CN214591037U - 机器人及其伺服电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人及其伺服电机，所述伺服电机包括机壳、转子、定子、行星减速机构、第一霍尔磁铁、霍尔开关、第二霍尔磁铁和位置传感器，所述转子设在所述机壳内且具有转子支架和转子轴，所述定子设在所述机壳内，所述行星减速机构设在机壳内且包括太阳轮、行星架和多个行星轮，所述行星减速机构的减速比为N:1，其中N为正整数，所述第一霍尔磁铁设在行星架上，霍尔开关为多个，多个所述霍尔开关与第一霍尔磁铁对应且绕转子轴的旋转轴线均匀间隔地设在机壳内，其中所述霍尔开关的数量为N，所述第二霍尔磁铁设在转子上，所述位置传感器设在机壳内且与第二霍尔磁铁面对。本实用新型的伺服电机检测精度高。

Description

机器人及其伺服电机

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种伺服电机和具有该伺服电机的机器人。

背景技术

伺服电机是足式机器人(也可以称为有腿机器人)常用的驱动装置，用于驱动机器人的腿组件，从而使足式机器人能够运动。相关技术中为了控制腿组件的运动，通常利用位置传感器和磁铁检测定子这转子的相对位置，但是无法检测电机输出的绝对位置，因此存在机器人控制精度低的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种检测精度高的伺服电机。

本实用新型的实施例还提出具有上述伺服电机的一种机器人。

根据本实用新型实施例的伺服电机包括：机壳；转子，所述转子设在所述机壳内且具有转子支架和转子轴；定子，所述定子设在所述机壳内；行星减速机构，所述行星减速机构设在所述机壳内且包括太阳轮、行星架和多个行星轮，所述行星减速机构的减速比为N:1，其中N为正整数；第一霍尔磁铁，所述第一霍尔磁铁设在所述行星架上；多个霍尔开关，多个所述霍尔开关与所述第一霍尔磁铁对应且绕所述转子轴的旋转轴线均匀间隔地设在所述机壳内，其中所述霍尔开关的数量为N；第二霍尔磁铁，所述第二霍尔磁铁设在所述转子上；位置传感器，所述位置传感器设在所述机壳内且与所述第二霍尔磁铁对面。

根据本实用新型实施例的伺服电机，第一霍尔磁铁随行星架转动，以激活相应位置的霍尔开关，从而可以检测到转子所处的旋转位置。另外，转子旋转可以带动转子上的第二霍尔磁铁的旋转，第二霍尔磁铁的旋转角度可以通过位置传感器获取，从而得出电机的旋转角度，从而提高伺服电机的检测精度。

在一些实施例中，所述伺服电机还包括霍尔开关板和支撑架，所述支撑架设在所述机壳内，所述霍尔开关板安装在所述支撑架上，多个所述霍尔开关设在所述霍尔开关板上。

在一些实施例中，所述行星架的内半径为r，所述太阳轮半径为R1，其中R1+2毫米≤r≤R1+5毫米。

在一些实施例中，多个所述霍尔开关绕所述转子轴排列成圆形，R为多个所述霍尔开关的中心所在的圆的半径，其中R1+5毫米≤R≤R1+12毫米。

在一些实施例中，所述第一霍尔磁铁和霍尔开关均为大体矩形，所述第一霍尔磁铁的长度方向与所述行星架的一个径向正交，所述第一霍尔磁铁的长度为L1，宽度为W1，霍尔开关的长度为L2，其中(2πR/N)≤L1≤1.5(2πR/N),L2≤W1≤2L2，R为多个所述霍尔开关的中心所在的圆的半径，N为减速比。

在一些实施例中，所述第一霍尔磁铁与所述霍尔开关之间的距离S1为2毫米≤S1≤6毫米。

在一些实施例中，所述第二霍尔磁铁与所述位置传感器之间的距离S2为1毫米≤S2≤3毫米。

在一些实施例中，所述伺服电机还包括一个印刷电路板，所述印刷电路板设在所述机壳内，所述位置传感器设在所述印刷电路板上。

在一些实施例中，所述印刷电路板仅为一个。

在一些实施例中，所述印刷电路板设在所述机壳内的后部，所述印刷电路板与所述机壳的后端盖之间的最小距离S3为4毫米≤S3≤8毫米。

在一些实施例中，所述印刷电路板的面向所述定子的表面和背离所述定子的表面上均设有电子元器件，其中所述位置传感器设在所述印刷电路板的面向所述定子的表面上，设在所述印刷电路板的面向所述定子的表面上的电子元器件的发热量小于设在所述印刷电路板的背离所述定子的表面上的电子元器件。

在一些实施例中，所述第二霍尔磁铁为圆柱状或圆环状，所述转子上设有安装凹槽，所述第二霍尔磁铁设在所述安装凹槽内，所述第二霍尔磁铁的外表面低于或平齐于所述安装凹槽的外表面。

