CN213971203U - 驱动机构及机器人 - Google Patents

Abstract

一种驱动机构，包括驱动部和传动部；驱动部包括电机和行星减速器，电机的电机轴和行星减速器的太阳轮固定连接；传动部包括输入轴、输出轴和缠绕在输入轴和输出轴上的钢丝绳，钢丝绳处于张紧状态，输入轴和行星减速器的行星架固定连接。上述驱动机构，驱动部将电机和行星减速器联合使用组成近直驱驱动方式，驱动部通过电机的电机轴和行星减速器的太阳轮固定连接，行星减速器的行星架和输入轴固定连接，可以实现电机驱动力的输出。该方式可以实现驱动机构的大扭矩密度、高反向驱动能力，控制精度更高。传动部采用钢丝绳进行传动，无正、反向传动间隙误差，质量轻、惯量低，可以提高摆腿频率，提高行走速度，控制精度更高。

Description

驱动机构及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人腿部关节适用的驱动机构及包含该驱动机构的机器人。

背景技术

一些腿足式机器人，特别是四足机器人的腿部关节驱动结构多种多样，国外四足机器人Spotmini小腿处采用滚珠丝杠驱动，滚珠丝杠惯量较大，影响摆动腿频率；国外Anymal四足机器人，采用集成一体化关节，集成电机、齿轮、弹簧、驱动器、编码器等部件，增大了腿部惯量，影响摆腿频率；国内Laika和绝影四足机器人腿部采用四连杆机构传动，连杆与连杆间由于制造、安装等因素，不可避免的会产生间隙，间隙会引起传动误差和控制误差，而连杆机构的惯量也要比绳传动惯量大。

因此，腿足式机器人末端使用滚珠丝杠、连杆等传动机构传动时，以上机构驱动下的摆动腿摆动频率过低(即行走速度过慢)，及正、反向传动有传动间隙误差，进而影响运动控制精度的问题。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种控制精度较高的驱动机构及使用该驱动机构的机器人。

一种驱动机构，包括驱动部和传动部；

所述驱动部包括电机和行星减速器，所述电机的电机轴和所述行星减速器的太阳轮固定连接；

所述传动部包括输入轴、输出轴和缠绕在所述输入轴和所述输出轴上的钢丝绳，所述钢丝绳处于张紧状态，所述输入轴和所述行星减速器的行星架固定连接。

在一个实施例中，所述电机包括外壳、定子、转子、电机轴、第一轴承和外板；

所述定子设于所述外壳内，且所述定子和所述外壳固定连接；

所述转子和所述电机轴固定连接；

所述外板设于所述电机远离所述行星减速器的一端，所述外板和所述外壳固定连接；

所述第一轴承设于所述外板的内侧；

所述电机轴和所述第一轴承的外圈固定连接。

在一个实施例中，所述电机还包括外圈压盖和内圈压盖，所述第一轴承的两侧分别通过外圈压盖和内圈压盖压紧。

在一个实施例中，所述驱动部还包括第二轴承，所述第二轴承套设于所述电机轴上，所述行星减速器的所述行星架和所述第二轴承的外圈固定连接。

在一个实施例中，所述钢丝绳包括第一钢丝段和第二钢丝段，所述第一钢丝段的一端和所述第二钢丝段的一端连接，所述第一钢丝段的另一端和所述第二钢丝段的另一端固定连接，所述第一钢丝段缠绕于所述输入轴上，所述第二钢丝段缠绕于所述输出轴上；

所述第一钢丝段上固定设有两个第一固定轴，所述输入轴的外侧壁上开设有两个第一槽孔，两个所述第一固定轴分别嵌设于两个所述第一槽孔内；

所述第二钢丝段上固定设有两个第二固定轴，所述输出轴的外壁上开设有两个第二槽孔，两个所述第二固定轴分别嵌设于两个所述第二槽孔内。

在一个实施例中，所述第一钢丝段的两个所述第一固定轴之间的钢丝的长度大于两个所述第一槽孔之间的距离；

所述第二钢丝段的两个所述第二固定轴之间的钢丝的长度大于两个所述第二槽孔之间的距离。

在一个实施例中，所述钢丝绳还包括第一张紧柱和第二张紧柱，所述第一钢丝段的一端和所述第二钢丝段的一端通过所述第一张紧柱连接并张紧，所述第一钢丝段的另一端和所述第二钢丝段的另一端通过所述第二张紧柱连接并张紧。

