CN210525099U - 机器人及其驱动机构 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种机器人及其驱动机构。机器人驱动机构，包括电机控制器、电机和减速器，电机控制器与电机的底座相连，减速器与电机的输出端相连，减速器包括公共齿圈、多级行星轮系和输出法兰，公共齿圈具有在行星轮系的旋转轴线上彼此相对的第一端和第二端，第一端与电机的定子相连，输出法兰可转动地设置在第二端，行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，首级行星轮系与电机的转子相连，末级行星轮系与输出法兰相连，多级行星轮系中的行星轮啮合于公共齿圈的内齿。上述机器人驱动机构稳定性强、精度高，输出更加柔性化，能减少在碰撞时的机械损害，并且该机器人驱动机构结构紧凑、整体体积小，能够适应对空间要求更加严格安装环境。

Description

机器人及其驱动机构

技术领域

本公开涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种机器人及其驱动机构。

背景技术

目前，为了实现多关节机器人的运动，在关节处通常会安装驱动器以实现关节多自由度的转动。但现有的驱动器结构复杂，导致自身传动阻抗大，进而使机器人的关节的动作不流畅，出现不确定性的卡滞现象，作业效率低且能量损耗大。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种机器人及其驱动机构，该机器人驱动机构输出流畅且结构紧凑。

为了实现上述目的，本公开提供一种机器人驱动机构，包括电机控制器、电机和减速器，所述电机控制器与所述电机的底座相连，所述减速器与所述电机的输出端相连，所述减速器包括公共齿圈、多级行星轮系和输出法兰，所述公共齿圈具有在所述行星轮系的旋转轴线上彼此相对的第一端和第二端，所述第一端与所述电机的定子相连，所述输出法兰可转动地设置在所述第二端，所述行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，所述首级行星轮系与所述电机的转子相连，所述末级行星轮系与所述输出法兰相连，多级所述行星轮系中的行星轮啮合于所述公共齿圈的内齿。

可选地，所述减速器还包括由碳纤维材料制成的筒状外壳，所述公共齿圈具有外齿，所述外齿通过粘合剂粘接固定在所述外壳中，所述外壳设置在所述电机与所述减速器的外侧，并且从所述公共齿圈的所述第二端沿所述旋转轴线延伸至所述电机的底座。

可选地，所述减速器还包括限定环形轨道的滑轨，所述滑轨固定在所述公共齿圈的所述第二端，所述输出法兰具有靠近所述电机的内端和远离所述电机的外端，所述内端的侧壁与所述末级行星轮系中的行星架的侧壁通过第一轴承或滚珠可转动地支承在所述环形轨道上，所述外端凸出于所述滑轨远离所述电机的端面，用于与外部执行器相连。

可选地，每级所述行星轮系包括太阳轮、三个行星轮和行星架，所述行星架包括圆盘形或三角形的主体部，以及分别与所述行星轮对应的行星轮轴。

可选地，在同一级所述行星轮系中，太阳轮远离所述电机的一端形成有定位轴，行星架靠近所述电机的一侧的中心形成有定位孔，所述定位轴通过第二轴承可转动地插设于所述定位孔中。

可选地，所述首级行星轮系包括首级太阳轮、首级行星轮和首级行星架，所述末级行星轮系包括末级太阳轮、末级行星轮和末级行星架，所述首级太阳轮与所述电机的转子固定连接，所述首级行星架与所述末级太阳轮固定连接，所述末级行星架与所述输出法兰固定连接。

可选地，所述电机为扁平无刷外转子电机，所述减速器包括固定法兰，所述固定法兰固定在所述电机的外转子上，所述首级行星轮系的太阳轮与所述固定法兰固定。

可选地，所述电机控制器包括编码器、集成电路板和散热片，所述编码器与所述电机的所述转子相连，所述集成电路板与所述编码器相连，所述散热片用于为所述集成电路板散热。

可选地，所述电机控制器和所述电机集成在一起，所述电机包括电机壳体和封闭地连接于所述电机壳体的后盖，所述电机的转子和定子设置在所述电机壳体中，所述集成电路板包括第一集成电路板和第二集成电路板，所述第一集成电路板、所述散热片和第二集成电路板依次层叠设置并且容纳在所述后盖中。

可选地，所述电机包括电机壳体、侧盖和后盖，所述电机的转子和定子设置在所述电机壳体中，所述后盖封闭地连接于所述电机壳体的底部，所述侧盖连接于所述电机壳体的侧方，所述集成电路板包括第一集成电路板和第二集成电路板，所述第一集成电路板设置在所述侧盖中并通过所述散热片封闭，所述第二集成电路板穿过所述侧盖并伸入到所述电机壳体中并且邻近于所述后盖的前侧。