在一些实施例中，所述第二霍尔磁铁设在所述转子轴的面对所述位置传感器的端部或设在所述转子支架上与所述位置传感器面对的位置。

根据本实用新型实施例的机器人，包括躯身组件；腿组件，所述腿组件与所述躯身组件可转动地相连，所述腿组件包括第一腿、第二腿、伺服电机、输出法兰和传动部件，所述伺服电机为上述实施例所述的伺服电机且设于所述第一腿的第一端，所述电机的电机输出轴与所述输出法兰相连以驱动所述输出法兰转动，所述第一腿与所述第二腿可枢转地相连，所述传动部件与所述输出法兰和所述第二腿相连以驱动所述第二腿相对于所述第一腿转动，所述输出法兰上设有第一限位部，所述第一腿上设有第一止挡部和第二止挡部，所述第一止挡部和所述第二止挡部间隔布置，以通过止挡所述第一限位部限制所述输出法兰的转动角度。

根据本实用新型实施例的机器人可以通过伺服电机控制腿组件的转动，进而可以对腿组件的转动角度和移动的位置进行检测，从而提高了机器人的运动时的精确度。

在一些实施例中，所述第一腿上设有用于通过止挡所述传动部件以限制所述第二腿转动的第二限位部。

在一些实施例中，所述输出法兰上设有用于通过止挡所述传动部件限制所述第二腿转动的第三限位部。

在一些实施例中，所述传动部件包括连杆，所述连杆的第一端与所述输出法兰通过第一枢轴可枢转地相连，所述连杆的第二端与所述第二腿的第一端通过第二枢轴可枢转地相连，所述第一腿的第二端与所述第二腿的第一端通过第三枢轴可枢转地相连。

在一些实施例中，所述传动部件包括第一带轮、第二带轮和绕设在所述第一带轮和第二带轮上的传输带，所述第一带轮安装在所述输出法兰上，所述第二带轮可转动地安装在所述第一腿的第二端，所述第二腿的第一端与所述第二带轮相连。

在一些实施例中，所述第一腿上设有用于通过止挡所述第二腿以限制所述第二腿转动的第二限位部，所述第二限位部包括沿所述第一腿的宽度方向间隔布置的第二左限位部和第二右限位部。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的机器人的示意图。

图2A是根据本实用新型一种实施例的伺服电机的示意图。

图2B是根据本实用新型另一种实施例的伺服电机的示意图。

图3是根据本实用新型一种实施例的伺服电机的剖视图。

图4是根据本实用新型实施例的伺服电机的行星减速机构与第一霍尔磁铁的安装示意图。

图5是根据本实用新型实施例的伺服电机的霍尔开关板与霍尔开关的安装示意图。

图6是根据本实用新型另一种实施例的伺服电机的剖视图。

图7是根据本实用新型又一种实施例的伺服电机的剖视图。

图8是根据本实用新型再一种实施例的伺服电机的剖视图。

图9是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的***图。

图10是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的示意图。

图11是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的示意图，其中第二腿处于收拢极限位置。

图12是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的示意图，其中第二腿处于展开极限位置。

图13是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的第一腿和输出法兰的示意图。

图14是根据本实用新型实施例的机器人的腿组件的第二腿的示意图。

图15是根据本实用新型另一个实施例的机器人的腿组件的输出法兰与连杆的连接示意图。

图16是根据本实用新型又一个实施例的机器人的腿组件的示意图。

附图标记：

100、腿组件；200、躯身组件；

1、第一腿；11、第一止挡部；12、第二止挡部；13、第二限位部；131、限位块；132、第二左限位部；133、第二右限位部；

2、第二腿；21、U形槽；22、第三枢轴；

3、传动部件；31、连杆；311、第一枢轴；312、第二枢轴；32、第一轮；33、第二轮；34、柔性传输件；

4、输出法兰；41、第一限位部；42、第三限位部；421、凸块；422、凹缺部；43、U形配合槽；44、销轴；

5、伺服电机；51、机壳；511、后端盖；52、转子；521、转子支架；5211、安装凹槽；522、转子轴；5221、凸缘；53、定子；54、第一霍尔磁铁；55、霍尔开关板；551、霍尔开关；552、支撑架；56、第二霍尔磁铁；57、印刷电路板；571、位置传感器；58、行星减速机构；581、太阳轮；582、内齿圈；583、行星架；584、电机输出轴；5841、轴承安装槽；5842、轴承安装孔；5843、配合孔；5844、配合槽；5845、定位部；58451、第一定位部；58452、第二定位部；585、行星轮；586、行星轴；587、转子轴承；588、卡簧。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的伺服电机和具有该伺服电机的机器人。

首先参考附图描述根据本实用新型实施例的伺服电机。如图1至图5所示，根据本实用新型实施例的伺服电机5包括机壳51、转子52、定子53、行星减速机构58、第一霍尔磁铁54、霍尔开关551、第二霍尔磁铁56和位置传感器571。转子52设在机壳51内，转子52具有转子支架521和转子轴522。行星减速机构58设在机壳51内且包括太阳轮581、行星架583和多个行星轮585，行星减速机构58的减速比为N:1，其中N为正整数。

如图3所示，第一霍尔磁铁54设在行星架583上，霍尔开关551为多个，多个霍尔开关551与第一霍尔磁铁54对应且绕转子轴522的旋转轴线均匀间隔地设在机壳51内，其中霍尔开关551的数量为N。第二霍尔磁铁56设在转子52上，位置传感器571设在机壳51内，且位置传感器571与第二霍尔磁铁56面对；第一霍尔磁铁54的数量可以为一个。

