CN105790494B - 马达驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马达驱动系统，包含：底座；传动座；马达，设置在传动座上，并具有在马达运转时转动的第一主轴；传动装置，包括第一、第二及第三传动单元，第一传动单元由第一主轴的带动而转动，第三传动单元带动第二传动单元随着第一传动单元转动而转动；减速机，包括第一及第二运转部，第一运转部由第二传动单元的带动而转动，第二运转部经由第一运转部的带动而转动，并带动传动座同步转动；第二主轴，固定在底座且穿设第二传动单元、第一及第二运转部；第二编码器，设置在传动座上且容收第二主轴的一端，其中第二编码器与传动座同步转动。本发明结构简单、组装容易且无需使用中空马达及中空编码器，可降低生产及组装成本。

Description

马达驱动系统

技术领域

本发明涉及一种驱动系统，尤指一种应用在关节型机械手臂的马达驱动系统。

背景技术

随着科技的进步，各式各样的机器人已广泛地被研发以应用在生活及产业中。一般而言，具有关节型机械手臂的机器人需要利用马达驱动系统来驱动机械手臂的作动。传统的马达驱动系统设置在机械手臂内，且包括马达、第一编码器、减速机及第二编码器。马达转子的转轴设在主轴上，第一编码器设置在马达上，用以当马达转子的转轴相对在主轴转动时，取得马达转子转动时的转速的第一回授值。减速机穿设在主轴并与马达组接，减速机经由马达转子的带动而转动，用以增加马达的输出扭矩并降低输出转速。第二编码器与减速机组接，且与马达、减速机整合为一体并共享设置在机械手臂内，以在减速机转动时通过减速机的带动而同步转动，以取得减速机转动时的转速的第二回授值。因此，当马达运作时，第一编码器取得的第一回授值以及第二编码器取得的第二回授值可进行比较，并依据比较结果对马达驱动系统进行补偿，使马达驱动系统达到回路控制。

然而，在传统的马达驱动系统中，马达、减速机及第二编码器整合为一体且需共享单一主轴，因此结构较为复杂且不易组装。此外，马达及第二编码器需使用例如中空马达及中空编码器，其成本相较于一般马达及编码器高，导致马达驱动系统成本也较高。

因此，如何发展出一种可解决上述问题的马达驱动系统，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在在提供一种马达驱动系统，可应用于关节型机械手臂，其结构简单、组装容易且无需使用中空马达及中空编码器，可降低生产及组装成本。

本发明的另一目的在在提供一种马达驱动系统，其可减少人工校正时间，且可简易且快速地取得补偿值，并且实现全闭回路控制。

为达上述目的，本发明提供一种马达驱动系统，包含：底座；传动座，枢接于底座；马达，设置在传动座上，并具有第一编码器及第一主轴，其中第一主轴在马达运转时转动，且第一编码器取得马达的转速的第一回授值；传动装置，包括第一传动单元、第二传动单元及第三传动单元，第一传动单元固定在第一主轴，第三传动单元链接在第一传动单元及第二传动单元之间，其中第一传动单元由第一主轴的带动而转动，并经由第三传动单元带动第二传动单元转动；减速机，包括第一运转部及第二运转部，第一运转部与第二传动单元固接，第二运转部与传动座固接，其中第一运转部由第二传动单元的带动而转动，第二运转部通过第一运转部的带动而转动，并带动传动座同步转动；第二主轴，固定在底座且穿设第二传动单元、第一运转部及第二运转部；以及第二编码器，设置在传动座上且容收第二主轴的一端，其中第二编码器与传动座同步转动，并根据与第二主轴的相对运转取得第二回授值。