本公开的另一方面还提供一种机器人，所述机器人包括如上所述的机器人驱动机构。

通过上述技术方案，本公开提供的机器人驱动机构的减速器包括多级行星轮系，承载能力大，稳定性强，可以获得稳定的柔性输出；并且，本公开的多级行星轮系的行星轮通过同一个公共齿圈保持在太阳轮的周围，能够提高每级行星轮系之间的传动稳定性和精度，使机器人驱动机构的输出更加柔性化，从而减少在碰撞时对机器人驱动机构造成的机械损害。此外，本公开的机器人驱动机构还将电机控制器、电机和减速器三者集成为一体设计，结构紧凑、整体体积小，能够适应对空间要求更加严格安装环境。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施例一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例一中的机器人驱动机构的立体结构图；

图2是本公开实施例一中的机器人驱动机构的主要结构的***图；

图3是本公开实施例一中的机器人驱动机构的输出端的侧视图；

图4是沿图3中A-A线的剖视图；

图5是本公开实施例一中的机器人驱动机构的***图；

图6是本公开实施例一中的机器人驱动机构的另一视角的***图；

图7是本公开实施例一中的行星轮系的***图，其中示出太阳轮和行星架之间的装配组件；

图8是本公开实施例一中的首级太阳轮的结构示意图；

图9是本公开实施例二中的机器人驱动机构的立体结构图；

图10是本公开实施例二中的机器人驱动机构的主要结构的***图；

图11是本公开实施例二中的机器人驱动机构的输出端的侧视图；

图12是沿图3中B-B线的剖视图；

图13是本公开实施例二中的机器人驱动机构的***图；

图14是本公开实施例二中的机器人驱动机构的另一视角的***图；

图15是本公开实施例二中的公共齿圈的结构示意图；

图16是本公开实施例二中的首级行星架的结构示意图；

图17是本公开实施例三中一种实施方式的机器人驱动机构的立体结构图；

图18是本公开实施例三中一种实施方式的机器人驱动机构的主要结构的***图；

图19是本公开实施例三中一种实施方式的机器人驱动机构的输出端的侧视图；

图20是沿图3中D-D线的剖视图；

图21是本公开实施例三中一种实施方式的机器人驱动机构的***图；

图22是本公开实施例三中另一种实施方式的机器人驱动机构的立体结构图；

图23是本公开实施例三中另一种实施方式的机器人驱动机构的主要结构的***图；

图24是本公开实施例三中另一种实施方式的机器人驱动机构的输出端的侧视图；

图25是沿图3中E-E线的剖视图；

图26是本公开实施例三中另一种实施方式的机器人驱动机构的***图。

附图标记说明

1、电机控制器；11、第一集成电路板；12、第二集成电路板；13、散热片；14、后盖；15、侧盖；2、电机；21、电机壳体；22、底座；23、外转子；24、定子绕组；25、线圈；26、位置编码器；3、减速器；30、外壳；31、固定法兰；311、限位柱；32、首级太阳轮；321、连接部；322、齿形部；33、末级太阳轮；34、公共齿圈；341、第一端；342、第二端；343、内齿；344、外齿；35、首级行星轮；351、第三轴承；352、轴套；36、首级行星架；361、首级行星轮轴；362、主体部；363、退刀槽；364、定位轴；365、加强肋条；37、末级行星轮；38、滑轨；381、环形轨道；39、末级行星架；391、末级行星轮轴；392、定位孔；40、输出法兰；401、滚珠；402、密封圈；403、第一轴承；41、第二轴承；42、限位件；43、挡板；44、挡油圈；45、减重孔；51、第一紧固件；52、第二紧固件；C、行星轮系的旋转轴线；

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相应部件轮廓的内与外，“前”是指前侧是靠近机器人驱动机构输出端的一侧，“后”是指与前侧相反的一侧。上述方位词是基于附图所示的方位或位置关系，上述方位词仅是为了便于描述本公开，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公开的限制。使用术语“柔性”是指输出的速度、扭矩等变换平缓、没有突变或间断；“刚性”是指输出不流畅、出现突变或间断等卡滞现象。此外，所使用的术语如“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。

本公开的一种实施方式提供一种机器人驱动机构，如图1至图26所示，包括电机控制器1、电机2和减速器3，电机控制器1与电机2的底座22相连，减速器3与电机2的输出端相连，减速器3包括公共齿圈34、多级行星轮系和输出法兰40，公共齿圈34具有在行星轮系的旋转轴线C上彼此相对的第一端341和第二端342，第一端341与电机2的定子相连，输出法兰40可转动地设置在公共齿圈34的第二端342，行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，首级行星轮系与电机2的转子相连，末级行星轮系与输出法兰40相连，多级行星轮系中的行星轮啮合于公共齿圈34的内齿343。

这里需说明的是，本公开的电机2可以为本领域中能够将电能转换为旋转机械能的任意类型的电机2，例如，可以为内转子电机、外转子电机等，但不仅限于此；其中，电机2的定子是指与电机2的底座22保持相对静止的零部件，例如将在下文中提及的电机壳体21等；电机2的转子是指围绕电机2的中心轴转动的零部件，例如将在下文中提及的电机2的外转子23等。此外，本公开的输出法兰40用于连接外部执行器，例如机器人手臂、机器人的关节等，以通过输出法兰40带动外部执行器执行相应的作业。