本申请的发明人通过研究发现，行星减速机构58的减速比为N，霍尔开关551的数量也为N，即霍尔开关551的数量与行星减速机构58的减速比的数值相同时，能够提高伺服电机5的检测精度。当第一霍尔磁铁54随行星架583转动到某一位置时，第一霍尔磁铁54会激活相应位置的霍尔开关551，从而可以检测到转子52所处的旋转位置。另外，转子52旋转可以带动转子52上的第二霍尔磁铁56旋转，第二霍尔磁铁56的旋转角度可以通过位置传感器571获取，从而得出转子52的位置和转子52的旋转角度。

具体地，在图3中所示实施例中，行星轮585为三个。行星轮585与太阳轮581和内齿圈582啮合，太阳轮581与转子轴522同轴相连，例如二者套设在一起。多个行星轮585的行星轴586与行星架583和电机输出轴584相连。可以理解的是，伺服电机5工作时，转子52带动太阳轮581转动，太阳轮581带动行星轮585和行星轴586转动，行星轴586带动行星架583和电机输出轴584转动。

在一些实施例中，如图3所示，伺服电机5还包括霍尔开关板55和支撑架552，支撑架552设在机壳51内，霍尔开关板55安装在支撑架552上，多个霍尔开关551设在霍尔开关板55上。支撑架552用于支撑霍尔开关板55，以使霍尔开关板55与机壳51相对固定。

可选地，如图3和图5所示，霍尔开关板55为环状，霍尔开关板55的中心孔与转子52间隙配合，即转子52与霍尔开关板55不接触。多个霍尔开关551沿其周向均匀的排布在霍尔开关板55上，且霍尔开关551位于霍尔开关板55邻近行星架583的一侧。

例如，如图3和图5所示，行星减速机构58的减速比为6:1，霍尔开关551为六个，六个霍尔开关551沿其周向均匀的排布在霍尔开关板55上。第一霍尔磁铁54为一个，一个第一霍尔磁铁54设于行星架583邻近霍尔开关板55的一端。当第一霍尔磁铁54转动至相应地霍尔开关551的正上方时，相应位置的霍尔开关551会被激活，从而得出转子52的转动位置。

在一些实施例中，如图3至图5所示，行星架583的内半径为r，太阳轮581半径为R1，其中R1+2毫米≤r≤R1+5毫米。多个霍尔开关551绕转子轴522排列成圆形，R为多个霍尔开关551的中心所在的圆的半径，其中R1+5毫米≤R≤R1+12毫米。本申请的发明人通过研究发现，通过将行星架583、太阳轮581的尺寸和霍尔开关551的位置限定在上述数值范围内，可以进一步地提高伺服电机5的检测精度，且伺服电机5运行时更平稳。

可选地，如图4所示，第一霍尔磁铁54和霍尔开关551均为大体矩形，第一霍尔磁铁54的长度方向(如图4中第一霍尔磁铁54的左右方向)与行星架583的一个径向正交，第一霍尔磁铁54的长度为L1，宽度为W1，霍尔开关551的长度为L2，其中(2πR/N)≤L1≤1.5(2πR/N),L2≤W1≤2L2。本申请的发明人通过研究发现，通过将第一霍尔磁铁54和霍尔开关551的尺寸限定在上述数值范围内，可以使第一霍尔磁铁54在转动过程中始终激活一至两个霍尔开关551，从而提高检测的可靠性。

在一些实施例中，如图3所示，第一霍尔磁铁54与霍尔开关551之间的距离S1为2毫米≤S1≤6毫米。本申请的发明人通过研究发现，将第一霍尔磁铁54与霍尔开关551之间的距离S1设定在2毫米-6毫米的范围内，既可以保证检测精度，又提高了伺服电机5内部的空间利用率，从而缩小伺服电机5的体积。发明人通过实验研究了解到，如果S1小于2毫米，检测精度降低，大于6毫米，导致第一霍尔磁铁54与霍尔开关551之间的距离过大，增加了伺服电机5内部所需空间。

进一步地，如图3所示，第二霍尔磁铁56与位置传感器571之间的距离S2为1毫米≤S2≤3毫米。本申请的发明人通过研究发现，将第二霍尔磁铁56与位置传感器571之间的距离S2设定在1毫米-3毫米的范围内，既可以保证检测精度，又提高了伺服电机5内部的空间利用率，从而缩小伺服电机5的体积。发明人通过实验研究了解到，如果S2小于1毫米，检测精度降低，大于3毫米，导致第二霍尔磁铁56与位置传感器571之间的距离过大，增加了伺服电机5内部所需空间。

在一些实施例中，如图3所示，伺服电机5还包括一个印刷电路板57，印刷电路板57设在机壳51内，位置传感器571设在印刷电路板57上。由于伺服电机5仅包含一个印刷电路板57，诸如位置传感器571的电子元器件集成到一个印刷电路板57上，从而提高了伺服电机5的内部空间利用率，减小了伺服电机5的体积，有利于电机的小型化。

具体地，如图3所示，印刷电路板57设在机壳51内的后部，印刷电路板57与机壳51的后端盖511之间的最小距离S3为4毫米≤S3≤8毫米。这里，需要理解的是，最小距离是指印刷电路板57上距离后端盖511最近的部分或元件与后端盖511之间的距离。

