CN107317427B - 一种直线伺服驱动器及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直线伺服驱动器及机器人，驱动器包括定子组件、转子组件、检测组件及至少一个轴承，定子组件具有第一壳体，转子组件具有第二壳体和穿设在第二壳体内的丝杠，第二壳体的伸入第一壳体内的一端通过至少一个轴承可转动地设置在第一壳体上，检测组件中的被检测体和检测件分别固定在第二壳体和第一壳体上并靠近轴承。机器人包括第一臂，第二臂及用于驱动第一臂在第二臂上转动的驱动器。驱动器使检测组件、第二壳体相对于第一壳体的转动点都集中在轴承所在之处，该轴承能承受转子组件的径向和轴向负荷并保证检测组件的相对位置，无需设置多个轴承，减少部件数量，便于加工、安装，并降低驱动器本身的重量，降低摩擦阻力，提高传动效率。

Description

一种直线伺服驱动器及机器人

技术领域

本发明涉及电机的技术领域，具体涉及一种直线伺服驱动器及机器人。

背景技术

目前，协作机器人经常要与工人在同样的空间内运转或活动，这就要求机器人的自重不能够过重，否则运转起来会对工人的安全性造成威胁。尤其是可穿戴机器人，例如电动假肢和电动助力外骨骼机器人，其重量必须轻，才能够便于人穿戴，同时也降低对使用者以及使用者周围人的人身安全的威胁，便于降低机器人的整体能耗，延长机器人中电池的续航时间。机器人中主要是伺服驱动器所占的比重大。

对于机器人中所采用的直线伺服电机的结构大多如中国专利文献CN102780311A公开的直线驱动器，其包括两端具有开口的外壳，分别安装在外壳的两端开口上的前端盖和后端盖，穿设在前端盖和后端盖上的丝杠，套设在丝杠上且靠近前端盖处的安装轴，丝杠螺母螺纹配合在丝杠上并安装在安装轴内；丝杠的伸出后端盖的一端上设置有位置传感器，以及设置在外壳与转子轴之间的定子组件。位置传感器用于检测转子轴的位置，以得出丝杠的位置及轴向运动量。

上述的直线伺服电机，为了保证转子轴在转动过程中，轴线保持在同一直线上，使得位置传感器检测准确地检测到转子轴相对于定子的转动角度，必须在丝杠的两端分别设置至少一组轴承，来确保转子轴转动过程中轴线保持在同一直线上。但是，上述的伺服电机，设置多组轴承会使得伺服驱动器重量加大，同时多组轴承的设置，使得转动部件的摩擦力多，传动效率低，整个驱动器所需要的空间大。另外，多个转动组件加工后，无法保证同轴度，在设置多组轴承的同时，还需要使用联轴器进行连接，联轴器的使用，进一步增大驱动器的体积，传动效率进一步地降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的直线伺服驱动器需要设置多组轴承，引起直线伺服电机的重量加大，和内部元件多导致伺服驱动器所占用的空间大和传动效率低的问题。

为此，本发明提供一种直线伺服驱动器，包括

定子组件，具有第一壳体；所述第一壳体具有第一内腔，其一端上开设有与外界连通的第一开口；

转子组件，具有与所述第一壳体同轴设置的第二壳体，所述第二壳体的一端经所述第一开口伸入所述第一内腔内，另一端位于所述第一壳体外；以及沿轴向一端从位于所述第一开口一侧伸入所述第二壳体中，另一端位于所述第二壳体外的丝杠；在所述定子组件的驱动下，所述第二壳体相对于所述第一壳体转动以驱动所述丝杠沿其轴向做直线运动；

至少一个轴承，套在所述第二壳体上，沿径向其外侧端安装在所述第一壳体的内壁面上，内侧端安装在所述第二壳体上的外壁面上，所有所述轴承均靠近所述第一壳体的与所述第一开口相对的另一端；