在一个实施例中，所述第一钢丝段的两端均设有左旋螺柱，所述第二钢丝段的两端均设有右旋螺柱，所述第一张紧柱的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹，所述第二张紧柱的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹。

在一个实施例中，所述行星减速器为一级行星减速器。

一种机器人，包括大腿板、小腿轴、第三轴承、小腿和如上所述的驱动机构；

所述大腿板和所述电机的外壳连接；

所述小腿轴依次穿过所述大腿板、所述第三轴承和所述输出轴；

所述小腿和所述输出轴连接，所述小腿绕所述小腿轴可旋转。

上述驱动机构，驱动部将电机和行星减速器联合使用组成近直驱驱动方式，驱动部通过电机的电机轴和行星减速器的太阳轮固定连接，行星减速器的行星架和输入轴固定连接，可以实现电机驱动力的输出。该方式可以实现驱动机构的大扭矩密度、高反向驱动能力，控制精度更高。输入轴在驱动部的驱动下转动，通过钢丝绳作用带动输出轴的转动。传动部采用钢丝绳进行传动，无正、反向传动间隙误差，质量轻、惯量低，可以提高摆腿频率，提高行走速度。因此，相比于比四连杆机构、滚珠丝杠的驱动结构，上述驱动机构的传动运动范围更大、惯量更低，控制精度更高。

上述机器人，使用了上述驱动机构，驱动部将电机和行星减速器联合使用组成近直驱驱动方式，驱动部通过电机的电机轴和行星减速器的太阳轮固定连接，行星减速器的行星架和输入轴固定连接，可以实现电机驱动力的输出，实现驱动机构的大扭矩密度、高反向驱动能力，控制精度更高。输入轴在驱动部的驱动下转动，通过钢丝绳作用带动输出轴的转动。传动部采用钢丝绳进行传动，无正、反向传动间隙误差，质量轻、惯量低，可以提高摆腿频率，提高行走速度。因此，上述机器人的传动运动范围更大、惯量更低，控制精度更高。

附图说明

图1为一实施方式的含有驱动机构的机器人的局部结构示意图；

图2为图1所示的含有驱动机构的机器人的局部剖视图；

图3为图1所示的驱动机构的驱动部的剖视图；

图4为图1所示的驱动机构的传动部的结构示意图；

图5为一实施例的钢丝绳与输入轴连接的示意图；

图6为一实施例的钢丝绳与输出轴连接的示意图；

图7为一实施例的钢丝绳双向张紧的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型中所说的固定连接，包括直接固定连接和间接固定。

请参考图1至图2，一种驱动机构，包括驱动部1和传动部2。驱动部1包括电机和行星减速器19，电机的电机轴15和行星减速器19的太阳轮固定连接。传动部2包括输入轴21、输出轴25和缠绕在输入轴21和输出轴25上的钢丝绳，钢丝绳处于张紧状态，输入轴21和行星减速器19的行星架固定连接。

上述驱动机构，驱动部1将电机和行星减速器19联合使用组成近直驱驱动方式，驱动部1通过电机的电机轴15和行星减速器19的太阳轮固定连接，行星减速器19的行星架和输入轴21固定连接，可以实现电机驱动力的输出。该方式可以实现驱动机构的大扭矩密度、高反向驱动能力，控制精度更高。输入轴21在驱动部1的驱动下转动，通过钢丝绳作用带动输出轴25的转动。传动部2采用钢丝绳进行传动，无正、反向传动间隙误差，质量轻、惯量低，可以提高摆腿频率，提高行走速度。因此，相比于比四连杆机构、滚珠丝杠的驱动结构，上述驱动机构的传动运动范围更大、惯量更低，控制精度更高。