如图3所示，印刷电路板57设于机壳51的后端盖511与转子支架521之间，且印刷电路板57距离机壳51的后端盖511之间的最小距离为S3。通过将最小距离S3设定在上述范围内，可以减少印刷电路板57上的电子元器件因后端盖511变形而碰撞和损坏电子元器件，又降低了伺服电机5的整体尺寸，进一步便于伺服电机5小型化，同时后端盖511与印刷电路板57之间的空间也可以用作散热空间，有利于印刷电路板57的散热，如果S3过小，不但容易损坏印刷电路板57上的元器件，也不利于散热，S3过大，不利于伺服电机5的小型化。

在一些实施例中，印刷电路板57的面向定子53的表面和背离定子53的表面上均设有电子元器件，其中位置传感器571设在印刷电路板57的面向定子53的表面上。设在印刷电路板57的面向定子53的表面上的电子元器件的发热量小于设在印刷电路板57的背离定子53的表面上的电子元器件。

如图3所示，印刷电路板57上端面的电子元器件的发热量小于印刷电路板57下端面的电子元器件的发热量，从而大部分热量可以朝向后端盖511的方向导出，避免对位置传感器571的影响，提高位置传感器571的检测精度，提高了伺服电机5的整体散热性能。

在一些实施例中，如图3所示，第二霍尔磁铁56可以设在转子轴522的面对位置传感器571的端部。可选地，第二霍尔磁铁56可以设在转子支架521上与位置传感器571面对的位置。

具体地，如图3所示，转子支架521同轴套设在转子轴522的上，转子支架521和转子轴522一起转动。第二霍尔磁铁56安装于转子支架521的邻近印刷电路板57的端部，且第二霍尔磁铁56与位置传感器571面对设置。

可选地，如图3所示，第二霍尔磁铁56为圆柱状或圆环状，转子支架521上设有安装凹槽5211，第二霍尔磁铁56设在安装凹槽5211内，第二霍尔磁铁56的外表面低于或平齐于安装凹槽5211的外表面。例如，第二霍尔磁铁56可以通过胶连的方式固定在安装凹槽5211内。

在一些实施例中，如图6和图8所示，转子轴522与太阳轮581一体成型，可以理解的是，转子轴522与太阳轮581为齿轮轴结构，本实用新型的伺服电机5通过将转子轴522与太阳轮581做成一体结构，可以在保证其强度的情况下，减小太阳轮581的外径，进而减小伺服电机5的体积，从而有利于伺服电机5的小型化设计，提高伺服电机5的适用性。

在一些实施例中，如图3、图6和图7所示，行星减速机构58还包括转子轴承587，电机输出轴584的一端(如图3中电机输出轴584的下端)设有轴承安装槽5841，转子轴522上设有凸缘5221，转子轴承587套设于转子轴522上，转子轴承587的一端(如图3中转子轴承587的下端)与凸缘5221抵接，转子轴承587的另一端(如图3中转子轴承587的上端)与轴承安装槽5841的内壁抵接。可以理解的是，由于转子轴承587的内圈与凸缘5221抵接，从而可以对转子轴承587进行轴向定位，由于转子轴承587的外圈与轴承安装槽5841的内壁抵接，进而可以对转子轴承587进行径向定位，从而提高转子轴承587的定位精度。另外，由于轴承安装槽5841并不会贯穿电机输出轴584，从而可以在一定程度上减少外界的灰尘或污水进入至伺服电机5内部的可能性，进而提高了伺服电机5的防水性能。

可选地，如图3和图7所示，转子轴522与太阳轮581可拆卸地连接，且太阳轮581与凸缘5221抵接。可以理解的是，转子轴522与太阳轮581过盈配合，太阳轮581的上端与凸缘5221抵接，以对太阳轮581进行轴向和径向的定位，且便于伺服电机5的安装和拆卸。

在另一些实施例中，如图8所示，行星减速机构58还包括转子轴承587，电机输出轴584上设有轴承安装孔5842，转子轴承587配合在轴承安装孔5842内，转子轴522的一端(如图8中转子轴522的上端)穿出转子轴承587并通过卡簧588卡接。可以理解的是，轴承安装孔5842沿电机输出轴584的轴向贯穿电机输出轴584，轴承安装孔5842为阶梯孔，转子轴承587的外圈与轴承安装孔5842抵接并与轴承安装孔5842过盈配合。转子轴522与转子轴承587过盈配合，且转子轴522的上端向上穿出于转子轴承587的内圈。转子轴522的上端具有卡槽，卡槽内卡接有卡簧588，以用于对转子轴522进行定位，从而避免转子轴522与转子轴承587之间发生轴向窜动。

在一些实施例中，如图3、图6和图8所示，电机输出轴584内贯穿有多个配合孔5843，多个配合孔5843与多个行星轴586一一对应，至少部分行星轴586的一端穿出于配合孔5843。例如，行星轴586为三个，配合孔5843为三个，三个行星轴586沿太阳轮581的周向间隔排布，三个行星轴586的上端分别穿出于三个配合孔5843。可以理解的是，行星轴586穿出于配合孔5843的部分构成定位部5845，从而可以在其他零部件与伺服电机5安装时进行定位，以提高装配效率。

