CN107175684A - 一种舵机及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其公开了一种可以进行过载保护的舵机。该舵机包括动力驱动装置、减速箱，所述减速箱的末级传动的主动齿轮和从动齿轮之间设有离合装置，所述从动齿轮套装于动力输出轴；舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮和从动齿轮之间的动力传输，舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮与所述从动齿轮之间进行动力传输。离合装置起到了保护舵机的动力驱动装置和减速箱内齿轮的作用。本发明还公开了一种采用上述舵机的机器人。

Description

一种舵机及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种可以进行过载保护的舵机。本发明还涉及一种采用上述舵机的机器人。

背景技术

目前的机器人及云台设计中，相对运动部分大都以旋转为主，主要依靠电机和减速机构配合完成。为了更好的实现运动闭环控制，通常会与编码器或者角度传感器组合使用，以获得更高的控制精度和运动反馈。

舵机在机器人的应用中尤为广泛，其结构紧凑，易于安装，控制简单，扭力大，成本低等，因此备受青睐。舵机通常包括马达、减速箱、舵机内置电路板等，马达作为舵机的动力源，输出动力，减速箱通常包括多个减速齿轮组构成的多级传动，减速箱的末级传动连接动力输出轴，通过动力输出轴实现动力输出；舵机内置电路板用于控制电机，舵机内置电路板的线缆通常包含有三根线，分别为电源线、接地线以及PWM控制信号线，由控制信号线发出的信号经由舵机内部电路板对舵机进行位置控制，即在舵机内部就做了运动闭环处理。

这种结构的舵机存在以下问题：当负载过大时，无法进行过载保护，马达和减速箱中齿轮容易被破坏，造成炸机；在机器人的设计中，线缆需要从侧面绕过，运动中难以避免会摩擦缠绕，严重降低线缆的使用寿命，而一般的设计都会搭配齿轮或者带轮等传动，并在齿轮和大带轮做出大孔来实现中空走线，以避免线缆设计的困难，但是却没发挥出舵机的集成性和紧凑性；在舵机的实际应用中，要想做到绝对位置反馈，还需要搭配角度传感器使用，使设计变得更加繁琐。

因此，如何解决现有技术中舵机存在的上述问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种舵机，以解决现有技术中舵机无法进行过载保护的难题。本发明的第二个目的是提供一种具有上述舵机的机器人。

为了实现上述第一个目的，本发明提供一种舵机，包括动力驱动装置、减速箱，其特征在于，所述减速箱的末级传动的主动齿轮和从动齿轮之间设有离合装置，所述从动齿轮套装于动力输出轴；舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮和从动齿轮之间的动力传输，舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮与所述从动齿轮之间进行动力传输。

优选的，所述离合装置包括分别与所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合的第一离合齿轮和第二离合齿轮，所述第一离合齿轮和所述第二离合齿轮套装于所述离合传动轴上，所述第二离合齿轮与所述第一离合齿轮的轴向侧面贴合，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮的贴合面均设有具有斜面的牙形齿，以使得所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮之间形成牙嵌连接。

优选的，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮为等比齿轮。

优选的，所述第一离合齿轮与所述离合传动轴的轴承之间设有弹簧，在所述弹簧的预设预紧力作用下，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮的侧面贴合并形成牙嵌连接。

优选的，所述弹簧为螺旋弹簧、碟簧。

优选的，所述舵机还包括由第一壳体、第二壳体、第三壳体依次扣合而成的舵机壳体；所述动力输出轴上轴承、所述离合传动轴上的轴承支撑于所述舵机壳体。

优选的，所述动力驱动装置为马达。

优选的，还包括舵机内置电路板，所述舵机内置电路板上设有角度传感器和马达电流监测电路，所述角度传感器用于监测舵机的实时角度，所述马达电流监测电路用于监测所述马达的实际工作电流。

优选的，所述动力输出轴的轴向设有通孔。

本发明提供的舵机，在减速箱的末级传动的主传动和从传动之间设置离合装置，当舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮和从动齿轮之间的动力传输，当舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮与所述从动齿轮之间进可以行动力传输。离合装置起到了保护舵机的动力驱动装置和减速箱内齿轮的作用，负载在超过舵机允许承受力矩时，离合装置触发，保护动力驱动装置和减速箱内齿轮不会破坏，负载在舵机允许承受的力矩范围内时，则将动力传递到中动力输出轴上，实现动力输出。

为实现上述第二个目的，本发明还提供了一种机器人，该机器人，包括上述的舵机。由于上述的舵机具有上述技术效果，具有该舵机的机器人也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施例提供的舵机的爆炸结构示意图；

