CN107263445A - 一种用于服务型机器人的复合型传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于服务型机器人的复合型传动机构，包括步进电机，所述步进电机输出轴的一端连接减速机、另一端连接角度检测装置，所述角度检测装置包括减速齿轮组、磁场发生器、霍尔传感器，所述减速齿轮组的动力输入齿轮与步进电机的输出轴相连，磁场发生器固定在减速齿轮组的末级减速齿轮上，霍尔传感器正对磁场发生器；所述减速齿轮组从动力输入齿轮至末级减速齿轮的减速比，等于所述减速机的减速比。本发明的目的在于提供一种用于服务型机器人的复合型传动机构，以解决现有技术中服务型机器人的关节处非常臃肿的问题，实现关节处传动机构的角度反馈不受空间限制的目的。

Description

一种用于服务型机器人的复合型传动机构

技术领域

本发明涉及服务型机器人传动领域，具体涉及一种用于服务型机器人的复合型传动机构。

背景技术

服务型机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。服务型机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护、展示等工作。服务型机器人可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人。对于服务型机器人而言，其结构形状应以尽量接近人体为宜。因此在服务型机器人上也要设置类似于人体的关节结构，使得该类关节结构能够模仿人体关节进行转动。现有技术中，对于服务型机器人关节转动角度的监测都是在关节处直接设置角度闭环传感器进行信号反馈，但是由于服务型机器人的内部空间有限，设置角度闭环传感器十分不便，导致现有的服务型机器人在肩部、肘部等关节处均非常臃肿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于服务型机器人的复合型传动机构，以解决现有技术中服务型机器人的关节处非常臃肿的问题，实现关节处传动机构的角度反馈不受空间限制的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于服务型机器人的复合型传动机构，包括步进电机，所述步进电机输出轴的一端连接减速机、另一端连接角度检测装置，所述角度检测装置包括减速齿轮组、磁场发生器、霍尔传感器，所述减速齿轮组的动力输入齿轮与步进电机的输出轴相连，磁场发生器固定在减速齿轮组的末级减速齿轮上，霍尔传感器正对磁场发生器；所述减速齿轮组从动力输入齿轮至末级减速齿轮的减速比，等于所述减速机的减速比。

针对现有技术中服务型机器人的关节处非常臃肿的问题，本发明提出一种用于服务型机器人的复合型传动机构。包括步进电机，所述步进电机输出轴的一端连接减速机、另一端连接角度检测装置，显而易见的，本发明中所使用的步进电机为两端输出的步进电机，其中一端连接减速机，用于通过减速机减速后向外输出动力、控制服务型机器人关节部位的转动；步进电机输出轴的另一端连接角度检测装置中的减速齿轮组，减速齿轮组中的动力输入齿轮直接与步进电机的输出轴相连，通过齿轮组进行减速。本发明中的减速齿轮组只要能够满足减速比等于减速机的减速比均可，其具体齿轮排布结构不属于本发明的保护范围，在此不做限定。由于减速齿轮组从动力输入齿轮至末级减速齿轮的减速比，等于减速机的减速比，因此末级减速齿轮的转速与减速机输出端转速相同，减速机输出端转动了多少角度，末级减速齿轮也会转动多少角度。再在末级减速齿轮上固定磁场发生器，磁场发生器随着末级减速齿轮的转动而进行转动，从而产生跟随转动频率的变化磁场，再由正对磁场发生器的霍尔传感器采集磁场变换角度，从而得出末级减速齿轮的变化角度，该变化角度即是减速机角度变化量。本发明相较于传统的在关节处直接连接传感器进行信号反馈的方式，将对减速机输出端的直接监测替换为对减速齿轮组中末级减速齿轮的监测，整个角度检测装置体积很小、且可直接固定在电机上，极大程度上解放了服务型机器人的关节处的内部空间，使得服务型机器人关节处传动机构的角度反馈不受空间限制，从而解决了现有技术中服务型机器人的关节处采用直接连接方式进行角度监测导致体积臃肿的问题。

