CN214055331U - 一种伺服舵机模组以及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种伺服舵机模组以及机器人。如图2所示，当两个主动驱动组件进行同向转动时，由于两个主动驱动组件为相对设置，故从图中可以看出，其中一个主动驱动组件向外转动，另一个向内转动，从而驱动从动驱动组件进行同步转动，进而实现第一输出盘的旋转输出；相反的，如图3所示，当两个主动驱动组件进行相反方向转动时，将阻止从动驱动组件进行转动，进而阻止第一输出盘进行旋转输出，与此同时，在两个主动驱动组件的作用下，将驱动第一输出盘以及连接框架以主动驱动组件为轴心进行转动，根据力的传递性，最终实现第二输出盘的旋转输出。

Description

一种伺服舵机模组以及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种伺服舵机模组以及机器人。

背景技术

伺服舵机模组是机器人的关节运动模组，现有技术中每个伺服舵机模组只有一个旋转输出，即一个伺服舵机模组只能实现机器人的一个自由度运动，以机器人的一条腿为例进行说明，一般有6个自由度，就需要相对应的配置6个伺服舵机模组进行驱动；从而导致机器人腿部过于笨重，机器人整体的重心下移，不利于运动性能的提升。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种伺服舵机模组以及机器人，以解决现有技术中每个伺服舵机模组只有一个旋转输出的问题。

(一)技术方案

为实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种伺服舵机模组，包括：

固定座；

主动驱动组件，设置为两个，两个所述主动驱动组件相对安装于固定座内；所述主动驱动组件包括：驱动机构以及主动传动组件，所述主动传动组件安装于驱动机构的输出端；

从动驱动组件，设置为至少一个，至少一个所述从动驱动组件与主动驱动组件相垂直，且与两个主动驱动组件相啮合；

第一输出盘，安装于所述从动驱动组件的外侧；

连接框架，一端转动连接于所述从动驱动组件上，另一端转动连接于其中一个所述主动驱动组件的驱动机构上；

第二输出盘，通过所述连接框架安装于所述驱动机构的外侧。

可选的，所述从动驱动组件设置为两个，两个所述从动驱动组件相对设置，且均与两个所述主动驱动组件相啮合。

可选的，所述主动驱动组件包括：驱动机构以及主动传动组件，所述主动传动组件安装于驱动机构的输出端。

可选的，所述从动驱动组件包括：从动传动组件以及输出轴，所述输出轴的一端与从动传动组件相连接，另一端通过轴承安装于所述连接框架上，且延伸出所述连接框架的一端与第一输出盘相连接。

可选的，所述连接框架包括：连接座以及凸设于所述连接座上的至少一个连接臂，所述连接座转动连接于驱动机构上，至少一个所述连接臂转动连接于输出轴上。

可选的，所述第二输出盘通过支撑件与连接座相连接，所述支撑件和第二输出盘均与固定座间设有间隙。

可选的，所述主动传动组件和从动传动组件设置为相啮合的齿轮结构。

可选的，所述主动传动组件的齿数与从动传动组件的齿数相同。

可选的，所述主动传动组件的齿数与从动传动组件的齿数不同。

可选的，所述第一输出盘和所述第二输出盘的输出角度度分别如下：

∝₁＝1/2(θ₁+θ₂)；

∝₂＝1/2(θ₁-θ₂)；

其中：θ₁为第一主动驱动组件的输出角度；θ₂为第二主动驱动组件的输出角度；∝₁为第一输出盘输出角度；∝₂为第二输出盘输出角度。

可选的，所述第一输出盘和所述第二输出盘的输出力矩分别如下：

T₁＝t₁+t₂；

T₂＝t₁-t₂；

其中：T₁为第一输出盘的输出力矩，T₂为第二输出盘的输出力矩，t₁为第一主动驱动组件的输出力矩，t₂为第二主动驱动组件的输出力矩。

为实现上述目的，本实用新型第二方面提供了一种机器人,包括：如前述任一项所述的伺服舵机模组。

(二)有益效果

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种伺服舵机模组以及机器人，如图2所示，当两个主动驱动组件进行同向转动时，由于两个主动驱动组件为相对设置，故从图中可以看出，其中一个主动驱动组件向外转动，另一个向内转动，从而驱动从动驱动组件进行同步转动，进而实现第一输出盘的旋转输出；相反的，如图3所示，当两个主动驱动组件进行相反方向转动时，将阻止从动驱动组件进行转动，进而阻止第一输出盘进行旋转输出，与此同时，在两个主动驱动组件的作用下，将驱动第一输出盘以及连接框架以主动驱动组件为轴心进行转动，根据力的传递性，最终实现第二输出盘的旋转输出；本申请的伺服舵机模组通过上述结构的配合可以实现两个自由度的旋转输出，从而可以有效减轻机器人重量，提升运动性能。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中第一输出盘旋转的结构示意图；