在一个实施例中，电机为力矩电机。具体的，电机为无刷永磁力矩电机。无刷永磁力矩电机可提供大扭矩。

行星减速器19为一级行星减速器。具体的，行星减速器19为小减速比(i≤10)一级行星减速器。小减速比行星减速器使得关节内摩擦力相对更小。无刷永磁力矩电机和一级行星减速器的结合接近直驱驱动，可以实现腿部关节的大扭矩密度、高反向驱动能力，更利于实现关节力矩控制。相比关节处布置昂贵的力矩传感器和集成一体化关节方案，该方式是一种成本低、可靠性高的关节驱动结构。

如图3所示，电机包括外壳11、定子12、转子14、电机轴15、第一轴承16和外板13。定子12设于外壳11内，且定子12和外壳11固定连接。转子14和电机轴15固定连接。外板13设于电机远离行星减速器19的一端，外板13和外壳11固定连接。第一轴承16设于外板13的内侧。电机轴15和第一轴承16的外圈配合，电机轴15和第一轴承的内圈配合。

在如图3所示的实施例中，电机还包括外圈压盖17和内圈压盖18，第一轴承16的两侧分别通过外圈压盖17和内圈压盖18压紧。

具体的，定子12和外壳11粘接连接。转子14和电机轴15粘接连接。转子14和电机轴15粘接后放入已安装到外板13上的第一轴承16的外圈中，形成了无框力矩电机定子12、转子14的转动***。

在如图3所示的实施例中，驱动部1还包括第二轴承111，第二轴承111套设于电机轴15上，电机轴15和第二轴承11的外圈配合，电机轴15和第二轴承11的内圈配合，行星减速器19的行星架和第二轴承111的外圈固定连接。

在如图3所示的实施例中，驱动部1还包括输入轴转接法兰110，输入轴转接法兰110和第二轴承111的外圈固定连接，输入轴转接法兰110与行星减速器19的行星架固定连接，且输入轴转接法兰110和输入轴21固定连接。输入轴转接法兰110把行星减速器19与电机进行了连接，电机的扭矩通过行星减速器19传递出去。其中输入轴转接法兰110为驱动部1的对外输出法兰，负责与传动部2的输入轴21进行连接。

具体的，如图1所示，行星减速器19的外圈与定子外壳11相连接。

在如图4所示的实施例中，钢丝绳包括第一钢丝段22和第二钢丝段24，第一钢丝段22的一端和第二钢丝段24的一端连接，第一钢丝段22的另一端和第二钢丝段24的另一端固定连接，第一钢丝段22缠绕于输入轴21上，第二钢丝段24缠绕于输出轴25上。

请参考图5，第一钢丝段22上固定设有两个第一固定轴222，输入轴21的外侧壁上开设有两个第一槽孔212，两个第一固定轴222分别嵌设于两个第一槽孔212内，第一钢丝段22的两个第一固定轴222之间的钢丝的长度大于两个第一槽孔212之间的距离。优选的，第一钢丝段22的两个第一固定轴222之间的钢丝的长度比两个第一槽孔212之间的距离大1cm左右。

请参考图6，第二钢丝段24上固定设有两个第二固定轴242，输出轴25的外壁上开设有两个第二槽孔252，两个第二固定轴242分别嵌设于两个第二槽孔252内，第二钢丝段24的两个第二固定轴242之间的钢丝的长度大于两个第二槽孔252之间的距离。优选的，第二钢丝段24的两个第二固定轴242之间的钢丝的长度比两个第二槽孔252之间的距离大1cm左右。