进一步的，所述步进电机输出轴的一端连接主动轮，所述减速机的输入端连接从动轮，所述主动轮与从动轮之间通过皮带传动。作为本发明的另一个发明点，即是通过皮带传动方式实现步进电机与减速机的连接。现有的服务型机器人中，设计理念都是采用直接、简单的连接方式对传统机构进行连接，认为直接简单的连接方式才能最大程度上节约空间，因此现有技术中均采用电机和减速机直接钢性连接的方式进行传动。本申请的发明人认为，由于服务型机器人内部空间狭小，因此传统连接方式存在空间布局受限，动力要求较高等问题，而本优选方案中，通过皮带连接减速机与步进电机作为动力传递的第一级。相较于现有技术，具有以下优点：(1)皮带材质为尼龙线和橡胶复合而成，有很好的减震和缓冲功能，减轻了对齿轮的冲击，保证了齿轮的寿命；(2)皮带连接方式对于电机与减速机之间的安装间隙不敏感，不会因为安装间隙问题导致齿轮寿命下降和噪音的产生；(3)采用皮带传动后，可以使得电机与减速机轴线平行，因此电机与减速机之间不用再采取传统的直线排布的方式进行摆放，极大程度上节约了安装空间，布局更灵活；(4)电机与减速机为两个独立的模块，节约了加工与维修成本；(5)将皮带优选为同步皮带，还具有抗打滑、确保传动效率的优点。

优选的，所述减速机位于步进电机的上方，减速机轴线与步进电机轴线平行。即是使得减速机与步进电机上下分布，节约安装空间，并使得服务型机器人内部布局更为灵活。

优选的，所述角度检测装置还包括由上端盖、下端盖组成的盒体，减速齿轮组位于盒体内。上端盖、下端盖组成盒体，对减速齿轮组进行保护，确保减速齿轮组工作状态不受外界干扰，同时降低其受损故障率。

优选的，所述盒体的下端盖固定在步进电机表面，步进电机的输出轴穿过下端盖与动力输入齿轮连接。即是下端盖与步进电机表面连接，上端盖远离步进电机表面。

优选的，所述霍尔传感器嵌设在上端盖表面，霍尔传感器外侧还设置有保护盖。霍尔传感器嵌设在上端盖表面，便于直接高效的接收磁场发生器所产生的变化磁场，从而精确得出转动角度。所述保护盖设置在霍尔传感器外侧，用于对霍尔传感器进行遮盖保护，避免其受到物理损坏。

优选的，所述末级减速齿轮的中心位置设置通孔，磁场发生器烫压在所述通孔内。通过烫压工艺确保磁场发生器与末级减速齿轮的固结。

优选的，所述步进电机为二相四线混合式步进电机。使用二相四线混合式步进电机作为动力源，具有很好的抗过载性，不会因为过载导致电流过高以至于电机损坏，从而提高本发明的适用范围与使用寿命。

优选的，所述步进电机为42步进电机。确保步进电机占用体积小，进一步解放服务型机器人内部空间。

优选的，所述减速机为行星减速机。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种用于服务型机器人的复合型传动机构，相较于传统的在关节处直接连接传感器进行信号反馈的方式，将对减速机输出端的直接监测替换为对减速齿轮组中末级减速齿轮的监测，整个角度检测装置体积很小、且可直接固定在电机上，极大程度上解放了服务型机器人的关节处的内部空间，使得服务型机器人关节处传动机构的角度反馈不受空间限制，从而解决了现有技术中服务型机器人的关节处才用直接连接方式进行角度监测导致体积臃肿的问题。

2、本发明一种用于服务型机器人的复合型传动机构，通过皮带连接减速机与步进电机，相较于现有技术，具有以下优点：(1)皮带材质为尼龙线和橡胶复合而成，有很好的减震和缓冲功能，减轻了对齿轮的冲击，保证了齿轮的寿命；(2)皮带连接方式对于电机与减速机之间的安装间隙不敏感，不会因为安装间隙问题导致齿轮寿命下降和噪音的产生；(3)采用皮带传动后，可以使得电机与减速机轴线平行，因此电机与减速机之间不用再采取传统的直线排布的方式进行摆放，极大程度上节约了安装空间，布局更灵活；(4)电机与减速机为两个独立的模块，节约了加工与维修成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中角度检测装置的爆炸图；