图3是本实用新型中第二输出盘旋转的结构示意图；

图4是本实用新型中主动驱动组件的结构示意图；

图5是本实用新型中连接框架的结构示意图；

图6是本实用新型中连接框架与第二输出盘装配的结构示意图。

1、固定座；2、第一输出盘；3、连接框架；4、第二输出盘；5、驱动机构；6、主动传动组件；7、从动传动组件；8、输出轴；9、连接座；10、连接臂；11、支撑件；12、主动驱动组件；13、从动驱动组件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的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。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1-图6所示，本申请第一方面提供了一种伺服舵机模组，包括：

固定座1；

主动驱动组件12，设置为两个，两个主动驱动组件12相对安装于固定座1内；如图4所示，主动驱动组件12包括：驱动机构5以及主动传动组件6，主动传动组件6安装于驱动机构5的输出端；装配时，两个驱动结构安装于固定座1内两个相对的壁面上，从而促使两个主动传动组件6相对应设置。

从动驱动组件13，设置为至少一个，至少一个从动驱动组件13与主动驱动组件12相垂直，且与两个主动驱动组件12相啮合；

第一输出盘2，安装于从动驱动组件13的外侧；

连接框架3，一端转动连接于从动驱动组件13上，另一端转动连接于其中一个主动驱动组件12的驱动机构5上；

第二输出盘4，通过连接框架3安装于驱动机构5的外侧，具体的，如图1和图2所示第二输出盘4设置于固定座1的外侧，并通过支撑件11与连接框架3相连接。

如图2所示，当两个主动驱动组件12进行同向转动时，由于两个主动驱动组件12为相对设置，故从图中可以看出，其中一个主动驱动组件12向外转动，另一个向内转动，从而将驱动从动驱动组件13进行同步转动，进而实现第一输出盘2的旋转输出；相反的，当两个主动驱动组件12进行相反方向转动时，同理的，由于两个主动驱动组件12为相对设置，故从图中可以看出，两个主动驱动组件12均为向外转动，将阻止从动驱动组件13进行转动，进而阻止第一输出盘2进行旋转输出，与此同时，在两个主动驱动组件12的作用下，将驱动第一输出盘2以及连接框架3以主动驱动组件12为轴心进行转动，根据力的传递性，最终实现第二输出盘4的旋转输出；本申请的伺服舵机模组通过上述结构的配合可以实现两个自由度的旋转输出，示例性的，当应用于机器人腿部时，只需3个本申请的伺服舵机模组即可实现6个自由度的旋转，从而减轻机器人腿部重量，提升运动性能。

具体的，如图2所示，判断顺时针还是逆时针的依据为：沿着输入端向输出端看，两个主动驱动组件12同步进行顺时针转动时，由于两个主动驱动组件12为相对设置，故从图中可以看出，其中一个主动驱动组件12向外转动，另一个向内转动，从而驱动从动驱动组件13进行顺时针转动，进而实现第一输出盘2的顺时针旋转输出；相反的，将与连接框架3相连接的主动驱动组件12设置为第一主动驱动组件，将另一个主动驱动组件12设置为第二主动驱动组件，如图3所示，第一主动驱动组件进行逆时针转动，第二主动驱动组件进行顺时针转动，从图中可以看出，第一主动驱动组件和第二主动驱动组件均为向外转动，此时，将阻止从动驱动组件13进行转动，进而阻止第一输出盘2进行旋转输出，与此同时，在两个主动驱动组件12的作用下，将驱动第一输出盘2以及连接框架3以主动驱动组件12为轴心进行逆时针转动，根据力的传递性，最终实现第二输出盘4的逆时针旋转输出；本申请的伺服舵机模组通过上述结构的配合可以实现两个自由度的旋转输出，具体的，在第一输出盘2和第二输出盘4上分别装配关节结构，与第二输出盘4连接的关节结构可以沿着主动驱动组件12进行旋转运动，与第一输出盘2连接的关节结构即可以进行跟随第一输出盘2进行旋转，又可以跟随第二输出盘4进行旋转；当应用于机器人腿部时，只需3个本申请的伺服舵机模组即可实现6个自由度的旋转，从而减轻机器人腿部重量，提升运动性能。