在另一些实施例中，如图7所示，电机输出轴584的一端(如图7中电机输出轴584的下端)设有多个配合槽5844，多个配合槽5844与多个行星轴586一一对应，行星轴586的一端(如图7中行星轴586的上端)配合在配合槽5844内。例如，行星轴586为三个，配合槽5844为三个，三个行星轴586沿太阳轮581的周向间隔排布，三个配合槽5844的上端分别安装在三个配合槽5844内，可以理解的是，由于配合槽5844并不会贯穿电机输出轴584，从而可以在一定程度上减少外界的灰尘或污水进入至伺服电机5内部的可能性，进而提高了伺服电机5的防水性能。可选地，行星轴586与配合槽5844间隙配合，以便于行星轴586与电机输出轴584的装配。

进一步地，如图2B和图7所示，电机输出轴584的另一端(如图7中电机输出轴584的上端)设有定位部5845，定位部5845包括第一定位部58451和第二定位部58452，第一定位部58451和第二定位部58452在电机输出轴584的径向间隔布置，第一定位部58451与电机输出轴584同轴设置。例如，第一定位部58451为定位槽，第二定位部58452为定位柱。可以理解的是，当伺服电机5的电机输出轴584与其他零部件进行组装时，可以通过第一定位部58451和第二定位部58452对零部件进行径向和轴向定位，以提高装配效率。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的机器人。

如图1所示，根据本实用新型实施例的机器人包括躯身组件200和多个腿组件100。在图1所示的实施例中，腿组件100为四个，因此，该机器人可以称为四足机器人或四腿机器人。可以理解的是，本实用新型并不限于此，例如机器人也可以包括两个腿组件100，相应地该机器人可以称为双足机器人或双腿机器人。在图1所示的实施例中，四个腿组件100与躯身组件200相连以支撑躯身组件200。当腿组件100运行时，可以实现机器人的行走等动作。

腿组件100与躯身组件200可转动地相连，腿组件100包括第一腿1、第二腿2、伺服电机5、输出法兰4和传动部件3。可以理解的是，第一腿1也可以称为大腿，第二腿2也可以称为小腿。第一腿1可以与机器人的躯身组件200可枢转地相连。

伺服电机5设于第一腿1的第一端(如图1中第一腿1的上端)，伺服电机5的电机输出轴584与输出法兰4相连以驱动输出法兰4转动，第一腿1与第二腿2可枢转地相连，传动部件3与输出法兰4和第二腿2相连以驱动第二腿2相对于第一腿1转动。

如图9-11所示，输出法兰4上设有第一限位部41。第一腿1上设有第一止挡部11和第二止挡部12，第一止挡部11和第二止挡部12沿输出法兰4的周向间隔布置，第一止挡部11和第二止挡部12可以通过止挡第一限位部41限制输出法兰4的转动角度，从而限制第二腿2相对于第一腿1的转动幅度以及第二腿2的展开极限位置和收拢极限位置。

换言之，第一止挡部11和第二止挡部12分别限定了第一限位部41的转动极限位置，当第一限位部41由第一止挡部11或第二止挡部12止挡时，阻止了输出法兰4的进一步转动，即阻止了伺服电机5的进一步转动。

例如，如图10-图12所示，当输出法兰4从图10所示的位置顺时针转动时，在第一限位部41与第一腿1上的第二止挡部12接触后，如图12所示，第二止挡部12阻止输出法兰4进一步顺时针转动，即输出法兰4到达顺时针转动极限位置，从而第二腿2转动到展开极限位置。反之，当输出法兰4从图10所示的位置逆时针转动时，在第一限位部41与第一腿1上的第一止挡部11接触后，如图11所示，第一止挡部11阻止输出法兰4进一步逆时针转动，即输出法兰4到达逆时针转动极限位置，从而第二腿2转动到收拢极限位置。

第一腿1上设有第二限位部13，第二限位部13用于止挡第二腿2以限制第二腿2转动。如图11所示，当第二腿2运动到收拢极限位置时，第二限位部13止挡住第二腿2，与此同时，第一止挡部11挡住第一限位部41。

根据本实用新型实施例的机器人，通过在第一腿1上设置第一止挡部11和第二止挡部12，可以方便地限定输出法兰4的转动角度范围，从而方便控制第二腿2的转动范围，即展开极限位置和收拢极限位置，从而精确地控制第二腿2的操作。而且，由于在第一腿1上设有第二限位部13，当第一限位部41被第一止挡部11止挡时，运动到收拢极限位置的第二腿2由第二限位部13止挡，可以防止第二腿2撞击第一腿1。由此，可以将输出法兰4的转动限制方便在预定角度范围内，同时通过第二限位部13对运动到收拢极限位置的第二腿2进行限位，提高了限位可靠性，且腿组件100的各构件受力和所受冲击减小，降低了噪声，利于腿组件100的精确控制。

如图10-12所示，输出法兰4为圆盘且与伺服电机5的电机输出轴584同轴地相连。第一限位部41设在输出法兰4的外周壁，第一止挡部11和第二止挡部12沿输出法兰4的周向设于第一腿1的上端。

