CN106907432A - 行星齿轮脚踝用双自由度舵机及机器人 - Google Patents

行星齿轮脚踝用双自由度舵机及机器人 Download PDF

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郭云山
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Abstract

本发明公开了一种行星齿轮脚踝用双自由度舵机及机器人。根据本发明的行星齿轮脚踝用双自由度舵机包括：电机、脚踝舵机后壳、齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架、舵机电路板、脚踝舵机前壳和脚底板支架；其中，脚踝舵机后壳和脚踝舵机前壳安装在脚底板支架上；电机布置在脚踝舵机后壳内部，并且电机连接至齿轮轴；齿轮轴与传动齿轮啮合，而且传动齿轮与布置在行星齿轮架上的行星齿轮啮合；而且其中，齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架和舵机电路板布置在脚踝舵机前壳内部，并且舵机电路板处于行星齿轮架的与电机相对的一侧。

Description

行星齿轮脚踝用双自由度舵机及机器人
技术领域
本发明涉及机器人设计领域，尤其涉及一种行星齿轮脚踝用双自由度舵机以及一种配备有该行星齿轮脚踝用双自由度舵机的机器人。
背景技术
舵机(Servo)早期是应用在航模中控制方向的，在航空模型中，飞行器的飞行姿态是通过调整发动机和各个控制多面来实现的，后来有人发现这种机器的体积小、重量轻、扭矩大、精度高，由于具备了这样的优点，很适合应用在机器人身上作为机器人的驱动。
在现有技术中，舵机是一种简单易行的机器人控制方法。但是，一般，在人形机器人中，对于含有两个自由度的舵机的脚踝，舵机走线中会存在线会被扭到的问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够有效解决人形机器人中含有两个自由度的舵机的脚踝的舵机走线中存在的线被扭到的问题的技术方案。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效解决人形机器人中含有两个自由度的舵机的脚踝的舵机走线中存在的线被扭到的问题的行星齿轮脚踝用双自由度舵机。
为实现上述目的，本发明提供了一种行星齿轮脚踝用双自由度舵机，包括：电机、脚踝舵机后壳、齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架、舵机电路板、脚踝舵机前壳和脚底板支架；其中，脚踝舵机后壳和脚踝舵机前壳安装在脚底板支架上；电机布置在脚踝舵机后壳内部，并且电机连接至齿轮轴；齿轮轴与传动齿轮啮合，而且传动齿轮与布置在行星齿轮架上的行星齿轮啮合；而且其中，齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架和舵机电路板布置在脚踝舵机前壳内部，并且舵机电路板处于行星齿轮架的与电机相对的一侧。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，电机是空心杯020舵机。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，行星齿轮脚踝用双自由度舵机采用4级传动，其中将输入的动力输出到齿轮轴，行星齿轮舵机通过3级齿轮传动将动力传递到行星齿轮的中心小齿轮，再通过行星齿轮将动力传递到行星齿轮的内齿圈，而且内齿圈与舵机固定。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，传动齿轮的1级传动的模数和传动比分别为0.2、12/56；传动齿轮的2级传动的模数和传动比分别为0.2、14/64；传动齿轮的3级传动的模数和传动比分别为0.3、12/40。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，行星齿轮模数及传动比分别为0.4、12/66。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，行星齿轮的中心小齿轮齿数为12，行星齿轮的行星转动齿轮齿数为27，行星齿轮的内齿圈次数为66。
在所述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的优选实施例中，行星齿轮采用Y型夹角120度。
而且，在本发明的另一优选实施例中，本发明还提供了一种配备有上述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的机器人。
在本发明中，在原有单体单自由度舵机的基础上进行设计，设计出两个自由度的脚踝部舵机，该结构可以将舵机的电路板与舵机本体脱离，方便走线与控制，在舵机转动处加入滚动轴承，增加舵机旋转的顺滑性等。由此，本发明提供了一种能够有效解决人形机器人中含有两个自由度的舵机的脚踝的舵机走线中存在的线被扭到的问题的行星齿轮脚踝用双自由度舵机。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的外部立体示意图。
图2是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的行星齿轮剖视图。
图3是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的总体截面示图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