图2为图1中舵机的装配后的立体结构示意图；

图3为图1中舵机的离合装置与动力输出轴连接的结构示意图；

图4为图3中离合装置的爆炸结构示意图；

图5为图3中离合装置处于连接状态的主视结构示意图；

图6为图3中第一离合齿轮立体结构示意图；

图7为图3中第二离合齿轮的立体结构示意图；

图8为图1中舵机内置电路板的结构示意图；

其中，图1‐图8中：

马达1、螺钉2、第一壳体3‐1、第二壳体3‐2、第三壳体3‐3、第一轴承4‐1、第二轴承4‐2、动力输出轴5‐1、第二离合齿轮5‐2、牙形齿5‐21、第一离合齿轮5‐3、牙形齿5‐31、主动齿轮5‐4、离合传动轴5‐5、从动齿轮5‐6、弹簧6、角度传感器7‐1、舵机内置电路板7‐2、线缆7‐3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

请参看图1、图2，图1为本发明一种具体实施例提供的舵机的爆炸结构示意图；图2为图1中舵机的装配后的立体结构示意图。

如图1、图2所示，本发明一种实施例提供的舵机，包括动力驱动装置和减速箱，优选的方案中，动力驱动装置可以为马达1，动力驱动装置为舵机的动力源，输出动力；减速箱用于减速和放大输出力矩，减速箱包括多个减速齿轮组构成的多级传动，每级传动均包括主动齿轮和从动齿轮，本领域技术人员可以根据需要任意选择减速箱的传动级数及每级传动的传动比。

所述减速箱的末级传动的主动齿轮5‐4和从动齿轮5‐6之间设有离合装置，所述从动齿轮5‐6套装于动力输出轴5‐1；舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮5‐4和从动齿轮5‐6之间的动力传输，舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮5‐4与所述从动齿轮5‐6之间进行动力传输。

本发明提供的舵机，在减速箱的末级传动的主传动和从传动之间设置离合装置，当舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮5‐4和从动齿轮5‐6之间的动力传输，当舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮5‐4与所述从动齿轮5‐6之间进可以行动力传输。离合装置起到了保护舵机的动力驱动装置和减速箱内齿轮的作用，负载在超过舵机允许承受力矩时，离合装置触发，保护动力驱动装置和减速箱内齿轮不会破坏，负载在舵机允许承受的力矩范围内时，则将动力传递到中动力输出轴5‐1上，实现动力输出。

具体的方案中，如图3‐图5所示，所述离合装置包括第一离合齿轮5‐3、第二离合齿轮5‐2、离合传动轴5‐5，第一离合齿轮5‐3、第二离合齿轮5‐2分别与减速箱的末级传动的主动齿轮5‐4和从动齿轮5‐6啮合；所述第一离合齿轮5‐3和所述第二离合齿轮5‐2套装于所述离合传动轴5‐5上，所述第二离合齿轮5‐2与所述第一离合齿轮5‐3的轴向侧面贴合，所述第一离合齿轮5‐3与所述第二离合齿轮5‐2的贴合面分别设有具有斜面的牙形齿5‐31和牙形齿5‐21，以使得所述第一离合齿轮5‐3与所述第二离合齿轮5‐2之间形成牙嵌连接。

更具体的方案中，请参看图6、图7，所述第一离合齿轮5‐3的侧面设有沿该齿轮圆周方向排布的多排呈三角形的牙形齿5‐31，同样，所述第二离合齿轮5‐2的侧面设有沿该齿轮圆周方向排布的多排呈三角形的牙形齿5‐21，所述第一离合齿轮5‐3的侧面的牙形齿5‐31与所述第二离合齿轮5‐2的侧面的牙形齿5‐21之间可以啮合。

本实施例中，上述的牙形齿5‐31、牙形齿5‐21的截面均呈三角形，本申请所提供的方案不局限于此，牙形齿5‐31、牙形齿5‐21的截面形状还可以为梯形，凡是具有斜面的牙形齿均在本发明的保护范围内。

进一步的方案中，所述第一离合齿轮5‐3与所述离合传动轴5‐5的轴承之间设有弹簧6，在所述弹簧6的预设预紧力作用下，所述第一离合齿轮5‐3与所述第二离合齿轮5‐2的侧面贴合并形成牙嵌连接，第一离合齿轮5‐3和第二离合齿轮5‐2可沿离合传动轴5‐5的轴向滑动。

通过弹簧66将第一离合齿轮5‐3和第二离合齿轮5‐2压紧，在不超过负载的情况下，减速器末级传动的主动齿轮5‐4将动力传递给第一离合齿轮5‐3,第一离合齿轮5‐3通过牙形齿传递给第二离合齿轮5‐2，第二离合齿轮5‐2再将动力传递给从动齿轮5‐6，从动齿轮5‐6带动动力输出轴5‐1转动；由于牙形齿5‐31和牙形齿5‐21的啮合面为斜面，第一离合齿轮5‐3与第二离合齿轮5‐2之间传递动力时，二者之间会产生水平和垂直两个方向的分力，当负载超过允许力矩时，垂直方向的分力大于弹簧6的预紧力，第一离合齿轮5‐3与第二离合齿轮5‐2之间的牙形齿便会分开，进而使得第一离合齿轮5‐3与第二离合齿轮5‐2分离错位，从而起到过载保护的作用。