进一步地，还包括一第一承载部，且该马达通过该第一承载部设置在该传动座上。

该第一承载部具有一中空部，且该第一主轴穿过该中空部。

该第一传动单元具有一套接部，该套接部与该马达的该第一主轴固接。

该第一传动单元与该第二传动单元分别为一皮带轮，且该第三传动单元为一传动皮带。

该第二传动单元具有一穿设部，该穿设部与该第一运转部固接，以及该传动座具有一固接部，该固接部与该第二运转部固接。

该第二主轴具有一锁固部，该底座具有一凹设部，该第二主轴的该锁固部固定在该底座的该凹设部的一底部。

该减速机还具有一中空通道，且该第二主轴穿过该中空通道。

进一步地，还包括一第二承载部，且该第二编码器通过该第二承载部设置在该传动座上。

该第二编码器及该第二主轴分别为一中空编码器及一中空主轴。

进一步地，还包括一控制器及一马达驱动器，该控制器通过该马达驱动器控制该马达的作动，其中该控制器接收该第一回授值以及该第二回授值，并依据该第一回授值与该第二回授值的比较结果进行补偿，以执行一全闭回路控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的马达驱动系统，可应用于关节型机械手臂，其结构简单、组装容易且无需使用中空马达及中空编码器，可降低生产及组装成本。

本发明还可减少人工校正时间，且可简易且快速地取得补偿值，并且实现全闭回路控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，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为本发明较佳实施例的马达驱动系统的分解结构示意图；

图2为图1所示的马达驱动系统的组合结构示意图；

图3为马达驱动系统移除传动座的组合结构示意图；

图4为图1所示的底座与第二主轴的组合结构示意图；

图5为本发明的马达驱动系统的架构方块图。

附图标记：

1：马达驱动系统

2：底座

21：凹设部

3：传动座

31：设置部

32：多个连接部

33：固接部

4：马达模块

41：第一主轴

42：马达

43：第一编码器

44：第一承载部

45：中空部

46：多个组接部

5：传动装置

51：第一传动单元

52：第二传动单元

53：第三传动单元

54：套接部

55：穿设部

6：减速机

61：第一运转部

62：第二运转部

63：固定部

64：中空通道

7：第二主轴

71：锁固部

72：多个锁固组件

8：第二承载部

81：连接孔

82：多个锁固孔

83：穿透部

9：第二编码器

91：多个固定组件

92：容收部

11：控制器

12：马达驱动器

f1：第一回授值

f2：第二回授值。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明较佳实施例的马达驱动系统的分解结构示意图，图2为图1所示的马达驱动系统的组合结构示意图，图3为马达驱动系统移除传动座的组合结构示意图，以及图4为图1所示的底座与第二主轴的组合结构示意图。如图1、2、3及4所示，本发明的马达驱动系统1可应用于关节型机器手臂，以驱动该关节型机械手臂的运作。马达驱动系统1包括底座2、传动座3、马达模块4、传动装置5及减速机6，其中底座2与传动座3枢接，底座2具有凹设部21，传动座3包含设置部31、多个连接部32及固接部33，马达模块4包括马达42及第一承载部44。

马达42设置在传动座3上，并包含第一主轴41及第一编码器43，其中第一主轴41在马达42运转时转动，第一编码器43设置在马达42内且在第一主轴41转动时，可取得第一主轴41转动时的转速的第一回授值。在一些实施例中，马达42设置在第一承载部44上，其中第一承载部44具有中空部45及多个组接部46，多个组接部46用以使第一承载部44固定在传动座3的设置部31，以使马达模块4固定在传动座3的设置部31上。此外，第一承载部44的中空部45相对在第一主轴41，用以供第一主轴41穿设。在本实施例中，马达42为但不限于伺服马达。

在本实施例中，传动装置5包括第一传动单元51、第二传动单元52及第三传动单元53，其中第一传动单元51固接在马达42的第一主轴41，第二传动单元52固接在减速机6，第三传动单元53链接在第一传动单元51及第二传动单元52之间，由此第一传动单元51可通过第三传动单元53而带动第二传动单元52同步转动。第一传动单元51及第二传动单元52可为但不限于皮带轮，第三传动单元53可为但不限在传动皮带。第一传动单元51与马达42的第一主轴41固接，并通过第一主轴41的转动而带动第一传动单元51转动。当马达42运转时，第一主轴41转动，进而使第一传动单元51转动，并经由第三传动单元53而带动第二传动单元52同步转动。