传动部2为双向无间隙钢丝绳传动。第一钢丝段22和第二钢丝段24分别在输入轴21和输出轴25上缠绕一定圈数后张紧，进而形成了一个输入轴21-钢丝绳-输出轴25的无间隙传动部件。第一钢丝段22的两个第一固定轴222与输入轴21的两个第一槽孔212在张紧力的作用下相互卡紧，第二钢丝段24的两个第二固定轴242与输出轴25的两个第二槽孔252在张紧力的作用下相互卡紧，进而输入轴21通过第一钢丝段22上的两个第一固定轴222来带动输出轴25运动，实现正、反两个反向的无间隙运动。

由于加工误差存在，第一钢丝段22的两个第一固定轴222之间的钢丝的长度和两个第一槽孔212之间的距离不可能完全等于，如果第一钢丝段22的两个第一固定轴222之间的钢丝的长度小于两个第一槽孔212之间的距离，就不能保证两个第一固定轴222的外侧分别与两个第一槽孔212的外侧接触，如果不接触，那么第一固定轴222会在第一槽孔212里窜动，再正、反向运动时就回产生传动间隙，引起传动误差。

第一钢丝段22的两个第一固定轴222之间的钢丝的长度大于两个第一槽孔212之间的距离，第二钢丝段24的两个第二固定轴242之间的钢丝的长度大于两个第二槽孔252之间的距离，这样，可以保证两侧张紧时，第一钢丝段22的两个第一固定轴222能够分别与第一槽孔212的两侧的外侧面接触，第二钢丝段24的两个第二固定轴242能够分别与第二槽孔252的两侧的外侧面接触，而两个第一固定轴222之间的钢丝和两个第二固定轴242之间的钢丝处于“放松”状态，进而保证张紧时，第一钢丝段22和第二钢丝段24分别带着输入轴21和输出轴25的正、反方向完全张紧，没有间隙，进而形成了双向无间隙绳传动机构。

在如图7所示的实施例中，钢丝绳还包括第一张紧柱23和第二张紧柱27。第一钢丝段22的一端和第二钢丝段24的一端通过第一张紧柱23连接并张紧，第一钢丝段22的另一端和第二钢丝段24的另一端通过第二张紧柱27连接并张紧。

钢丝绳上两侧各设有一个张紧柱，用来保证正、反两个方向的钢丝绳均处于张紧状态。

第一钢丝段22在输入轴21缠绕一定圈数，第二钢丝段24在输出轴25缠绕一定圈数，第一钢丝段22和第二钢丝段24通过第一张紧柱23和第二张紧柱27连接并张紧，这种钢丝绳多圈缠绕，可以增大机构刚性，圈数越大，刚性越大，同时也提供了输出轴25大的运动范围。通过改变钢丝绳缠绕的圈数，可以获得不同的旋转角度。钢丝绳缠绕大于1.5圈，即可以实现360°的旋转角度，大角度增大了腿部运动范围。

具体的，第一钢丝段22的两端均设有左旋螺柱226，第二钢丝段24的两端均设有右旋螺柱246，第一张紧柱23的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹，第二张紧柱27的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹。第一张紧柱23和第二张紧柱27的这种结构，在第一张紧柱23或第二张紧柱27转动时，可以同时张紧第一钢丝段22和第二钢丝段24。在张紧力的作用下输入轴21、钢丝绳和输出轴25相互卡紧，进而把输入轴21、钢丝绳和输出轴25三者结合再一起，进而依靠钢丝绳把输入轴21的扭矩传递到输出轴25上来。此种结构实现双轴向无间隙固定，不再有传动间隙，避免晃动量的产生，提高关节运动性能。

第一张紧柱23和第二张紧柱27布置在外侧，方便对钢丝绳进行张紧。使得钢丝绳的张紧更简单、可靠。

此外，请参考图1和图2，还提供一种机器人包括大腿板3、小腿轴5、第三轴承4、小腿6和如上所述的驱动机构。大腿板3和电机的外壳11连接。小腿轴5依次穿过大腿板3、第三轴承4和输出轴25。小腿6和输出轴25连接，小腿6绕小腿轴5可旋转。驱动机构的结构如上文，在此不再赘述。