图1是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的外部立体示意图。图2是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的行星齿轮剖视图。图3是根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的总体截面示图。
如图1、图2和图3所示，根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机包括：电机1、脚踝舵机后壳2、齿轮轴3、传动齿轮4、行星齿轮5、行星齿轮架6、舵机电路板7、脚踝舵机前壳8和脚底板支架9。
其中，脚踝舵机后壳2和脚踝舵机前壳8安装在脚底板支架9上。
电机1布置在脚踝舵机后壳2内部，并且电机1连接至齿轮轴3。
齿轮轴3与传动齿轮4啮合，而且传动齿轮4与布置在行星齿轮架6上的行星齿轮5啮合。
而且其中，齿轮轴3、传动齿轮4、行星齿轮5、行星齿轮架6和舵机电路板7布置在脚踝舵机前壳8内部，并且舵机电路板7处于行星齿轮架6的与电机1相对的一侧。
对于电机选型，当机器人重量在2.4kg时脚踝舵机需要达到24kg/cm，考虑成本和电机性能，优选地选用空心杯的020舵机。
优选地，根据本发明优选实施例的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的工作方式可以是：采用4级传动，将动力输出到力矩输出轴(齿轮轴)，行星齿轮舵机，通过3级齿轮传动将动力传递到，行星此轮中心齿，再通过行星齿轮将动力传递到内齿圈，由于内齿圈与130舵机固定不同，完成130舵机的转动，脚底支架与130舵机之间有相对转动，将点位器放在转动处。
对于传动比分配及模数选择，在020电机选定的基础上，对传动比进行分配，齿轮传动的效率以90％计算，传动比从1级到3级模数及传动比分别为0.2、12/56；0.2、14/64；0.3、12/40；行星齿轮模数及传动比为0.4、12/66。
优选地，行星齿轮排布方式可以是：行星齿轮统一选用模数为0.4，中心小齿轮齿数为12，行星转动齿轮齿数为27，内齿圈次数为66，行星轮采用Y型夹角120度。
此外，例如，考虑人形机器人脚面设计中的特点，应尽可能符合人体脚的特点，将机器人的脚面尽可能能的设计薄，同时配合行星此轮架对设计最终外壳，设计脚底支架将舵机托起，方便装配，在脚底支架中设计走线槽位方便走线，防止压线情况发生。
在本发明中，在原有单体单自由度舵机的基础上进行设计，设计出两个自由度的脚踝部舵机，该结构可以将舵机的电路板与舵机本体脱离，方便走线与控制，在舵机转动处加入滚动轴承，增加舵机旋转的顺滑性等。由此，本发明提供了一种能够有效解决人形机器人中含有两个自由度的舵机的脚踝的舵机走线中存在的线被扭到的问题的行星齿轮脚踝用双自由度舵机。
而且，在本发明的另一优选实施例中，本发明还提供了一种配备有上述行星齿轮脚踝用双自由度舵机的机器人。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于包括：电机、脚踝舵机后壳、齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架、舵机电路板、脚踝舵机前壳和脚底板支架；其中，脚踝舵机后壳和脚踝舵机前壳安装在脚底板支架上；电机布置在脚踝舵机后壳内部，并且电机连接至齿轮轴；齿轮轴与传动齿轮啮合，而且传动齿轮与布置在行星齿轮架上的行星齿轮啮合；而且其中，齿轮轴、传动齿轮、行星齿轮、行星齿轮架和舵机电路板布置在脚踝舵机前壳内部，并且舵机电路板处于行星齿轮架的与电机相对的一侧。
2.如权利要求1所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，电机是空心杯020舵机。
3.如权利要求1或2所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，行星齿轮脚踝用双自由度舵机采用4级传动，其中将输入的动力输出到齿轮轴，行星齿轮舵机通过3级齿轮传动将动力传递到行星齿轮的中心小齿轮，再通过行星齿轮将动力传递到行星齿轮的内齿圈，而且内齿圈与舵机固定。
4.如权利要求1或2所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，传动齿轮的1级传动的模数和传动比分别为0.2、12/56；传动齿轮的2级传动的模数和传动比分别为0.2、14/64；传动齿轮的3级传动的模数和传动比分别为0.3、12/40。
5.如权利要求1或2所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，行星齿轮模数及传动比分别为0.4、12/66。
6.如权利要求1或2所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，行星齿轮的中心小齿轮齿数为12，行星齿轮的行星转动齿轮齿数为27，行星齿轮的内齿圈次数为66。
7.如权利要求1或2所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机，其特征在于，行星齿轮采用Y型夹角120度。
8.一种配备有如权利要求1至7之一所述的行星齿轮脚踝用双自由度舵机的机器人。
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