在一些实施例中，第一传动单元51、第二传动单元52及第三传动单元53并不限于前述实施例的皮带轮及传动皮带的组合，可替换地，第一传动单元51、第二传动单元52及第三传动单元53可为齿轮组，且不以此为限。在一些实施例中，第一传动单元51具有套接部54，第二传动单元52具有穿设部55，其中第一传动单元51的套接部54架构在使马达42的第一主轴41在穿过承载部44的中空部45后与之固接。

在本实施例中，减速机6架构在增加马达41的输出扭矩并降低输出转速。减速机6包括第一运转部61(或称输入部)、第二运转部62(或称输出部)、固定部63及中空通道64，其中第一运转部61与第二传动单元52固接，并通过第二传动单元52的转动而转动。第二运转部62与第一运转部61相组接，并经由第一运转部61的带动而以一特定减速比减速转动。第二运转部62与传动座3固接，使第一运转部61在转动时可带动传动座3转动。当马达42运转而带动第一主轴41转动时，第一传动单元51与第一主轴41同步转动，且第一传动单元51通过第三传动单元53带动第二传动单元52同步转动，此时第一运转部61因第二传动单元52的驱动而转动，第二运转部62通过第一运转部61的带动而以一特定减速比减速转动并带动传动座3转动。在一些实施例中，第一运转部61与第二传动单元52的穿设部55固接，第二运转部62与传动座3的固接部33固接。另外，减速机6可为但不限于谐和式减速机(HarmonicDrive System)，其中谐和式减速机的架构与原理为现有技术，在此不再赘述。

在本实施例中，马达驱动系统1还包括第二主轴7、第二承载部8及第二编码器9。

第二主轴7穿设传动装置5及减速机6的第一运转部61及第二运转部62而与减速机6固定于底座2。在一些实施例中，第二主轴7具有锁固部71及多个锁固组件72，第二主轴7通过多个锁固组件72将锁固部71固定在底座2的凹设部21的底部。此外，第二主轴7穿设第二传动单元52的穿设部55、减速机6的中空通道64而与减速机6的固定部63固接在底座2的凹设部21，且第二主轴7与穿设部55及中空通道64之间具有缝隙，使第二传动单元52与减速机6环绕第二主轴7而绕设。

第二承载部8对应于传动座3的多个连接部32而设置，用以在传动座3被减速机6的第二运转部62带动而转动时，与传动座3同步转动。在一些实施例中，第二承载部8具有多个连接孔81、多个锁固孔82及穿透部83，其中多个连接孔81对应多个连接部32而设置，用以使第二承载部8可利用例如螺丝固定在传动座3的多个连接部32。此外，穿透部83对应第二主轴7而设置，使第二主轴7可穿过穿透部83。

第二编码器9与第二承载部8固接，并容收第二主轴7的一端，用以当传动座3转动而使第二承载部8转动时，与第二承载部8同步转动，并根据与第二主轴7的相对运转而可得到减速机6的第二运转部62转动时的转速的第二回授值。在一些实施例中，第二编码器9具有多个固定组件91及一容收部92，其中多个固定组件91相对在第二承载部8的多个锁固孔82而设置，用以使第二编码器9可利用例如螺丝而固定在第二承载部8。此外，容收部92对应第二主轴7而设置，用以容收第二主轴7的一端。

