CN214265643U - 舵机模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舵机模组及机器人，舵机模组包括电机、连接于电机的输出端的减速组件、连接于减速组件的运动端的输出轴、用于检测和记录电机以及输出轴的角位移的编码器组件以及用于制动的刹车组件，减速组件、电机及编码器组件沿输出轴的轴向依次套设于输出轴上，电机包括转子以及设于转子内部的定子，刹车组件的刹车本体设置于定子的内部。本发明提供的舵机模组及机器人，转子设置于定子的外周，为外转子电机，而且，刹车组件的刹车本体设置于定子的内部，可以充分利用外转子电机的定子内部空间，缩减刹车组件所占用的轴向长度，因而可以缩短舵机模组的整体长度，减小其占用的空间，进而能够适用于结构更紧凑的机器人中。

Description

舵机模组及机器人

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，更具体地说，是涉及一种舵机模组及机器人。

背景技术

机械臂和机器人对于自动化行业意义巨大，是自动化行业不可或缺的技术设备。在机器人和机械臂中，控制机器人和机械臂关节运动的关节舵机模组至关重要，关节舵机的性能、体积大小、组装工艺都对整个机器人的使用有重大影响。现有机器人的关节舵机模组，其刹车模组和电机组件沿舵机模组的轴向排列设置，导致在空间布置上，会增加舵机的轴向长度及体积，不能适用于结构更紧凑的机器人中。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种舵机模组及机器人，以解决现有技术中存在的舵机模组轴向长度较大、占用体积较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种舵机模组，包括电机、连接于所述电机的输出端的减速组件、连接于所述减速组件的运动端的输出轴、用于检测和记录所述电机以及所述输出轴的角位移的编码器组件以及用于制动的刹车组件，所述减速组件、所述电机及所述编码器组件沿所述输出轴的轴向依次套设于所述输出轴上，所述电机包括转子以及设于所述转子内部的定子，所述刹车组件的刹车本体设置于所述定子的内部。

在一个实施例中，所述刹车组件还包括所述刹车本体、刹车固定座以及用于对所述电机的输出端制动的刹车片，所述刹车本体和所述定子均固定于所述刹车固定座上。

在一个实施例中，所述电机还包括与所述转子固定连接的电机转接轴，所述电机转接轴套设于所述输出轴的外周，所述刹车固定座通过第一轴承连接于所述电机转接轴的外周。

在一个实施例中，所述刹车固定座包括轴向连接的第一环部和第二环部，所述定子固定于所述第一环部的外壁，所述刹车本体固定于所述第一环部的内壁，所述第一轴承的外圈固定于所述第二环部的内壁。

在一个实施例中，所述电机还包括设于所述转子外周的外壳，所述刹车固定座还包括由所述第二环部的外圈径向向外延伸形成的第三环部，所述第三环部与所述外壳固定连接。

在一个实施例中，所述电机转接轴的外周设置有方形凸台，所述刹车片的内壁设有与所述方形凸台适配的方形孔。

在一个实施例中，所述转子包括圆环部、由所述圆环部的内圈轴向延伸而成的第一圆筒部以及由所述圆环部的外圈轴向延伸而成的第二圆筒部，所述定子设于所述第二圆筒部内，所述减速组件的输入端连接于所述第一圆筒部。

在一个实施例中，所述编码器组件包括控制板、固定于所述电机的输出端的第一磁环、固定于所述输出轴的第二磁环、用于检测并记录所述第一磁环的角位移的第一读头芯片以及用于检测并记录所述第二磁环的角位移的第二读头芯片，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片均固定且电性连接于所述控制板上。

在一个实施例中，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的相对两表面。

本发明还提供一种机器人，包括上述的舵机模组。

本发明提供的舵机模组及机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本发明舵机模组包括电机、减速组件、输出轴、编码器组件和刹车组件，电机包括转子和定子，转子设置于定子的外周，为外转子电机，而且，刹车组件的刹车本体设置于定子的内部，可以充分利用外转子电机的定子内部空间，缩减刹车组件所占用的轴向长度，因而可以缩短舵机模组的整体长度，减小其占用的空间，进而能够适用于结构更紧凑的机器人中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的舵机模组的剖视图；