本实施例中，第一离合齿轮5‐3与第二离合齿轮5‐2为等比齿轮，可以理解，本领域技术人员也可以根据需要将第一离合齿轮5‐3与第二离合齿轮5‐2设计成非等比齿轮，进而可以根据需要选择二者之间的传动比，应均在本申请的保护范围内。

优选的方案中，所述弹簧6可以为螺旋弹簧、碟簧等，凡是可以为第一离合齿轮5‐3压紧第二离合齿轮5‐2提供预紧力的弹性件均可以作为本发明中的弹簧6使用。

具体的方案中，舵机还包括所述舵机还包括由第一壳体3‐1、第二壳体3‐2、第三壳体3‐3依次扣合而成的舵机壳体；进一步的方案中，可以通过螺钉2将舵机的各部件封装在舵机壳体内。

优选的方案中，动力输出轴5‐1上套有第一轴承4‐1，第一轴承4‐1支撑于所述舵机壳体上，为动力输出轴5‐1提供支撑；离合传动轴5‐5上套有第二轴承4‐2，第二轴承4‐2撑于所述舵机壳体上，为离合传动轴5‐5上的第一离合齿轮5‐3和第二离合齿轮5‐2提供支撑。

优选的方案中，还包括舵机内置电路板7‐2，所述舵机内置电路板7‐2上设有角度传感器7‐1和马达电流监测电路，所述角度传感器7‐1用于监测舵机的实时角度，所述马达电流监测电路用于监测所述马达1的实际工作电流。

具体的方案中，如图1和图5所示，在离合传动轴5‐5的顶部设有凸起，该凸起与角度传感器7‐1形成插入配合，以便角度传感器7‐1监测离合传动轴5‐5的转动角度，进而通过该转动角度检测舵机的实时角度，从而可以实现舵机实时角度的反馈。

本实施例中，角度传感器7‐1采用的是电阻式角度传感器，亦可采用非接触式霍尔角度传感器，本申请对角度传感器的类型不做限定，凡可以检测舵机实时角度的角度传感器均可以使用。

与现有的舵机相比，增加了角度传感器7‐1的信号输出和马达1的电流监测输出，通过对舵机的监测与控制，实现舵机在机器人及云台等应用中的闭环控制，以及马达1的过流保护，提高舵机的适用性和寿命可靠性。

更进一步的方案中，舵机内置电路板7‐2上的线缆7‐3变成了5根，分别为电源线、接地线、PWM控制信号线、角度传感器信号输出线、马达电流监测输出线。

更优的方案中，所述动力输出轴5‐1的轴向设有通孔，该通孔使得舵机在机器人等应用场景中，可以实现中孔走线，在机器人的设计中，可以避免设计线缆摩擦缠绕，延长设计线缆的使用寿命，同时可以使得舵机的结构更加紧凑。

本发明还提供了一种机器人，该机器人，包括上述的舵机。由于上述的舵机具有上述技术效果，具有该舵机的机器人也应具有相应的技术效果，在此不再重复说明。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种舵机，包括动力驱动装置、减速箱，其特征在于，所述减速箱的末级传动的主动齿轮和从动齿轮之间设有离合装置，所述从动齿轮套装于动力输出轴；舵机的负载大于预设值时，所述离合装置断开所述主动齿轮和从动齿轮之间的动力传输，舵机的负载小于预设值时，所离合装置使得所述主动齿轮与所述从动齿轮之间进行动力传输。

2.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述离合装置包括分别与所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合的第一离合齿轮和第二离合齿轮，所述第一离合齿轮和所述第二离合齿轮套装于所述离合传动轴上，所述第二离合齿轮与所述第一离合齿轮的轴向侧面贴合，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮的贴合面均设有具有斜面的牙形齿，以使得所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮之间形成牙嵌连接。

3.根据权利要求2所述的舵机，其特征在于，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮为等比齿轮。

4.根据权利要求2或3所述的舵机，其特征在于，所述第一离合齿轮与所述离合传动轴的轴承之间设有弹簧，在所述弹簧的预设预紧力作用下，所述第一离合齿轮与所述第二离合齿轮的侧面贴合并形成牙嵌连接。

5.根据权利要求4所述的舵机，其特征在于，所述弹簧为螺旋弹簧或碟簧。

6.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括由第一壳体、第二壳体、第三壳体依次扣合而成的舵机壳体；所述动力输出轴上轴承、所述离合传动轴上的轴承支撑于所述舵机壳体。

7.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述动力驱动装置为马达。

8.根据权利要求7所述的舵机，其特征在于，还包括舵机内置电路板，所述舵机内置电路板上设有角度传感器和马达电流监测电路，所述角度传感器用于监测舵机的实时角度，所述马达电流监测电路用于监测所述马达的实际工作电流。

9.根据权利要求8所述的舵机，其特征在于，所述动力输出轴的轴向设有通孔。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1‐9任一项所述的舵机。