通过上述技术方案，本公开提供了一种输出流畅且结构紧凑的机器人驱动机构。该机器人驱动机构的减速器3包括多级行星轮系，行星轮系的承载能力大，稳定性强，通过行星轮系将电机2输出的转速逐级递减，可以获得稳定的柔性输出；并且，相比于相关技术中各级行星轮系均有独立的公共齿圈的方案而言，本公开的多级行星轮系的行星轮通过同一个公共齿圈34保持在太阳轮的周围，能够提高每级行星轮系之间的传动稳定性和精度，使机器人驱动机构的输出更加柔性化。

在实际应用中，安装在机器人驱动机构上的外部执行器通常涉及与环境的高加速度和高负载互动，例如，外部执行器突然启动或急停造成的高加速度，或者，外部执行器在作业时承受的高负载等。由于本公开的机器人驱动机构的输出更柔性化，能够有效地减轻碰撞的刚体冲击，达到缓冲效果，从而减少在碰撞时对机器人驱动机构造成的机械损害。

此外，本公开的机器人驱动机构还将电机控制器1、电机2和减速器3三者集成为一体设计，结构紧凑、整体体积小，能够适应对空间要求更加严格安装环境。不仅如此，电机控制器1集成在电机2的底座22上，只需通过传感器(例如下文中提及的编码器26)或少量排线等装置即可实现对电机2的控制，因此相比于相关技术中分离式的电机控制器和电机，本公开集成式的机器人驱动机构能够有效简化电机控制器1与电机2之间的连线数量和布线难度，且能够使两者之间传递的信号受外界干扰小，控制精度高。

在下文中，将结合附图1至图26详细阐述本公开的机器人驱动机构的多种实施例，具体包括：

实施例一

如图1至图4所示，本公开实施例一提供的机器人驱动机构包括电机控制器1、电机2和减速器3。其中，实施例一以提高机器人驱动机构的传递精度、满足柔性化输出为目的对结构进行设计，基于此，减速器3可以由金属材料制成，选材时需要满足减速器3的强度需求和加工精度，在减速器3中，不同零部件的作用和所需的强度、刚度不同，因此，不同零部件可以选用不同的金属材料制成。

如图1至图6所示，减速器3可以包括公共齿圈34、多级行星轮系和输出法兰40，其中，行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，首级行星轮系与电机2的转子相连，末级行星轮系与输出法兰40相连，多级行星轮系啮合于公共齿圈34的内齿343，电机2的输出端通过多级行星轮系将扭矩和转速传递至输出法兰40，输出法兰40带动机器人的外部执行器执行转动等相关作业。

作为本公开的示例性实施方式，减速器3可以包括两级行星轮系，如图4至图5所示，首级行星轮系包括首级太阳轮32、首级行星轮35和首级行星架36，末级行星轮系包括末级太阳轮33、末级行星轮37和末级行星架39，首级太阳轮32与电机2的转子固定连接，首级行星架36与末级太阳轮33固定连接，末级行星架39与输出法兰40固定连接。

具体地，首级太阳轮32和首级行星轮35布置在首级行星架36和电机2的输出端之间。首级太阳轮32与电机2的转子固定连接并随转子转动，多个首级行星轮35啮合在首级太阳轮32的周围，首级行星架36靠近电机2的一侧具有多个分别与首级行星轮35对应的首级行星轮轴361，首级行星轮35可转动地设置在首级行星轮轴361上。

末级太阳轮33固定在首级行星架36远离电机2的一侧，多个末级行星轮37啮合在末级太阳轮33的周围，末级行星架39靠近电机2的一侧具有多个分别与末级行星轮37对应的末级行星轮轴391，末级行星轮37可转动地设置在末级行星轮轴391上，输出法兰40固定在末级行星架39远离电机2的一侧。

根据上述行星轮系的配合关系，电机2的转子带动首级太阳轮32转动，首级太阳轮32带动首级行星轮35围绕首级太阳轮32公转，首级行星轮35带动首级行星架36转动，首级行星架36带动末级太阳轮33转动，末级太阳轮33带动末级行星轮37围绕末级太阳轮33公转，末级行星轮37带动末级行星架39转动，末级行星架39带动输出法兰40转动。这样，就可以通过行星轮系将电机2输出的扭矩和转速逐级传递至输出法兰40。

上述方案中包括两级行星轮系，行星轮系的级数少，传递效率高，有利于结构小型化。此外，本公开通过两级行星轮系达到减速需求，相对于相关技术中多种齿轮配合的减速器3来说，本公开的行星轮系零部件数量少，能够降低传动过程中因摩擦等因素引起的阻抗，能尽可能使电机2输出的扭矩几乎完全传递至输出法兰40，确保输出法兰40对外部执行器的驱动力。

在本公开的其他实施方式中，首级行星轮系作为减速器3的动力输入端，末级行星轮系作为减速器3的动力输出端，在首级行星轮系和末级行星轮系之间还可以设置有多级中间行星轮系，以改变减速器3的减速比，以使减速器3更好地满足外部执行器与环境之间的高加速度和高负载的互动。这里，本公开对行星轮系的数量不作限制。