在图10-12所示的实施例中，第一限位部41与第一止挡部11和第二止挡部12均为矩形块，从而第一限位部41与第一止挡部11和第二止挡部12为面接触，从而受力更加均匀，冲击更小。可选地，可以在第一止挡部11和第二止挡部12和/或第一限位部41的表面包覆缓冲层，例如弹性橡胶层，从而进一步减小第一限位部41与第一止挡部11和第二止挡部12接触时的冲击力。进一步可选地，在第一止挡部11和第二止挡部12与第一限位部41接触的面上可以设置锥形槽，第一限位部41上设置锥形凸起，从而在第一限位部41与第一止挡部11或第二止挡部12接触时，锥形凸起逐渐进入锥形槽内，从而进一步增加接触的平缓性，减小冲击，更有利地，可以在锥形槽的表面和/或锥形凸起的表面包覆弹出材料层，以进一步降低冲击。

在一些实施例中，如图10至图12所示，第二限位部13为适于与第二腿2面接触的限位块，可选地，第二限位部13也可以为适于与第二腿2线接触的限位柱，如图16所示。

优选地，第二限位部13为适于与第二腿2面接触的限位块，可以进一步减小腿组件100的受力和所受冲击，提高了腿组件100的使用寿命。

具体地，如图11所示第二限位部13可以限制第二腿2逆时针转动，进而对机器人直立时的腿组件100的高度进行限制，从而提高腿组件100的适用性，有利于机器人的设计。

在一些实施例中，如图10至图12所示，输出法兰4上设有第三限位部42，第三限位部42用于止挡传动部件3以限制第二腿2的转动。

可选地，如图11和图12所示，第三限位部42为设在输出法兰4的表面上的凸块421。如图12所示，当输出法兰4顺时针转动，第二腿2顺时针转动到展开极限位置时，传动部件3与第三限位部42接触以止挡传动部件3运动，进而限制输出法兰4、伺服电机5和第二腿2的转动，凸块421随输出法兰4顺时针转动并止挡传动部件3，从而进一步地限制第二腿2地移动，由此进一步提高了腿组件100的限位可靠性。由此，在第二腿2运动到展开极限位置和收拢极限位置时，都存在双重限位，提高了限位的可靠性。

在一些实施例中，如图9至图12所示，传动部件3包括连杆31，连杆31的第一端与输出法兰4通过第一枢轴3111可枢转地相连，连杆31的第二端与第二腿2的第一端通过第二枢轴312可枢转地相连，第一腿1的第二端与第二腿2的第一端通过第三枢轴22可枢转地相连。

伺服电机5启动后通过其电机输出轴584驱动输出法兰4绕电机输出轴584的中心轴线转动，例如摆动，由于第一枢轴311相对于电机输出轴584的中心轴线偏心设置，因此第一枢轴311绕电机输出轴584的中心轴线公转，进而带动连杆3的第一端绕电机输出轴584的中心轴线公转，由此驱动连杆3运动。由于连杆3的第二端通过第二枢轴与第二腿2的第一端可枢转地相连，同时第二腿2的第一端通过第三枢轴22可枢转地相连，因此，连杆3驱动第二腿2绕第三枢轴22相对于第一腿1转动。

更具体地，在图10中，第三枢轴22位于第二枢轴312与第二腿2的第二端之间，即第三枢轴22比第二枢轴312更靠近第二腿2的第二端(图10中的右端)，当输出法兰4顺时针转动时，连杆3向上移动，带动第二枢轴312向上移动，从而驱动第二腿2绕第三枢轴22顺时针摆动，即第二腿2相对于第一腿1展开。反之，当输出法兰4逆时针转动时，连杆3向下移动，带动第二枢轴312向下移动，从而驱动第二腿2绕第三枢轴22逆时针摆动，即第二腿2相对于第一腿1收拢。

可替换地，第二枢轴312也可以位于第三枢轴22与第二腿2的第二端之间，即第二枢轴312比第三枢轴22更靠近第二腿2的第二端(图10中的右端)，由此，当输出法兰4顺时针转动时，驱动第二腿2相对于第一腿1收拢，当输出法兰4逆时针转动时，驱动第二腿2相对于第一腿1展开。

在一些实施例中，如图15所示，输出法兰4设有凹缺部422，凹缺部422的一端设有U形配合槽43，连杆31的第一端可枢转地配合在U形配合槽43内，凹缺部422的表面构成第三限位部42。如图15所示，当连杆31运动时，连杆31的侧壁可以与凹缺部422的表面抵接，从而限制连杆31的转动，进而限制输出法兰4、伺服电机5和第二腿2的转动，由此进一步提高限位的可靠性，降低各构件的受力和所受冲击，第二腿2的运动可以精确地控制。

进一步地，如图10、图13和图14所示，第一止挡部11和电机输出轴584的中心的第一连线为L1，第二止挡部12和电机输出轴584的中心的第二连线为L2，L1与L2之间的夹角为θ，其中110度≤θ≤160度。换言之，L1为输出法兰4的中心与第一止挡部11的用于与第一限位部41接触的接触表面的连线，L2为输出法兰4的中心与第二止挡部12的用于与第一限位部41接触的接触表面的连线。本申请的发明人通过研究发现，通过将第一限位部41的摆动角度在110度-160度之间，可以进一步降低腿组件100的受力和冲击，第二腿2的转动更加平稳。

具体地，如图10、图13和图14所示，更具体地，第一连线L1与第三枢轴22的中心和电机输出轴584的中心之间的第三连线L3之间的夹角a为0≤a≤40度。第二连线L2与垂直于第三连线L3的方向之间的夹角b为10度≤b≤50度。