图2为本发明实施例提供的舵机模组的刹车固定座的剖视图；

图3为本发明实施例提供的舵机模组的转子的剖视图；

图4为本发明实施例提供的编码器组件的剖视图。

其中，图中各附图标记：

1-电机；11-定子；12-转子；121-第一圆筒部；122-第二圆筒部；123-圆环部；13-外壳；131-外筒部；132-端面部；133-支撑凸缘；14-电机转接轴；141-方形凸台；142-第二定位台阶；2-减速组件；21-波发生器；22-刚轮；23-柔轮；3-输出轴；31-轴本体；32-法兰盘；4-编码器组件；41-控制板；411-第一读头芯片；412-第二读芯片；42-驱动板；43-第一磁环；44-第二磁环；45-螺柱；46-插接端子对；5-刹车组件；51-刹车本体；52-刹车固定座；53-刹车片；521-第一环部；522-第二环部；523-第三环部；524-第四环部；525-定位凸缘；526-第一定位台阶；6-第一轴承；7-第二轴承；8-舵机端盖；9-护线套。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

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相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的舵机模组进行说明。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，舵机模组包括电机1、减速组件2、输出轴3、编码器组件4和刹车组件5，减速组件2连接于电机1的输出端，输出轴3连接于减速组件2的输出端，减速组件2用于对电机1的输出端进行减速，使输出轴3的速度适用于机器人中关节等部位的转动速度。编码器组件4用于检测和记录电机1的输出端以及输出轴3的角位移。刹车组件5用于对电机1进行制动，使电机1在接收到刹车命令时能够立即停止。电机1包括转子12和定子11，转子12设置于定子11的外周，使该电机1为外转子电机，刹车组件5中的刹车本体51设置于定子11的内部，使得刹车本体51无需额外占用舵机模组的轴向空间，与电机1共用舵机模组的同一处的轴向空间即可，从而可以缩短舵机模组的轴向长度，使其结构更加紧凑。需要说明的是，由于该电机1为外转子电机，外转子电机的定子11内部具有较大的空间，将刹车本体51设置于定子11内，无需对外转子电机1定子11进行改造，直接充分利用现有结构中定子11内部的空间即可。其中，减速组件2、电机1和编码器组件4可沿输出轴3的轴向依次设置。

上述实施例中的舵机模组，包括电机1、减速组件2、输出轴3、编码器组件4和刹车组件5，电机1包括转子12和定子11，转子12设置于定子11的外周，为外转子电机，而且，刹车组件5的刹本体51设置于定子11的内部，可以充分利用外转子电机的定子11的内部空间，缩减刹车组件5所占用的轴向长度，因而可以缩短舵机模组的整体长度，减小其占用的空间，进而能够适用于结构更紧凑的机器人中。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，刹车组件5包括刹车本体51、刹车固定座52和刹车片53，刹车本体51和定子11均固定在刹车固定座52上，无需额外设置定子座，刹车固定座52对刹车本体51和定子11均形成支撑。具体地，在舵机模组得电时，刹车片53和刹车本体51相互磁吸，刹车片53和电机1的输出端之间具有间隙，电机1可正常工作；在舵机模组失电时，刹车片53和刹车本体51之间的磁吸力消失，刹车片53抵接于电机1的输出端，通过摩擦力对电机1的输出端制动。可选地，刹车固定座52固定在电机1的外壳13上，可与电机1的外壳13配合，形成容纳定子11和转子12的空间，也节省了电机1的外壳13的材料，使刹车固定座52的外侧作为电机1的外表面的一部分。而且，定子11的线缆和刹车组件5的线缆可以同时固定在刹车固定座52上，减小了线缆被磨损的可能性。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，电机1包括定子11、转子12，还包括电机转接轴14，电机转接轴14与转子12固定连接，电机转接轴14为电机1的输出端，减速组件2可连接于定子11或者电机转接轴14上，减速组件2输出端的转速与电机转接轴14的转速相同。电机转接轴14套设在输出轴3的外周，与输出轴3同轴设置，减小电机转接轴14和输出轴3所占用的径向空间，尽可能地使舵机模组小型化。刹车固定座52通过第一轴承6连接于电机转接轴14的外周，使电机转接轴14能够在转子12的带动下相对刹车固定座52自由旋转，同时第一轴承6对电机转接轴14具有支撑和限位作用。可选地，电机转接轴14的一端与转子12固定连接，转子12通过第二轴承7与电机1的外壳13转动连接，电机转接轴14的另一端与刹车固定座52通过第一轴承6转动连接，而刹车固定座52与电机1的外壳13转动连接。如此，电机转接轴14的两端分别由第一轴承6和第二轴承7支撑，使电机转接轴14能够平稳转动。