针对上述的行星轮系而言，本公开对行星轮系的部分结构进行了优化，以提高减速器3的稳定性和精度，满足柔性输出的需求。具体在下文阐述。

对于每级行星轮系而言，可以包括太阳轮、行星轮和行星架，作为本公开一种可选地实施方式，在同一级行星轮系中，太阳轮远离电机的一端可以形成有定位轴，行星架靠近电机的一侧的中心形成有定位孔，定位轴可转动地插设于定位孔中。

具体地，以末级行星轮系为例，如图7所示，末级太阳轮33远离电机2的一端形成有定位轴364，末级行星架39上的中心形成有定位孔392，其中，该定位孔392可以是通孔，也可以是盲孔，本公开对此不作限制。定位轴364可以通过多种方式插设于定位孔392中，例如，作为本公开的示例性实施方式，定位轴364可以通过第二轴承41安装在定位孔392中，第二轴承41的内圈套设在定位轴364上，并且通过限位件42固定和止挡，第二轴承41的外圈设置在定位孔392的内壁上，并且与定位孔392的内壁紧配合，这样，定位轴364就可以相对于定位孔392转动。其中，作为一种示例，限位件42可以形成为片状，并且通过诸如螺钉、销钉等紧固件固定在定位轴364的端部。

根据上述结构，太阳轮的一端固定在上一级行星架或电机2的转子上，另一端上形成有定位轴364，使得太阳轮的两端均得到支承，可以保证各级行星轮系之间的同轴度，进而提高行星轮系传动的稳定性和精度，满足柔性输出的需求。这里需说明的是，可以根据太阳轮的实际需求设计定位轴364，例如，对于多级行星轮系而言，可以仅在部分行星轮系的太阳轮上设计定位轴364。

此外，行星轮系的太阳轮和与其相连的行星架可以一体成型，这样可以简化装配，并且也能提高各行星轮系之间的同轴度。具体地，以末级行星轮系为例，如图7所示，末级太阳轮33和首级行星架36之间可以由金属材料一体成型，而在加工金属构件时，为了保证末级太阳轮33齿形和首级行星架36的外观表面的精度，在末级太阳轮33和首级行星架36之间可以形成有退刀槽363，这样可以避免铣刀等刀具刮伤首级行星架36。

这里，在本公开的其他实施方式中，太阳轮也可以通过紧固件紧固、焊接等多种方式固定到行星架或者电机2的转子上，本公开对此不作限制。

对于行星轮系中的行星轮而言，在太阳轮周围可以啮合有多个行星轮，例如两个、三个或四个行星轮，本公开不限制行星轮的数量，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计。

行星轮也可以通过多种方式套设在行星轮轴上，作为本公开的示例性实施方式，以首级行星轮系为例，首级行星轮35可以通过第三轴承351套设在首级行星轮轴361上，第三轴承351的内圈固定在首级行星轮轴361上，例如以过盈配合、限位件限位等方式固定，第三轴承351的外圈固定在首级行星轮35的中心轴孔中，以使首级行星轮35可转动地套设在首级行星轮轴361上。

如图5至图7所示，行星架包括圆盘形或三角形的主体部362、以及分别与行星轮对应的行星轮轴。在本公开的一种实施方式中，若同一级行星轮系包括三个行星轮，则行星架的主体部362可以构造为三角形，三个行星轮轴分别位于主体部362的三个顶点，这样，可以减小结构尺寸，减轻结构重量。而在本公开的另一种实施方式中，行星轮为N个(N为≥1的正整数)时，行星架的主体部362可以为圆盘形，行星轮轴沿主体部362的周缘间隔布置，圆盘形的行星架加工难度低，且不限制行星轮的数量。在本公开的其他实施方式中，行星架的主题部也可以为其他的多边形形状，本公开对此不作限制。

上文详细描述了各级行星轮系之间的配合关系和传动关系，以及详细描述了太阳轮、行星轮和行星架的示例性形态。在下文中，将详细介绍输出法兰40与公共齿圈34的连接结构、以及减速器3与电机2的连接结构。

对于减速器3的输出端而言，其通过行星轮系将电机2的扭矩传递至输出法兰40，末级行星架39与输出法兰40固定连接。如图5和图6所示，作为本公开示例性实施方式，末级行星架39和输出法兰40上可以开设有多个彼此对应紧固孔，通过第一紧固件51(销钉和/或螺栓)将末级行星架39和输出法兰40固定。此外，在本公开的其他实施方式中，末级行星架39与输出法兰40也可以通过焊接、卡接等方式固定，本公开对此不作限制。

进一步地，输出法兰40形成为圆形，其中心开设有用于安装外部执行器的安装孔，为了保证末级行星架39与输出法兰40之间的同轴度，在末级行星架39上形成有与该安装孔的内壁配合的环形凸缘。此外，在输出法兰40的安装孔中还设置有用于防尘的挡板43。