上述机器人，驱动部11带动传动部22进行正、反方向运动，传动部22的输出轴25带动小腿6进行正、反方向运动。

上述机器人，使用了上述驱动机构，驱动部1将电机和行星减速器19联合使用组成近直驱驱动方式，驱动部1通过电机的电机轴15和行星减速器19的太阳轮固定连接，行星减速器19的行星架和输入轴21固定连接，可以实现电机驱动力的输出，实现驱动机构的大扭矩密度、高反向驱动能力，控制精度更高。输入轴21在驱动部1的驱动下转动，通过钢丝绳作用带动输出轴25的转动。传动部2采用钢丝绳进行传动，无正、反向传动间隙误差，质量轻、惯量低，可以提高摆腿频率，提高行走速度。因此，上述机器人的传动运动范围更大、惯量更低，控制精度更高

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种驱动机构，其特征在于，包括驱动部和传动部；

所述驱动部包括电机和行星减速器，所述电机的电机轴和所述行星减速器的太阳轮固定连接；

所述传动部包括输入轴、输出轴和缠绕在所述输入轴和所述输出轴上的钢丝绳，所述钢丝绳处于张紧状态，所述输入轴和所述行星减速器的行星架固定连接。

2.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述电机包括外壳、定子、转子、电机轴、第一轴承和外板；

所述定子设于所述外壳内，且所述定子和所述外壳固定连接；

所述转子和所述电机轴固定连接；

所述外板设于所述电机远离所述行星减速器的一端，所述外板和所述外壳固定连接；

所述第一轴承设于所述外板的内侧；

所述电机轴和所述第一轴承的外圈固定连接。

3.如权利要求2所述的驱动机构，其特征在于，所述电机还包括外圈压盖和内圈压盖，所述第一轴承的两侧分别通过外圈压盖和内圈压盖压紧。

4.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述驱动部还包括第二轴承，所述第二轴承套设于所述电机轴上，所述行星减速器的所述行星架和所述第二轴承的外圈固定连接。

5.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述钢丝绳包括第一钢丝段和第二钢丝段，所述第一钢丝段的一端和所述第二钢丝段的一端连接，所述第一钢丝段的另一端和所述第二钢丝段的另一端固定连接，所述第一钢丝段缠绕于所述输入轴上，所述第二钢丝段缠绕于所述输出轴上；

所述第一钢丝段上固定设有两个第一固定轴，所述输入轴的外侧壁上开设有两个第一槽孔，两个所述第一固定轴分别嵌设于两个所述第一槽孔内；

所述第二钢丝段上固定设有两个第二固定轴，所述输出轴的外壁上开设有两个第二槽孔，两个所述第二固定轴分别嵌设于两个所述第二槽孔内。

6.如权利要求5所述的驱动机构，其特征在于，所述第一钢丝段的两个所述第一固定轴之间的钢丝的长度大于两个所述第一槽孔之间的距离；

所述第二钢丝段的两个所述第二固定轴之间的钢丝的长度大于两个所述第二槽孔之间的距离。

7.如权利要求6所述的驱动机构，其特征在于，所述钢丝绳还包括第一张紧柱和第二张紧柱，所述第一钢丝段的一端和所述第二钢丝段的一端通过所述第一张紧柱连接并张紧，所述第一钢丝段的另一端和所述第二钢丝段的另一端通过所述第二张紧柱连接并张紧。

8.如权利要求7所述的驱动机构，其特征在于，所述第一钢丝段的两端均设有左旋螺柱，所述第二钢丝段的两端均设有右旋螺柱，所述第一张紧柱的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹，所述第二张紧柱的两端分别为左旋内螺纹和右旋内螺纹。

9.如权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述行星减速器为一级行星减速器。

10.一种机器人，其特征在于，包括大腿板、小腿轴、第三轴承、小腿和如权利要求1-9中任一项所述的驱动机构；

所述大腿板和所述电机的外壳连接；

所述小腿轴依次穿过所述大腿板、所述第三轴承和所述输出轴；

所述小腿和所述输出轴连接，所述小腿绕所述小腿轴可旋转。

Images