图4为本发明具体实施例中减速齿轮组的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-步进电机，2-减速机，3-角度检测装置，4-磁场发生器，5-霍尔传感器，6-动力输入齿轮，7-末级减速齿轮，71-通孔，8-主动轮，9-从动轮，10-皮带，11-上端盖，12-下端盖，13-保护盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图4所示的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，包括步进电机1，所述步进电机1输出轴的一端连接减速机2、另一端连接角度检测装置3，所述角度检测装置3包括减速齿轮组、磁场发生器4、霍尔传感器5，所述减速齿轮组的动力输入齿轮6与步进电机1的输出轴相连，磁场发生器4固定在减速齿轮组的末级减速齿轮7上，霍尔传感器5正对磁场发生器4；所述减速齿轮组从动力输入齿轮6至末级减速齿轮7的减速比，等于所述减速机2的减速比。所述步进电机1输出轴的一端连接主动轮8，所述减速机2的输入端连接从动轮9，所述主动轮8与从动轮9之间通过皮带10传动。所述减速机2位于步进电机1的上方，减速机2轴线与步进电机1轴线平行。所述角度检测装置3还包括由上端盖11、下端盖12组成的盒体，减速齿轮组位于盒体内。所述盒体的下端盖12固定在步进电机1表面，步进电机1的输出轴穿过下端盖12与动力输入齿轮6连接。所述霍尔传感器5嵌设在上端盖11表面，霍尔传感器5外侧还设置有保护盖13。末级减速齿轮7的中心位置设置通孔71，磁场发生器4烫压在所述通孔71内。步进电机1为42型二相四线混合式步进电机。所述减速机2为行星减速机。本实施例中步进电机1的一端连接减速机2，用于通过减速机2减速后向外输出动力、控制服务型机器人关节部位的转动；步进电机1输出轴的另一端连接角度检测装置3中的减速齿轮组，减速齿轮组中的动力输入齿轮6直接与步进电机1的输出轴相连，通过齿轮组进行减速。由于减速齿轮组从动力输入齿轮6至末级减速齿轮7的减速比，等于减速机2的减速比，因此末级减速齿轮7的转速与减速机2输出端转速相同，减速机2输出端转动了多少角度，末级减速齿轮7也会转动多少角度。磁场发生器4随着末级减速齿轮7的转动而进行转动，从而产生跟随转动频率的变化磁场，再由正对磁场发生器4的霍尔传感器5采集磁场变换角度，从而得出末级减速齿轮7的变化角度，该变化角度即是减速机2角度变化量。通过皮带10传动方式实现步进电机1与减速机2的连接，减速机2与步进电机1上下分布，节约安装空间，并使得服务型机器人内部布局更为灵活。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于服务型机器人的复合型传动机构，包括步进电机(1)，其特征在于，所述步进电机(1)输出轴的一端连接减速机(2)、另一端连接角度检测装置(3)，所述角度检测装置(3)包括减速齿轮组、磁场发生器(4)、霍尔传感器(5)，所述减速齿轮组的动力输入齿轮(6)与步进电机(1)的输出轴相连，磁场发生器(4)固定在减速齿轮组的末级减速齿轮(7)上，霍尔传感器(5)正对磁场发生器(4)；所述减速齿轮组从动力输入齿轮(6)至末级减速齿轮(7)的减速比，等于所述减速机(2)的减速比。

2.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述步进电机(1)输出轴的一端连接主动轮(8)，所述减速机(2)的输入端连接从动轮(9)，所述主动轮(8)与从动轮(9)之间通过皮带(10)传动。

3.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述减速机(2)位于步进电机(1)的上方，减速机(2)轴线与步进电机(1)轴线平行。

4.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述角度检测装置(3)还包括由上端盖(11)、下端盖(12)组成的盒体，减速齿轮组位于盒体内。

5.根据权利要求4所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述盒体的下端盖(12)固定在步进电机(1)表面，步进电机(1)的输出轴穿过下端盖(12)与动力输入齿轮(6)连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述霍尔传感器(5)嵌设在上端盖(11)表面，霍尔传感器(5)外侧还设置有保护盖(13)。

7.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述末级减速齿轮(7)的中心位置设置通孔(71)，磁场发生器(4)烫压在所述通孔(71)内。

8.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述步进电机(1)为二相四线混合式步进电机。

9.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述步进电机(1)为42步进电机。

10.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的复合型传动机构，其特征在于，所述减速机(2)为行星减速机。