根据上文所描述的，输出法兰40在末级行星架39的带动下转动，行星轮系与公共齿圈34的内齿343啮合转动，公共齿圈34的第一端341与电机2的定子相连，这样，输出法兰40相对于公共齿圈34的第二端342转动。为了将减速器3的输出法兰40支承在公共齿圈34上，在本公开的一种实施方式中，如图6所示，减速器3还包括限定环形轨道381的滑轨38，滑轨38固定在公共齿圈34的第二端342，输出法兰40具有靠近电机2的内端和远离电机2的外端，内端的侧壁与末级行星轮系中的末级行星架39的侧壁通过第一轴承403可转动地支承在环形轨道381上，外端凸出于滑轨38远离电机2的端面，用于与外部执行器相连。这样，可以将减速器3的转子侧和定子侧联系起来，通过滑轨38提高了输出法兰40转动的稳定性。将输出法兰40的外端凸出于滑轨38远离电机2的端面，可以避免滑轨38对外部执行器产生运动干涉。

这里，滑轨38可以通过多种方式固定到公共齿圈34的第二端342，例如焊接、卡接、紧固件紧固等，本公开对此不作限制。为了便于拆卸滑轨38以安装行星轮系和输出法兰40等零部件，本公开提供一种紧固件紧固连接的示例，如图5和图6所示，分别在滑轨38、公共齿圈34和电机壳体21(在下文中提及)上可以开设有多个彼此对应的紧固孔，该紧固孔沿行星轮系的旋转轴线C延伸，从滑轨38一直贯穿至电机壳体21上，接着采用第二紧固件52(螺栓和/或销钉)穿设于该紧固孔，以将滑轨38、公共齿圈34和电机壳体21三者同时固定在一起。这样，可以减少零部件数量以及简化装配难度。

对于减速器3的输入端而言，如上文中描述的，减速器3的公共齿圈34与电机2的定子固定相连，首级行星轮系的首级太阳轮32与电机2的转子固定相连。本公开的电机2可以为本领域中能够将电能转换为旋转机械能的任意类型的电机，例如，可以为内转子电机、外转子电机等。当为内转子电机时，首级太阳轮32可以直接固定在电机2的输出转轴上，当为外转子电机时，首级太阳轮32可以通过如法兰的连接件固定在电机2的外转子23上。

作为本公开的一种示例性实施方式，电机2可以选用扁平无刷外转子电机，包括电机壳体21以及设置在电机壳体21内的外转子23和定子绕组24，外转子23围绕定子绕组24设置，定子绕组24包括线圈25，当线圈25通电时，在磁场作用力下驱动外转子23旋转。这样的扁平无刷外转子电机2具有扭矩半径大、扭矩密度高等优点，能够提供稳定的柔性输出。其中，线圈25由铜线缠绕而成，具体可以为漆包线耐高温线圈，本公开对此不作限制。

这里需要说明的是，电机壳体21可以为金属壳体，以在线圈25周围形成电磁屏蔽层，提高电机2抗干扰的能力；电机2的其余构件可以由非金属绝缘材料制成，以防止对线圈25的磁场造成干扰。

基于扁平无刷外转子电机的示例，如图4至图6所示，减速器3可以包括固定法兰31，固定法兰31固定在电机2的外转子23上，首级行星轮系的首级太阳轮32与固定法兰31固定。

具体地，首级太阳轮32包括连接部321和齿形部322，固定法兰31的中心处设置有通孔，首级太阳轮32的连接部321穿过该通孔并插设在电机2的中心，以保证首级行星轮系与电机2的同轴度；并且，固定法兰31通过紧固件固定在电机2的外转子23上，使首级太阳轮32、固定法兰31和外转子23紧固为一体的结构。在本公开其他实施例中，首级太阳轮32也可以和固定法兰31一体成型、焊接或卡接固定，本公开对此不作限制。

作为本公开一种可选地实施方式，如图4至图6所示，在减速器3与电机2之间还设置有挡油圈44，挡油圈44的中心形成为容纳固定法兰31的通孔，以使固定法兰31和挡油圈44组合成阻挡在减速器3与电机2之间的盘状结构，以防止减速器3中的润滑油流入电机2。挡油圈44可以通过紧固件固定、焊接、卡接等多种方式固定在电机壳体21上，固定法兰31可相对于挡油圈44转动。

本公开提供的机器人驱动机构在电机2的底座22上集成有电机控制器1，下面将结合附图4至图6详细描述电机控制器1与电机2之间的配合关系。

具体地，电机控制器1包括编码器26、集成电路板和散热片13，编码器26与电机2的转子相连，集成电路板与编码器26相连，散热片13用于为集成电路板散热。

其中，集成电路板可以对多种信号的进行处理和传输，既可以接收外部控制器的控制信号以控制电机2的输出，也可以发送信号至外部控制器进行处理，或者，其本身集成有处理芯片，以根据编码器26采集的信号自动生成控制指令，例如，编码器26可以检测转子的转角位置以及测量转子转速等信息，然后将该信息发送至集成电路板进行处理，以生成相应的控制指令用于控制电机2的输出。作为本公开一种示例，电机2为扁平无刷外转子电机，其扁平状的结构使电机2的转子的外径大，可以使用码盘更大的编码器26，以提高编码器26的分辨率。