图5为本发明的马达驱动系统的架构方块图。如图1及图5所示，本发明的马达驱动系统1还包括控制器11及马达驱动器12，其中控制器11架构在控制马达驱动系统的作动，且控制器11可经由马达驱动器12来控制马达42的作动。当马达42运作时，使第一主轴41转动，此时第一编码器43取得第一主轴41转动时的转速的第一回授值f1，而传动装置5的第一传动单元51因第一主轴41的转动而转动，并经由第三传动单元53而带动第二传动单元52同步转动。此时，减速机6的第一运转部61因第二传动单元52的转动而转动，第二运转部62通过第一运转部61的带动而以一特定减速比减速转动并带动传动座3转动，进而使固定在第二承载部8的第二编码器9与传动座3同步转动。由在第二主轴7固定在底座2上，因此当第二编码器9转动时可根据与第二主轴7的相对运转而取得减速机6的第二运转部62转动时的转速的第二回授值f2，控制器11接收第一回授值f1与第二回授值f2并将第一回授值f1与第二回授值f2进行比较，以依据比较结果经由马达驱动器12对马达42进行补偿，由此使马达驱动系统1可达到全闭回路控制。

在一些实施例中，第二编码器9可使用中空编码器，而第二主轴7可使用中空主轴，由此马达驱动系统1与机器手臂组装时所具有的电线可配设在中空的第二编码器9及中空的第二主轴7里面，如此一来，即可避免电线裸露在马达驱动系统1的外而造成电线缠绕。

综上所述，本发明提供一种马达驱动系统，可应用于关节型机械手臂，其结构简单、组装容易且无需使用中空马达及中空编码器可降低生产及组装成本。此外，本发明的马达驱动系统可减少人工校正时间，且可简易且快速地取得补偿值，并且实现全闭回路控制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种马达驱动系统，其特征在于 ，包含：

一底座；

一传动座，枢接于该底座；

一马达，设置在该传动座上，并具有一第一编码器及一第一主轴，其中该第一主轴在该马达运转时转动，且该第一编码器取得该马达的转速的一第一回授值；

一传动装置，包括一第一传动单元、一第二传动单元及一第三传动单元，该第一传动单元固定在该第一主轴，该第三传动单元链接在该第一传动单元及该第二传动单元之间，其中该第一传动单元由该第一主轴的带动而转动，并通过该第三传动单元带动该第二传动单元转动；

一减速机，包括一第一运转部及一第二运转部，该第一运转部与该第二传动单元固接，该第二运转部与该传动座固接，其中该第一运转部由该第二传动单元的带动而转动，该第二运转部通过该第一运转部的带动而转动，并带动该传动座同步转动；

一第二主轴，固定在该底座且穿设该第二传动单元、该第一运转部及该第二运转部；以及

一第二编码器，设置在该传动座上且容收该第二主轴的一端，其中该第二编码器与该传动座同步转动，并根据与该第二主轴的相对运转取得一第二回授值。

2.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于 ，还包括一第一承载部，且该马达通过该第一承载部设置在该传动座上。

3.根据权利要求2所述的马达驱动系统，其特征在于，该第一承载部具有一中空部，且该第一主轴穿过该中空部。

4.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，该第一传动单元具有一套接部，该套接部与该马达的该第一主轴固接。

5.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，该第一传动单元与该第二传动单元分别为一皮带轮，且该第三传动单元为一传动皮带。

6.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，该第二传动单元具有一穿设部，该穿设部与该第一运转部固接，以及该传动座具有一固接部，该固接部与该第二运转部固接。

7.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，该第二主轴具有一锁固部，该底座具有一凹设部，该第二主轴的该锁固部固定在该底座的该凹设部的一底部。

8.根据权利要求7所述的马达驱动系统，其特征在于，该减速机还具有一中空通道，且该第二主轴穿过该中空通道。

9.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，还包括一第二承载部，且该第二编码器通过该第二承载部设置在该传动座上。

10.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，该第二编码器及该第二主轴分别为一中空编码器及一中空主轴。

11.根据权利要求1所述的马达驱动系统，其特征在于，还包括一控制器及一马达驱动器，该控制器通过该马达驱动器控制该马达的作动，其中该控制器接收该第一回授值以及该第二回授值，并依据该第一回授值与该第二回授值的比较结果进行补偿，以执行一全闭回路控制。