检测组件，用于检测所述第二壳体相对于所述第一壳体转动的角度或速度，其具有分别固定在所述第二壳体和第一壳体上的被检测体和检测件，所述被检测体与所述检测件相对且均靠近所述轴承。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述第一壳体包括具有所述第一内腔的盖体，所述盖体两端分别开设所述第一开口和第二开口，和可拆卸地固定在所述第二开口上的端盖；所述检测件固定在所述端盖上；所述被检测体固定在所述第二壳体面向所述端盖的一侧表面上。

进一步优选地，上述的直线伺服驱动器，所述第一壳体的内壁面上设有供所述轴承沿其径向的外侧端插入的第一环形凹槽。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述盖体的内壁面上成型有第一台阶面朝向所述端盖一侧的第一环形台阶；所述端盖的内壁面成型有朝向所述第一台阶面延伸且与所述第一台阶面相对的第一环形凸缘，所述第一环形台阶与所述第一环形凸缘之间围成所述第一环形凹槽。

优选地，上述的直线伺服驱动器，还包括用于将所述第二壳体限制在所述轴承内孔上的限位组件。

进一步优选地，上述的直线伺服驱动器，所述限位组件包括成型在所述第二壳体的外壁面上且第二台阶面背向所述第一开口的第二环形台阶，以及套接在所述第二壳体外壁面上且与所述第二台阶面相对的阻挡件；所述轴承沿其径向的内侧端插入所述第二环形台阶与所述阻挡件围成的第二环形凹槽内。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述定子组件还包括固定在所述第一壳体外壁面上的软磁体，以及缠绕在所述软磁体上的线圈；在所述线圈产生转动电磁场的作用下，所述软磁体磁化后的极性端沿所述第一壳体的径向分布。

进一步优选地，上述的直线伺服驱动器，所述转子组件还具有设置在所述第二壳体的伸出所述第一壳体外的外壁面上的至少两个第一永磁体；所述第一永磁体沿径向朝向所述软磁体设置；在所述线圈产生转动的电磁场作用下，驱动所述第一永磁体带动所述第二壳体转动。

进一步优选地，上述的直线伺服驱动器，所述第二壳体的伸出所述第一壳体外的外壁面上套有沿其轴向延伸的第一环形筒，和将所述第一环形筒与所述第二壳体连接的连接架；

所述第一环形筒位于所述第一壳体的外周，所述第一永磁体固定在所述第一环形筒的内壁面上，并位于所述软磁体的外侧端。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述第二壳体的伸出所述第一壳体的外壁面上套接有第二环形筒；所述第一开口的端面上设有轴向向外延伸的第三环形筒，所述第三环形筒位于所述第二环形筒的外周；

所述软磁体固定在所述第三环形筒的内壁面上，所述第一永磁体固定在所述第二环形筒的外壁面上并位于所述软磁体的内侧端。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述转子组件还包括设置在所述第二壳体的供所述丝杠伸入其内的开口上的丝杠螺母，所述丝杠螺母套设并可转动地配合在所述丝杠的外壁面上。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述被检测体为第二永磁体，所述检测件为磁敏元件，用于检测所述第二永磁体的磁场强度变化。

优选地，上述的直线伺服驱动器，所述轴承为交叉滚柱轴承或深沟球轴承。

本发明提供一种机器人，包括

第一臂；

第二臂，一端铰接在所述第一臂的一端上；

上述任一项所述的直线伺服驱动器，所述丝杠的伸出所述第二壳体的一端铰接在所述第一臂上且避开所述第一臂与所述第二臂的铰接处，固定端铰接在所述第二臂上成型的支撑座上；

所述丝杠驱动所述第一臂在所述第二臂上转动。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的直线伺服驱动器，包括定子组件、转子组件、检测组件以及一个轴承。定子组件具有第一壳体，转子组件具有第二壳体，第二壳体的伸入第一壳体内的一端通过至少一个轴承可转动地设置在第一壳体上，并将检测组件设置在靠近轴承处，被检测体和检测件相对并分别固定在第二壳体和第一壳体上；使检测组件、第二壳体相对于第一壳体的转动点都集中在轴承所在之处。也即，驱动器的重量几乎都集中在第一壳体的另一端上，这样只要靠近该端处设置一个轴承，该轴承能承受转子组件的径向和轴向负荷并保证检测组件的相对位置，无需设置多个轴承，降低驱动器本身的重量和减少部件数量，便于加工、安装，并降低驱动器本身的重量，降低摩擦阻力，提高传动效率。由于检测组件靠近轴承，在第二壳体相对第一壳体转动过程中，检测组件能够及时地检测到第二壳体相对第一壳体的转动角度，提高检测效率和准确度。