如图11和图12所示，第一连线L1与第三枢轴22的中心和电机输出轴584的中心之间的第三连线L3之间的夹角a与第二连线L2与垂直于第三连线L3的方向之间的夹角b之和再加上90度，即为第一止挡部11和电机输出轴584的中心的第一连线L1与第二止挡部12和电机输出轴584的中心的第二连线L2之间的夹角θ。本申请的发明人研究发现，通过将夹角a和夹角b限定在上述范围内，可以进一步减小各个构件的受理，冲击更小，运行更加平稳，第二腿2的运行控制可以更加精确。

在一些实施例中，如图10、图13和图14所示，第一腿1的第二端的长度方向与第三连线L3之间的夹角c为130度≤c≤170度。进一步地，第二枢轴312的中心和第三枢轴22的中心之间的第四连线L4与第三枢轴22的中心和第二腿2的第二端(如图13中第二腿2的下端)的中心之间的第五连线L5之间的夹角d为140度≤d≤180度。

本申请的发明人通过研发发现，通过如上设置第一腿1中的夹角c和/或第二腿2中的夹角d,第一腿和第二腿的活动范围较广,充分利用了它们的自由度，避免了干涉，第一腿1、第二腿2和连杆3的运动平稳性好。

进一步地，如图10、图13和图14，第一枢轴3111的中心和电机输出轴584的中心之间的距离小于第二枢轴312的中心和第三枢轴22的中心之间的距离。通过如此设计，可以更方便地控制第二腿2的摆动轨迹，提高第二腿的运动性能，可以更加精确地控制腿组件以及机器人的运动特性。

在一些实施例中，如图14所示，传动部件3包括第一轮32、第二轮33和绕设在第一轮32和第二轮33上的柔性传输件34。第一轮32安装在输出法兰4上，第二轮33可转动地安装在第一腿1的第二端，第二腿2的第一端与第二轮33相连。

如图16所示，第一轮32和第二轮33为带轮且柔性传输件34为传输带，可选地，第一轮32和第二轮33可以为链轮，柔性传输件34为链条。伺服电机5可以带动第一轮32转动，第一轮32通过柔性传输件34带动第二轮33转动，第二轮33可以带动第二腿2转动。

进一步地，如图16所示，第二限位部13包括沿第一腿1的宽度方向(如图11中第一腿1的左右方向)间隔布置的第二左限位部132和第二右限位部133，第二左限位部132和第二右限位部133用于限制第二腿2的转动角度。具体地，柔性传输件34位于第二左限位部132和第二右限位部133之间，且第二左限位部132和第二右限位部133沿第一腿1的长度方向对称布置。

具体地，如图16所示，第二腿2的第一端设有U形槽21，第二轮33的部分位于U形槽21内。可以理解的是，第二轮33架设在第二腿2的上端，第二腿2的上端与第二轮33通过螺栓或者铆钉连接，以使第二轮33可以带动第二腿2转动。

如图9所示，输出法兰4通过多个销轴44与电机输出轴584相连。例如，销轴44为三个，输出法兰4通过三个销轴44与电机输出轴584固定，从而提高了输出法兰4与电机输出轴584的连接强度。

如图1所示，根据本实用新型实施例的机器人具有四个腿组件100，四个腿组件100与包括躯身组件200相连。可以理解的是，腿组件100的第一腿1可以由另外的伺服电机驱动相对于躯身组件200转动，伺服电机5驱动第二腿2相对于第一腿1转动，从而实现机器人的行走等动作。根据本实用新型实施例的机器人，腿组件100的限位可靠，各构件受力小，冲击小，噪声小，运行平稳，控制精度高。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (26)

1.一种伺服电机，其特征在于，包括：

机壳；

转子，所述转子设在所述机壳内且具有转子支架和转子轴；

定子，所述定子设在所述机壳内；

行星减速机构，所述行星减速机构设在所述机壳内且包括太阳轮、行星架和多个行星轮，所述行星减速机构的减速比为N:1，其中N为正整数；

第一霍尔磁铁，所述第一霍尔磁铁设在所述行星架上；

多个霍尔开关，多个所述霍尔开关与所述第一霍尔磁铁对应且绕所述转子轴的旋转轴线均匀间隔地设在所述机壳内，其中所述霍尔开关的数量为N；

第二霍尔磁铁，所述第二霍尔磁铁设在所述转子上；

位置传感器，所述位置传感器设在所述机壳内且与所述第二霍尔磁铁面对。

2.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，还包括霍尔开关板和支撑架，所述支撑架设在所述机壳内，所述霍尔开关板安装在所述支撑架上，多个所述霍尔开关设在所述霍尔开关板上。

3.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述行星架的内半径为r，所述太阳轮半径为R1，其中R1+2毫米≤r≤R1+5毫米。

4.根据权利要求3所述的伺服电机，其特征在于，多个所述霍尔开关绕所述转子轴排列成圆形，R为多个所述霍尔开关的中心所在的圆的半径，其中R1+5毫米≤R≤R1+12毫米。