从动驱动组件13包括：从动传动组件7以及输出轴8，输出轴8的一端与从动传动组件7相连接，另一端通过轴承安装于连接框架3上，且延伸出连接框架3的一端与第一输出盘2相连接，其中，从动传动组件7与两个主动传动组件6相啮合；具体的，主动传动组件6和从动传动组件7设置为相啮合的齿轮结构，优选的，主动传动组件6设置为太阳齿轮，从动传动组件7设置为行星齿轮，当然还可以设置为其他相啮合的齿轮结构，例如其他相啮合的锥齿轮等；其中，为了保证传动角度一致，主动传动组件6的齿数与从动传动组件7的齿数相同；当然，主动传动组件6的齿数与从动传动组件7的齿数还可以设置为不同，例如，可以将主动传动组件6齿数设计成小于从动传动组件7齿数，此时，与等齿相比，可以减小从动传动组件7的转动速率，从而实现对从动传动组件7转动速率的控制。

根据本实用新型的另一个实施例，为了保证传动的稳定性，如图1所示，从动驱动组件13设置为两个，两个从动驱动组件13相对设置，且均与两个主动驱动组件12相啮合；

具体的，判断顺时针还是逆时针的依据为：沿着输入端向输出端看，并将顺时针定义为正向，以主动传动组件6的齿数与从动传动组件7的齿数相同为例，将与第一输出盘2相连接的从动驱动组件13设置为第一从动驱动组件，将另一个从动驱动组件13设置为第二从动驱动组件，同时，将与连接框架3相连接的主动驱动组件12设置为第一主动驱动组件，将另一个主动驱动组件12设置为第二主动驱动组件，使用时，第一从动驱动组件与第二从动驱动组件的转动方向相同；如图2所示，两个主动驱动组件12同步进行顺时针转动θ角度时，由于两个主动驱动组件12为相对设置，故第一主动驱动组件和第二主动驱动组件均顺时针转动θ角度，输出旋转力矩T，从而驱动第一从动驱动组件以及第二从动驱动组件分别进行顺时针转动θ角度，输出旋转力矩T，具体的，若第二从动驱动组件没有输出轴8时，则力矩将全部作用于第一从动驱动组件上，则第一输出盘2的输出力矩为2T；与此同时，第一从动驱动组件的转动将带动一输出盘进行同步顺时针转动θ角度，进而实现第一输出盘2的顺时针θ角度旋转输出，输出旋转力矩2T；相反的，如图3所示，第一主动驱动组件进行逆时针转动-θ角度，输出旋转力矩-T，第二主动驱动组件进行顺时针转动θ角度，输出旋转力矩T，此时，将阻止第一从动驱动组件和第二从动驱动组件进行转动，进而阻止第一输出盘2进行θ角度旋转输出，故，第一输出盘2旋转力矩为0，与此同时，在两个主动驱动组件12的作用下，将驱动第一输出盘2以及连接框架3以主动驱动组件12为轴心进行逆时针转动-θ角度，输出的旋转力矩为-2T，根据力的传递性，最终实现第二输出盘4的逆时针转动-θ角度旋转输出。

当然，两个驱动机构5输出角度可以不同，第一输出盘2和第二输出盘4的输出角度分别如下：

∝₁＝1/2(θ₁+θ₂)；

∝₂＝1/2(θ₁-θ₂)；

其中：

θ₁为第一主动驱动组件的输出角度；θ₂为第二主动驱动组件的输出角度；∝₁为第一输出盘2的输出角度；∝₂为第二输出盘4的输出角度；

从以上公式可以看到只要选择适当旋转角度θ₁和θ₂，就可以得到两个自由度的任意组合∝₁和∝₂。

第一输出盘2和第二输出盘4的输出力矩分别如下：

T₁＝t₁+t₂；

T₂＝t₁-t₂；

其中，T₁为第一输出盘2的输出力矩，T₂为第二输出盘4的输出力矩，t₁为第一主动驱动组件的输出力矩，t₂为第二主动驱动组件的输出力矩；

从以上公式可以看出只要选择适当旋转力矩t₁和t₂，就可以得到两个自由度的力矩输出的任意组合T₁和T₂。

从公式还可以看出，每个输出盘的最大输出力矩为每个驱动机构5输出力矩的和，因此在机器人关节需求力矩一定的情况下，每个驱动机构5的输出力矩可以减半，从而减小了驱动机构5的体积和重量，有利于降低整个机器人的体重。