2.本发明提供的直线伺服驱动器，第一壳体包括盖体和设置在盖体的第二开口上的端盖，端盖与盖体可拆卸地连接，检测件和被检测体分别固定在端盖和第二壳体的靠近端盖一侧的端面上，便于检测组件和轴承的安装，以及处于第一内腔中的各部件的维修工作。

3.本发明提供的直线伺服驱动器，第一壳体的内壁面上设有供所述轴承沿其径向的外侧端插入的第一环形凹槽，实现第一壳体与第二壳体通过轴承的可转动连接；进一步地，还设有用于将第二壳体限制在轴承内孔中的的限位组件，限位组件的设置使得第二壳体始终处于轴承内孔中，不管第二壳体处于转动或静止状态，轴承的轴线与第一壳体的轴线、第二壳体的轴线重合，进一步确保只需一个轴承就能够承受转子组件的径向负荷和轴向负荷。

4.本发明提供的直线伺服驱动器，第二壳体的位于所述第一壳体外的外壁面上设有沿其轴向延伸的第一环形筒，以及将第一环形筒与第二壳体连接的连接架；转子组件中的永磁体固定在所述第一环形筒的内壁面上，定子组件中的线圈和软磁体均位于所述第二壳体伸入所述第一内腔内的外壁面与所述第一环形筒之间围成的区域内，使得定子组件与转子组件结构紧凑，并都集中在靠近固定端一侧，进一步地确保只需一个轴承就能够承受转子组件的径向力和轴向力。

5.本发明提供的直线伺服驱动器，被检测件为第二永磁体，所述检测件为磁敏元件，用于检测所述第二永磁体的磁场强度变化，也即此检测组件为磁编码器。磁敏元件通过检测第二永磁体随第二壳体同步转动时的磁场强度的变化，来测定第二壳体相对第二壳体的转动角度或速度，磁场强度的变化能够在线及时地反应出第二壳体的转动情况，提高检测精确度。

6.本发明提供的直线伺服驱动器，轴承为交叉滚柱轴承，由于交叉滚柱轴承本身的摩擦系数小和重量轻，能够承载的径向负荷和轴向负荷大，使用寿命长，从而延长驱动器的使用寿命。

7.本发明提供的机器人，包括第一臂和一端铰接在第一臂上的第二臂，上述任一项的直线伺服驱动器，丝杠的伸出第二壳体的一端铰接在第一臂上，固定端铰接在第二臂上成型的支撑座上，通过丝杠的直线运动以驱动第一臂在第二臂上转动，实现两个臂之间的弯曲运动，由于该机器人采用上述任一项的直线伺服电机，使得机器人的重量减少，传动效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中提供的直线伺服驱动器的纵向剖面示意图；

图2为图1中驱动器纵向剖面示意图的局部放大图；

图3为图1中驱动器的定子组件的结构示意图；

图4为图3中定子组件的纵向截面示意图；

图5为图1中驱动器的转子组件的立体结构示意图；

图6为图5中转子组件的第二壳体与连接架、第一永磁体的配合示意图；

图7为图2中局部放大图去掉轴承后的示意图；

图8为图1中驱动器的端盖与编码器的配合示意图；

图9为本发明实施例4中提供的另一种转子组件与定子组件装配后的立体结构示意图；

图10为图9中转子组件内软磁体与线圈、外筒装配后的立体结构示意图；

图11为图9中转子组件与定子组件装配后的纵向剖面示意图；

图12为图1中驱动器的轴承的纵向剖面示意图；

图13为本发明实施例8中提供的机器人的结构示意图；

图14为图13中机器人的第一臂、第二臂与驱动器分离后的示意图；

附图标记说明：

1-定子组件；

11-第一壳体；111-盖体；112-端盖；12-线圈；131-内筒；132-T形凸起；14-第一环形凹槽；141-第一环形台阶；142-第一环形凸缘；15-限位组件；151-第二环形台阶；152-阻挡件；16-第三环形筒；