可选地，请参阅图1及图2，刹车固定座52包括第一环部521和第二环部522，第一环部521和第二环部522沿输出轴3的轴向方向连接。定子11固定于第一环部521的外壁，刹车本体51固定于第一环部521的内壁，转子12设置于定子11的外周，第一轴承6的外圈固定于第二环部522的内壁，第一轴承6的内圈固定于电机转接轴14的外周。由于电机转接轴14的外径远远小于刹车本体51的外径，因此第一环部521的内径大于第二环部522的内径。其中，刹车本体51的外圈与第一环部521的内壁固定，刹车片53的内圈与电机转接轴14的外圈间隔设置。刹车片53的内圈设置有方形孔，电机转接轴14的外圈设置有方形凸台141，方形孔和方形凸台141的结构相同，但方形孔的尺寸大于方形凸台141的尺寸，在需要对舵机模组进行制动时，刹车片53内缩夹紧电机转接轴14的方形凸台141，使电机转接轴14和转子12停止转动，实现舵机模组的制动。在其他实施例中，刹车片53的内圈和电机转接轴14的外圈也可设置其他结构(非圆形结构)，只要能够对电机转接轴14进行制动即可。第一环部521和第二环部522的连接处形成第一定位台阶526，第一定位台阶526可对刹车本体51进行定位。可选地，电机转接轴14的外周设置有第二定位台阶142，用于对第一轴承6的内圈进行限位，第二环部522的内圈径向向内形成有定位凸缘525，定位凸缘525用于对第一轴承6的外圈进行限位。

可选地，请参阅图1及图2，电机1包括转子12和定子11，还包括外壳13，定子11和转子12都设置于外壳13的内部，刹车固定座52与外壳13固定连接，从而可以形成对定子11和刹车本体51的稳定支撑。具体地，刹车固定座52包括第三环部523，第三环部523可由第二环部522的外圈径向向外延伸而成，使第三环部523能够延伸至接近外壳13，通过第三环部523与外壳13固定连接，实现刹车固定座52与外壳13固定连接。可选地，刹车固定座52还包括第四环部524，第四环部524可由第三环部523的端面沿轴向延伸而成，第四环部524的远离第三环部523的一端可抵接于编码器组件4，使得编码器组件4安装后更加稳定。

可选地，电机1的外壳13包括外筒部131和端面部132，端面部132连接于外筒部131的一端，刹车固定座52的第三环部523连接于外筒部131的另一端，外筒部131、端面部132和第三环部523形成容纳定子11和转子12的空间，第三环部523可作为电机1的部分壳体使用。

可选地，请参阅图1及图3，转子12包括圆环部123、第一圆筒部121和第二圆筒部122，第一圆筒部121连接于圆环部123的内圈，第二圆筒部122连接于圆环部123的外圈，定子11设于第二圆筒部122内，从舵机模组的外层至中心来看，第二圆筒部122、定子11、第一环部521、刹车本体51、电机转接轴14和输出轴3依次设置。圆环部123用于连接第一圆筒部121和第二圆筒部122，使第一圆筒部121靠近减速组件2设置，第一圆筒部121与减速组件2的输入端固定连接，带动减速组件2的输入端旋转。减速组件2的输入端具体可与第一圆筒部121的端面固定连接。其中，第一圆筒部121的内径小于第二圆筒部122的内径。