根据本实用新型的一个实施例，如图5和图6所示，连接框架3包括：连接座9以及凸设于连接座9上的至少一个连接臂10，连接座9通过轴承转动连接于驱动机构5上，至少一个连接臂10转动连接于输出轴8上；如图1所示，当从动驱动组件13设置为两个时，则对应的连接臂10亦设置为两个，如图2所示，两个主动驱动组件12同步进行顺时针转动时，从图中可以看出第一主动驱动组件向内转动，第二主动驱动组件向外转动，促使第一从动驱动组件和第二从动驱动组件将分别在对应的连接臂10内转动，而对应的连接臂10则静止不动，相反的，如图3所示，第一主动驱动组件进行逆时针转动，第二主动驱动组件进行顺时针转动，从图中可以看出，第一主动驱动组件和第二主动驱动组件均向外进行转动，此时，将阻止第一从动驱动组件和第二从动驱动组件进行转动，进而阻止第一输出盘2进行旋转输出，与此同时，在两个主动驱动组件12的作用下，将驱动第一输出盘2带动连接框架3在驱动机构5上进行转动，转动方向为以主动驱动组件12为轴心进行逆时针转动，根据力的传递性，最终实现第二输出盘4的逆时针旋转输出。

根据本实用新型的一个实施例，如图3和图6所示，第二输出盘4通过支撑件11与连接座9相连接，具体的，支撑件11设置为L形连接杆，L形连接杆的弯折段与连接座9相连接，竖直段与第二输出盘4相连接，支撑件11和第二输出盘4均与固定座1间设有间隙；当连接框架3转动时，将带动第二输出盘4进行同步转动，而间隙的设计是为了保证第二输出盘4跟随连接框架3进行转动时，不会与固定座1之间发生碰撞，保证其正常工作；当然为了更方便支撑件11的转动，支撑件11的形状与固定座1相接触的形状相适配，例如如图1和图2所示，固定座1与支撑件11相配合的位置设置成圆弧形，则对应的支撑件11亦可设计成圆弧形，具体的形状可以根据固定座1的形状进行预先设计。

本申请第二方面提供了一种机器人,包括：如前述任一项的伺服舵机模组。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，若干个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示重要性；词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何方向。

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”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，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，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种伺服舵机模组，其特征在于，包括：

固定座(1)；

主动驱动组件(12)，设置为两个，两个所述主动驱动组件(12)相对安装于固定座(1)内；所述主动驱动组件(12)包括：驱动机构(5)以及主动传动组件(6)，所述主动传动组件(6)安装于驱动机构(5)的输出端；

从动驱动组件(13)，设置为至少一个，至少一个所述从动驱动组件(13)与主动驱动组件(12)相垂直，且与两个主动驱动组件(12)相啮合；

第一输出盘(2)，安装于所述从动驱动组件(13)的外侧；

连接框架(3)，一端转动连接于所述从动驱动组件(13)上，另一端转动连接于其中一个所述主动驱动组件(12)的驱动机构(5)上；

第二输出盘(4)，通过所述连接框架(3)安装于所述驱动机构(5)的外侧。

2.根据权利要求1所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述从动驱动组件(13)设置为两个，两个所述从动驱动组件(13)相对设置，且均与两个所述主动驱动组件(12)相啮合。

3.根据权利要求1所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述从动驱动组件(13)包括：从动传动组件(7)以及输出轴(8)，所述输出轴(8)的一端与从动传动组件(7)相连接，另一端通过轴承安装于所述连接框架(3)上，且延伸出所述连接框架(3)的一端与第一输出盘(2)相连接。

4.根据权利要求1所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述连接框架(3)包括：连接座(9)以及凸设于所述连接座(9)上的至少一个连接臂(10)，所述连接座(9)转动连接于驱动机构(5)上，至少一个所述连接臂(10)转动连接于输出轴(8)上。

5.根据权利要求4所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述第二输出盘(4)通过支撑件(11)与连接座(9)相连接，所述支撑件(11)和第二输出盘(4)均与固定座(1)间设有间隙。

6.根据权利要求3所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述主动传动组件(6)和从动传动组件(7)设置为相啮合的齿轮结构。

7.根据权利要求6所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述主动传动组件(6)的齿数与从动传动组件(7)的齿数相同。

8.根据权利要求6所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述主动传动组件(6)的齿数与从动传动组件(7)的齿数不同。

9.根据权利要求1所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述第一输出盘(2)和所述第二输出盘(4)的输出角度分别如下：

∝₁＝1/2(θ₁+θ₂)；

∝₂＝1/2(θ₁-θ₂)；

其中：θ₁为第一主动驱动组件的输出角度；θ₂为第二主动驱动组件的输出角度；∝₁为第一输出盘的输出角度；∝₂为第二输出盘的输出角度。

10.根据权利要求1所述的伺服舵机模组，其特征在于，所述第一输出盘(2)和所述第二输出盘(4)的输出力矩分别如下：

T₁＝t₁+t₂；

T₂＝t₁-t₂；

其中：T₁为第一输出盘的输出力矩，T₂为第二输出盘的输出力矩，t₁为第一主动驱动组件的输出力矩，t₂为第二主动驱动组件的输出力矩。

11.一种机器人,其特征在于，包括：如权利要求1-10任一项所述的伺服舵机模组。

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