这里，编码器26可以为磁编码器26，也可以为光电编码器26，并且，在本公开中还可以使用其它的结构小巧位置传感器代替编码器26。

编码器26、集成电路板和散热片13可以以多种形式集成布置在电机2中。作为本公开一种示例性实施方式，如图4至图6所示，电机控制器1和电机2集成在一起，电机2包括电机壳体21和封闭地连接于电机壳体21的后盖14，电机2的转子和定子设置在电机壳体21中，集成电路板包括第一集成电路板11和第二集成电路板12，第一集成电路板11、散热片13和第二集成电路板12依次层叠设置并且容纳在后盖14中。其中，编码器26设置在电机2转子和第一集成电路板11之间，编码器26采集电机2的转子的信息直接传输至第一集成电路板11进行处理。这样，将电机控制器1与电机2集成布置，可以减少电机控制器1和电机2之间的线束，且使结构更紧凑；此外，通过散热片13将第一集成电路板11和第二集成电路板12间隔开，可以增强散热效果。

这里需说明的是，集成电路板上可以设置有与外界通信的信号接收器或信号发送器，以实现与外部控制器的无线通信连接，为了能与外部控制器建立较好的信号连接，后盖14可以由非金属材料(诸如高强度塑料、树脂等)制成，以防止对其内部的集成电路板造成信号屏蔽。并且，后盖14形成为具有底壁和筒状侧壁的结构，以能够将编码器26、集成电路板和散热片13容纳在内。

这里，为了便于集成电路板与外部控制器或电源等装置建立有线信号连接，在集成电路板上可以形成有外接接口，例如，可以在第二集成电路板12上形成多个外接接口，例如电源接口、控制信号线接口等，后盖14上开设有避让该外接接口的多个开口，以使外接接口从后盖14上暴露出来。

实施例二

如图9至图16所示，本公开实施例二的机器人驱动机构包括电机控制器1、电机2和减速器3，其中，实施例二以实现减速器3的轻量化低成本为目的对结构进行设计，因此，减速器3可以由相对较轻的非金属复合材料制成，例如塑料、树脂、碳纤维材料等，选材时需要满足减速器3的强度需求、加工精度，不同零部件的作用和所需的材料性质不同，因此，可以选用不同的金属材料制成减速器3的各个零部件，例如，对于内公共齿圈34以及行星轮系的太阳轮、行星轮等啮合传动的零部件来说，其对强度的要求较高，因此，可以使用赛钢料(聚氧化聚甲醛)等高强度材料制成。

本公开实施例二中的电机2、电机控制器1的结构与配合关系与实施例一中的相同，实施例二中的减速器3的主要结构与实施例一中的相同，例如，实施例二中的机器人驱动机构也包括公共齿圈34、多级行星轮系和输出法兰40，其中，行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，首级行星轮系与电机2的转子相连，末级行星轮系与输出法兰40相连，多级行星轮系啮合于公共齿圈34的内齿343，电机2的输出端通过多级行星轮系将扭矩传递至输出法兰40，输出法兰40带动机器人的外部执行器执行相关的作业。这里，本公开实施例二的机器人驱动机构与实施例一相同的零部件不再进行赘述。

在本公开实施例二中，为了实现减速器3的轻量化低成本的目的，在实施例一的机器人驱动机构的基础上，除了将减速器3的零部件由金属改为非金属材料之外，还对部分结构进行了优化设计，在下文中，将详细描述这些结构的特征。

对于减速器3的行星轮系而言，由于诸如塑料等的非金属材料可以通过注塑工艺成型，可以相对较容易地制成形状比较独特复杂的构件。有鉴于此，作为一种示例性实施方式，首级太阳轮32与固定法兰31可以通过注塑一体成型，同样的，其他级太阳轮也可以和上一级行星架一体成型，例如，末级太阳轮33和首级行星架36也可以通过注塑一体成型。这样，能够减少零部件数量，简化结构的装配难度，还能提高太阳轮与行星架的同轴度。

这里，在固定法兰31靠近电机2的一侧还可以形成有限位柱311，限位柱311可转动地插设在电机2的中心，以保持首级行星轮系与电机2的同轴度。

同样的，实施例二中的行星架包括圆盘形或三角形的主体部362、以及分别与行星轮对应的行星轮轴。在本公开的一种实施方式中，若同一级行星轮系包括三个行星轮，则行星架的主体部362可以构造为三角形的框架结构，太阳轮设置在三角形框架的中心处，该框架结构具有从中心向边缘辐射延伸的加强肋条365，以保证行星架的结构强度。虽然这样的行星架的形状复杂，但是可以通过注塑一体成型，并不会增加加工难度。

