列设置有U形凸台和螺纹孔，电机后盖连接板上设置有与电机后盖配合连接的电机后盖连接板凹槽和电机后盖连接板凸台。
7.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，霍尔阵列板用于检测输出轴旋转角度位置，电机控制板与霍尔阵列板3通过串口数据实时通信，实现输出角度反馈和精确的力矩控制。
8.一种四足机器人专用低成本控制直流电机的控制方法，其特征在于包括在电机控制板设置有磁性编码器和霍尔阵列板，转子中心处有圆形磁铁，霍尔阵列板和磁性编码器通过检测磁场发生的变化，通过控制策略进而测得转子旋转的角度反馈给电机控制板实现电机正反转的控制角度精度。
9.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，所述控制策略包括：当电机正常运行时，电机控制板的磁性编码器，通过电机控制板上硬件电路，控制转子的圆形磁铁旋转角度，进而实现电机输出的精确角度控制；当电机突然掉电，然后重新上电时，处于霍尔阵列板的线性霍尔编码器，会检测到磁场信号，此信号会形成特定好的编码，与电机初始编码进行比对，进而测量出输出轴当前的准确角度；霍尔阵列板测量出的结果反馈给电机控制板实现电机正反转的控制角度精度。
10.根据权利要求1所述的一种四足机器人专用低成本控制直流电机，其特征在于，转子带动行星减速器齿轮组件，通过第二行星架组件输出，磁铁固定于第一行星架组件上。
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| CN202010562342.8A CN111555546A (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 一种四足机器人专用低成本控制直流电机 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112018942A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 德鲁动力科技(海南)有限公司 | 足式机器人腿部驱动电机 |
| CN113001533A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种四足机器人关节动力单元 |
| CN113890429A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-04 | 广东工业大学 | 基于霍尔元件的电机减速器绝对角度拟合***和拟合方法 |
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2020
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