可选地，端面部132的内圈轴向延伸形成支撑凸缘133，第一圆筒部121的外周和支撑凸缘133的内圈之间设置有第二轴承7，使电机1的外壳13和转子12通过第二轴承7形成转动连接。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4，编码器组件4包括控制板41、第一磁环43、第二磁环44、第一读头芯片411和第二读头芯片412，控制板41可以根据反馈信号控制电机1的启停、输出轴3的转速等。控制板41的中心开设有中心孔，使其呈圆环形，供输出轴3穿过设置。第一磁环43与第一读头芯片411正对设置，第一读头芯片411用于检测并记录第一磁环43的角位移，第二磁环44与第二读头芯片412正对设置，第二读头芯片412用于检测并记录第二磁环44的角位移。其中，第一磁环43固定于电机1的输出端，可具体固定在电机转接轴14。第二磁环44固定于输出轴3上，电机转接轴14为电机1的输出端，输出轴3为舵机模组的输出端。第一读头芯片411和第二读头芯片412均固定且电性连接于控制板41上，这样，第一读头芯片411和第二读头芯片412无需通过线缆与控制板41电性连接，也无需额外设置电路板，可以减少物料、降低装配难度、减小舵机模组的体积。更具体地，舵机模组在工作时，电机1的输出端旋转，使第一磁环43旋转，第一读头芯片411可以检测并记录第一磁环43的角位移，即可以检测并记录电机1的输出端的角位移；相应地，电机1的输出端经过减速组件2的减速，使输出轴3旋转，固定于输出轴3的第二磁环44旋转，第二读头芯片412则可以检测并记录第二磁环44的角位移，即可以检测并记录输出轴3的角位移。

可选地，第一磁环43和第二磁环44同轴设置，可以减小舵机编码控制结构的径向占用空间，尽可能地利用舵机编码控制结构的径向空间。第一磁环43和第二磁环44的中心轴可选为与输出轴3的中心轴重合。第一磁环43和第二磁环44的大小不同，可以防止第一磁环43和第二磁环44之间相互磁性干扰。其中，第一磁环43的内径大于第二磁环44的内径，或者，第一磁环43的内径小于第二磁环44的内径。

可选地，第一读头芯片411和第二读头芯片412分别固定且电性连接于控制板41的相对两表面，第一磁环43和第二磁环44也分别设于控制板41的相对两侧，从而可以充分利用控制板41相对两侧的空间，尽可能减小舵机编码控制结构所占用的空间。

可选地，编码器组件4还包括驱动板42，驱动板42和控制板41固定且电性连接，驱动板42用于控制电机1的开关。驱动板42和控制板41平行设置，以尽可能减小编码器组件4的体积。驱动板42和控制板41可通过螺柱45固定连接，螺柱45的数量可选为多个，驱动板42和控制板41通过插接端子对46电性连接。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，输出轴3包括轴本体31和固定在轴本体31一端的法兰盘32，轴本体31依次穿过减速组件2、电机1和编码器组件4设置，轴本体31为空心轴，使线缆能够从轴本体31中穿过，法兰盘32用于与机器人的摆动件连接，从而带动摆动件摆动。法兰盘32的设置还方便减速组件2的输出端与其固定连接，从而实现减速组件2的输出端与输出轴3的固定连接。