5.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述第一霍尔磁铁和霍尔开关均为大体矩形，所述第一霍尔磁铁的长度方向与所述行星架的一个径向正交，所述第一霍尔磁铁的长度为L1，宽度为W1，霍尔开关的长度为L2，其中(2πR/N)≤L1≤1.5(2πR/N),L2≤W1≤2L2，R为多个所述霍尔开关的中心所在的圆的半径，N为所述减速比。

6.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述第一霍尔磁铁与所述霍尔开关之间的距离S1为2毫米≤S1≤6毫米。

7.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述第二霍尔磁铁与所述位置传感器之间的距离S2为1毫米≤S2≤3毫米。

8.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，还包括印刷电路板，所述印刷电路板设在所述机壳内，所述位置传感器设在所述印刷电路板上。

9.根据权利要求8所述的伺服电机，其特征在于，所述印刷电路板仅为一个。

10.根据权利要求9所述的伺服电机，其特征在于，所述印刷电路板设在所述机壳内的后部，所述印刷电路板与所述机壳的后端盖之间的最小距离S3为4毫米≤S3≤8毫米。

11.根据权利要求9所述的伺服电机，其特征在于，所述印刷电路板的面向所述定子的表面和背离所述定子的表面上均设有电子元器件，其中所述位置传感器设在所述印刷电路板的面向所述定子的表面上，设在所述印刷电路板的面向所述定子的表面上的电子元器件的发热量小于设在所述印刷电路板的背离所述定子的表面上的电子元器件。

12.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述第二霍尔磁铁为圆柱状或圆环状，所述转子上设有安装凹槽，所述第二霍尔磁铁设在所述安装凹槽内，所述第二霍尔磁铁的外表面低于或平齐于所述安装凹槽的外表面。

13.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，所述第二霍尔磁铁设在所述转子轴的面对所述位置传感器的端部或设在所述转子支架上与所述位置传感器面对的位置。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的伺服电机，其特征在于，所述行星减速机构还包括内齿圈和电机输出轴，多个所述行星轮与所述内齿圈和所述太阳轮啮合，多个所述行星轮的行星轴与所述行星架和所述电机输出轴相连。

15.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述转子轴与所述太阳轮一体成型。

16.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述行星减速机构还包括转子轴承，所述电机输出轴上设有轴承安装槽，所述转子轴上设有凸缘，所述转子轴承套设于所述转子轴上，所述转子轴承的一端与所述凸缘抵接，所述转子轴承的另一端与所述轴承安装槽的内壁抵接。

17.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述行星减速机构还包括转子轴承，所述电机输出轴上设有轴承安装孔，所述转子轴承配合在所述轴承安装孔内，所述转子轴的一端穿出所述转子轴承并通过卡簧卡接。

18.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述电机输出轴内贯穿有多个配合孔，多个所述配合孔与多个所述行星轴一一对应，至少部分所述行星轴穿出于所述配合孔。

19.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述电机输出轴的一端设有多个配合槽，多个所述配合槽与多个所述行星轴一一对应，所述行星轴的部分配合在所述配合槽内。

20.根据权利要求14所述的伺服电机，其特征在于，所述电机输出轴的另一端设有定位部，所述定位部包括第一定位部和第二定位部，所述第一定位部和所述第二定位部在所述电机输出轴的径向间隔布置，所述第一定位部与所述电机输出轴同轴设置。

21.一种机器人，其特征在于，包括：

躯身组件；

腿组件，所述腿组件与所述躯身组件可转动地相连，所述腿组件包括第一腿、第二腿、伺服电机、输出法兰和传动部件，所述伺服电机为根据权利要求1-20中任一项所述的伺服电机且设于所述第一腿的第一端，所述电机的电机输出轴与所述输出法兰相连以驱动所述输出法兰转动，所述第一腿与所述第二腿可枢转地相连，所述传动部件与所述输出法兰和所述第二腿相连以驱动所述第二腿相对于所述第一腿转动，所述输出法兰上设有第一限位部，所述第一腿上设有第一止挡部和第二止挡部，所述第一止挡部和所述第二止挡部间隔布置，以通过止挡所述第一限位部限制所述输出法兰的转动角度。

22.根据权利要求21所述的机器人，其特征在于，所述第一腿上设有用于通过止挡所述传动部件以限制所述第二腿转动的第二限位部。

23.根据权利要求21所述的机器人，其特征在于，所述输出法兰上设有用于通过止挡所述传动部件限制所述第二腿转动的第三限位部。

24.根据权利要求21所述的机器人，其特征在于，所述传动部件包括连杆，所述连杆的第一端与所述输出法兰通过第一枢轴可枢转地相连，所述连杆的第二端与所述第二腿的第一端通过第二枢轴可枢转地相连，所述第一腿的第二端与所述第二腿的第一端通过第三枢轴可枢转地相连。

25.根据权利要求21所述的机器人，其特征在于，所述传动部件包括第一带轮、第二带轮和绕设在所述第一带轮和第二带轮上的传输带，所述第一带轮安装在所述输出法兰上，所述第二带轮可转动地安装在所述第一腿的第二端，所述第二腿的第一端与所述第二带轮相连。

26.根据权利要求25所述的机器人，其特征在于，所述第一腿上设有用于通过止挡所述第二腿以限制所述第二腿转动的第二限位部，所述第二限位部包括沿所述第一腿的宽度方向间隔布置的第二左限位部和第二右限位部。

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