此外，行星轮可以通过轴套352可转动地安装在行星轮轴上，轴套352相对于轴承来说，其成本低，结构更简单。

在本公开实施例二中，还提供一种减速器3的输出端的变型实施方式，具体地，如图12至图14所示，根据上文所描述的，输出法兰40在末级行星架39的带动下转动，行星轮系与公共齿圈34的内齿343啮合转动，公共齿圈34的第一端341与电机2的定子相连，输出法兰40相对于公共齿圈34的第二端342转动，为了将减速器3的输出法兰40支撑在公共齿圈34上，在本公开的一种实施方式中，减速器3还包括限定环形轨道381的滑轨38，滑轨38固定在公共齿圈34的第二端342，输出法兰40具有靠近电机2的内端和远离电机2的外端，内端的侧壁与末级行星轮系中的行星架的侧壁通过滚珠401可转动地支承在环形轨道381上，外端凸出于滑轨38远离电机2的端面，用于与外部执行器相连。滚珠401相对于第一轴承403来说，结构更小巧，成本更低廉。

考虑到在使用滚珠401作为输出法兰40的支承件时，输出法兰40的侧壁与滑轨38之间存在间隙，因此，在输出法兰40的侧壁与滑轨38之间设置有密封圈402，防止灰尘进入环形轨道381中影响滚珠401的转动。

进一步地，作为一种可选地实施方式，如图11和图13所示，在输出法兰40上还可以开设多个沿周向间隔设置的减重孔45，以实现轻量化的目的。但是，减重孔45的尺寸不宜过大，其尺寸设计需要以保证输出法兰40的强度为前提，以能够为外部执行器施加足够的驱动扭矩，例如，可以设置多个弧形减重孔45沿输出法兰40的周向间隔设置。

这里需说明的是，为了简化结构，由于减速器3主要由非金属材料制成，如塑料、树脂等，这些材料使用粘合剂粘接的牢固性较为可靠，因此，实施例二的零部件之间主要通过粘合剂进行粘接，例如，公共齿圈34和第一端341通过粘合剂固定在电机壳体21上，滑轨38通过粘合剂固定在公共齿圈34的第二端342。

在实施例二中，电机壳体21也可以由非金属材料制成，以减轻重量。这样，为了保证非金属材质的公共齿圈34和电机壳体21的结构强度和抵抗外界撞击的能力，在本公开的一种实施方式中，如图15所示，减速器3还包括由碳纤维材料制成的筒状外壳30，公共齿圈34具有外齿344，外齿344通过粘合剂粘接固定在外壳30中，外壳30设置在电机2与减速器3的外侧，并且从公共齿圈34的第二端342沿旋转轴线C延伸至电机2的底座22。

进一步地，如图12所示，电机壳体21上可以形成有用于容纳筒状外壳30的凹槽，当筒状外壳30安装在电机2与减速器3的外侧时，电机2的外观面与减速器3的外观面保持平整，提高美观性。

这里，减速器3的滑轨38也可以设置在外壳30中，例如滑轨38的全部或部分侧壁被外壳30覆盖，本公开对此不作限制。

此外，由于电机壳体21与电机控制器1的后盖14均采用非金属材料，因此，电机壳体21的高度可以设计为能够将电机2的转子、定子，以及编码器26、集成电路板和散热片13全部容纳在内，后盖14形成为圆盘状即可。

如图所示，作为本公开的示例性实施方式，公共齿圈34具有外齿344，可以增加公共齿圈34与粘合剂的接触面积，提高粘接牢固度；并且，公共齿圈34内部的行星轮在转动时，对公共齿圈34会产生一定的扭矩，公共齿圈34的外侧形成为外齿344，可以与粘合剂之间形成齿形配合关系，能够提高公共齿圈34抗扭矩的能力。

除了以上描述的结构之外，实施例二中的其余结构与实施例一中的大致相同，在此不再赘述。

实施例三

如图17至图26所示，本公开实施例三的机器人驱动机构包括电机控制器1、电机2和减速器3，其中，实施例三以缩小结构体积为目的对结构进行设计，因此，实施例三的机器人驱动机构分别在实施例一和实施例二的基础上，对电机控制器1的布置方式进行了改进，以适应对空间要求更严格的安装环境。例如，图17至图21示出了在实施例一的结构基础上改进的机器人驱动机构，图22至图26示出了在实施例二的结构基础上改进的机器人驱动机构。

具体地，电机控制器1包括编码器26、集成电路板和散热片13，编码器26与电机2的转子相连，集成电路板与编码器26相连，散热片13用于为集成电路板散热。作为本公开一种示例性实施方式，如图17至26所示，电机2包括电机壳体21、侧盖15和后盖14，电机2的转子和定子设置在电机壳体21中，后盖14封闭地连接于电机壳体21底部，侧盖15连接于电机壳体21的侧方，集成电路板包括第一集成电路板11和第二集成电路板12，第一集成电路板11设置在侧盖15中并通过散热片13封闭，第二集成电路板12穿过侧盖15并伸入到电机壳体21中并且邻近于后盖14的前侧。

这里，前侧是靠近机器人驱动机构输出端的一侧，不能理解为对本公开的限制。将第一集成电路板11安装在电机2的侧方，可以减小机器人驱动机构在旋转轴线C上的高度，以适应高度更小的安装环境；此外，将第一集成电路板11和第二集成电路板12错开布置，例如，第一集成电路板11垂直于第二集成电路板12布置，可以避免第一集成电路板11和第二集成电路板12产生的热量相互影响；并且，散热片13形成为侧盖15的一部分，与外界环境直接接触，提高了散热效果。