可选地，法兰盘32的中心套设有护线套9，使线缆穿过时，对线缆形成保护，避免线缆与法兰盘32中心的孔直接接触而磨伤线缆。可选地，舵机模组还包括舵机端盖8，舵机端盖8盖设于轴本体31的远离法兰盘32一端。舵机端盖8可固定于电机1的外壳13或者固定于刹车固定座52上，编码器组件4可设置于舵机端盖8和刹车固定座52的围成的区域内。其中，编码器组件4可通过螺柱45固定在舵机端盖8的内壁。舵机端盖8的中心处也设置有护线套9，两个护线套9可同轴设置，避免线缆被法兰盘32的中心孔和舵机端盖8的中心盖磨损。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，减速组件2为谐波组件。在其他实施例中，减速组件2也可为行星轮减速组件、蜗轮减速组件、摆线针轮减速组件等。谐波组件包括波发生器21、刚轮22和柔轮23，波发生器21固定连接于转子12，刚轮22与输出轴3固定连接。波发生器21在转子12的带动下转动时，使柔轮23产生可控弹性变形，并与刚轮22相啮合来传递动力，实现对电机1的输出端的减速。

本发明还提供一种机器人，机器人包括上述任一实施例中的舵机模组。舵机模组可用于机器人的关节中，为机器人的摆动臂等结构件提供动力。

本发明提供的机器人，采用了上述任一实施例中的舵机模组，舵机模组包括电机1、减速组件2、输出轴3、编码器组件4和刹车组件5，电机1包括转子12和定子11，转子12设置于定子11的外周，为外转子电机，而且，刹车组件5的刹车本体51设置于定子11的内部，可以充分利用外转子电机的定子11的内部空间，缩减刹车组件5所占用的轴向长度，因而可以缩短舵机模组的整体长度，减小其占用的空间，进而能够适用于结构更紧凑的机器人中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舵机模组，其特征在于：包括电机、连接于所述电机的输出端的减速组件、连接于所述减速组件的运动端的输出轴、用于检测和记录所述电机以及所述输出轴的角位移的编码器组件以及用于制动的刹车组件，所述减速组件、所述电机及所述编码器组件沿所述输出轴的轴向依次套设于所述输出轴上，所述电机包括转子以及设于所述转子内部的定子，所述刹车组件的刹车本体设置于所述定子的内部。

2.如权利要求1所述的舵机模组，其特征在于：所述刹车组件还包括所述刹车本体、刹车固定座以及用于对所述电机的输出端制动的刹车片，所述刹车本体和所述定子均固定于所述刹车固定座上。

3.如权利要求2所述的舵机模组，其特征在于：所述电机还包括与所述转子固定连接的电机转接轴，所述电机转接轴套设于所述输出轴的外周，所述刹车固定座通过第一轴承连接于所述电机转接轴的外周。

4.如权利要求3所述的舵机模组，其特征在于：所述刹车固定座包括轴向连接的第一环部和第二环部，所述定子固定于所述第一环部的外壁，所述刹车本体固定于所述第一环部的内壁，所述第一轴承的外圈固定于所述第二环部的内壁。

5.如权利要求4所述的舵机模组，其特征在于：所述电机还包括设于所述转子外周的外壳，所述刹车固定座还包括由所述第二环部的外圈径向向外延伸形成的第三环部，所述第三环部与所述外壳固定连接。

6.如权利要求3所述的舵机模组，其特征在于：所述电机转接轴的外周设置有方形凸台，所述刹车片的内壁设有与所述方形凸台适配的方形孔。

7.如权利要求1所述的舵机模组，其特征在于：所述转子包括圆环部、由所述圆环部的内圈轴向延伸而成的第一圆筒部以及由所述圆环部的外圈轴向延伸而成的第二圆筒部，所述定子设于所述第二圆筒部内，所述减速组件的输入端连接于所述第一圆筒部。

8.如权利要求1所述的舵机模组，其特征在于：所述编码器组件包括控制板、固定于所述电机的输出端的第一磁环、固定于所述输出轴的第二磁环、用于检测并记录所述第一磁环的角位移的第一读头芯片以及用于检测并记录所述第二磁环的角位移的第二读头芯片，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片均固定且电性连接于所述控制板上。

9.如权利要求8所述的舵机模组，其特征在于：所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的相对两表面。

10.机器人，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的舵机模组。

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