为了防止对集成电路板造成电磁屏蔽，侧盖15和后盖14均选用非金属材料制成，但为了保证散热效果，散热片13可以由金属材料制成。

这里，可以在第一集成电路板11上形成有多个功能的外接接口，例如电源接口、控制信号线接口等，在散热片13上开设有避让该外接接口的多个开口，以使外界接口暴露出来。

本公开的另一方面还提供一种机器人，该机器人包括如上所述的机器人驱动机构。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (11)

1.一种机器人驱动机构，其特征在于，包括电机控制器(1)、电机(2)和减速器(3)，所述电机控制器(1)与所述电机(2)的底座(22)相连，所述减速器(3)与所述电机(2)的输出端相连，所述减速器(3)包括公共齿圈(34)、多级行星轮系和输出法兰(40)，所述公共齿圈(34)具有在所述行星轮系的旋转轴线(C)上彼此相对的第一端(341)和第二端(342)，所述第一端(341)与所述电机(2)的定子相连，所述输出法兰(40)可转动地设置在所述第二端(342)，所述行星轮系包括首级行星轮系和末级行星轮系，所述首级行星轮系与所述电机(2)的转子相连，所述末级行星轮系与所述输出法兰(40)相连，多级所述行星轮系中的行星轮啮合于所述公共齿圈(34)的内齿(343)。

2.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述减速器(3)还包括由碳纤维材料制成的筒状外壳(30)，所述公共齿圈(34)具有外齿(344)，所述外齿(344)通过粘合剂粘接固定在所述外壳(30)中，所述外壳(30)设置在所述电机(2)与所述减速器(3)的外侧，并且从所述公共齿圈(34)的所述第二端(342)沿所述旋转轴线(C)延伸至所述电机(2)的底座(22)。

3.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述减速器(3)还包括限定环形轨道(381)的滑轨(38)，所述滑轨(38)固定在所述公共齿圈(34)的所述第二端(342)，所述输出法兰(40)具有靠近所述电机(2)的内端和远离所述电机(2)的外端，所述内端的侧壁与所述末级行星轮系中的行星架的侧壁通过第一轴承(403)或滚珠(401)可转动地支承在所述环形轨道(381)上，所述外端凸出于所述滑轨(38)远离所述电机(2)的端面，用于与外部执行器相连。

4.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，每级所述行星轮系包括太阳轮、三个行星轮和行星架，所述行星架包括圆盘形或三角形的主体部(362)，以及分别与所述行星轮对应的行星轮轴。

5.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，在同一级所述行星轮系中，太阳轮远离所述电机(2)的一端形成有定位轴(364)，行星架靠近所述电机(2)的一侧的中心形成有定位孔(392)，所述定位轴(364)通过第二轴承(41)可转动地插设于所述定位孔(392)中。

6.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述首级行星轮系包括首级太阳轮(32)、首级行星轮(35)和首级行星架(36)，所述末级行星轮系包括末级太阳轮(33)、末级行星轮(37)和末级行星架(39)，所述首级太阳轮(32)与所述电机(2)的转子固定连接，所述首级行星架(36)与所述末级太阳轮(33)固定连接，所述末级行星架(39)与所述输出法兰(40)固定连接。

7.根据权利要求1所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述电机(2)为扁平无刷外转子电机，所述减速器(3)包括固定法兰(31)，所述固定法兰(31)固定在所述电机(2)的外转子(23)上，所述首级行星轮系的太阳轮与所述固定法兰(31)固定。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述电机控制器(1)包括编码器(26)、集成电路板和散热片(13)，所述编码器(26)与所述电机(2)的所述转子相连，所述集成电路板与所述编码器(26)相连，所述散热片(13)用于为所述集成电路板散热。

9.根据权利要求8所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述电机控制器(1)和所述电机(2)集成在一起，所述电机(2)包括电机壳体(21)和封闭地连接于所述电机壳体(21)的后盖(14)，所述电机(2)的转子和定子设置在所述电机壳体(21)中，所述集成电路板包括第一集成电路板(11)和第二集成电路板(12)，所述第一集成电路板(11)、所述散热片(13)和第二集成电路板(12)依次层叠设置并且容纳在所述后盖(14)中。

10.根据权利要求8所述的机器人驱动机构，其特征在于，所述电机(2)包括电机壳体(21)、侧盖(15)和后盖(14)，所述电机(2)的转子和定子设置在所述电机壳体(21)中，所述后盖(14)封闭地连接于所述电机壳体(21)的底部，所述侧盖(15)连接于所述电机(2)壳体的侧方，所述集成电路板包括第一集成电路板(11)和第二集成电路板(12)，所述第一集成电路板(11)设置在所述侧盖(15)中并通过所述散热片(13)封闭，所述第二集成电路板(12)穿过所述侧盖(15)并伸入到所述电机壳体(21)中并且邻近于所述后盖(14)的前侧。

11.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1-10中任一项所述的机器人驱动机构。

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