2-转子组件；

21-第二壳体；22-第一永磁体；23-第一环形筒；24-连接架；241-连接柱；242-第一环形圈；243-固定柱；25-丝杠螺母；251-环形凸缘；26-丝杠；27-第二环形筒；271-减重孔；28-环形圈；

3-轴承；31-外圈；32-内圈；

4-检测组件；41-磁敏元件；42-第二永磁体；

5-第一臂；51-第二轴；

6-第二臂；61-支撑座；611-第一轴；

7-过渡件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种直线伺服驱动器，如图1和图2所示，包括定子组件1、转子组件2、检测组件4以及一个轴承3。

如图3、图4和图7所示，定子组件1包括第一壳体11、线圈12以及软磁体13。其中，第一壳体11包括具有第一内腔的盖体111和端盖112，盖体111两端分别开设有将第一内腔与外界连通的第一开口和第二开口，端盖112可拆卸地固定在第二开口上，例如采用螺丝或螺栓组件。端盖112使得第一壳体11的第二开口处形成固定端，端盖112可拆卸设置方式，便于安装或拆卸位于第一内腔内的部件。

如图3和图4所示，软磁体13固定在第一壳体11的外壁面上，线圈12缠绕在软磁体13上，线圈12通交流电后，产生旋转的电磁场，软磁体13在该电磁场中被磁化后的极性端沿第一壳体11的径向分布。例如，沿第一壳体11的径向，软磁体13的内侧端为S极，外侧端为N极；或者外侧端为N极，内侧端为S极，在实际使用过程中，给线圈通交流电，使得软磁体13两端的极性在不断地交替变化。

具体而言，软磁体13采用软磁材料制成，例如铁芯。软磁体13采用多层硅钢片堆叠压合而成，每一层硅钢片具有环形内腔，成型在环形内腔外壁面上的T形片，多层硅钢片叠加压合后形成的软磁体结构如图3和图4所示，多层T形片形成T形凸起132，硅钢片的环形内腔叠加后在竖直方向上成型一个内筒131，在内筒131的外壁面上周向分布多个T形凸起132。线圈12则缠绕在多个T形凸起132的竖直部上。例如，缠绕三个T形凸起为一组，形成一个极，形成三组、四组或者多组。软磁体13上的T形凸起132的水平部朝向第一永磁体22(下文中转子组件2中提及)。

如图1、图5和图6所示，转子组件2包括第二壳体21、多个第一永磁体22、丝杠螺母25以及丝杠26。其中，第二壳体21与第一壳体11同轴设置，第二壳体21的一端经第一开口伸入第一内腔中且与端盖112之间预留间隙，另一端位于第一壳体11外；第二壳体21具有第二内腔，丝杠26的一端从位于第一开口的一侧伸入第二内腔中，另一端位于第二壳体21外；丝杠螺母25固定在第二壳体21的供丝杠26伸入其内的开口上，并套设且螺纹配合在丝杠26的外壁面上。

例如，如图1所示，丝杠螺母25包括螺母本体和成型在螺母本体的朝向端盖112一侧的端面上的环形凸缘251，环形凸缘251朝向端盖112一侧延伸并伸入第二壳体21内，环形凸缘251的外壁面与第二壳体21的内壁面之间螺纹配合固定；螺母本体套设在丝杠26外壁面上，且与丝杠26外壁面之间形成环形空间，在该环形空间设置有滚柱，通过滚柱使得丝杠螺母25与丝杠26之间形成转动配合，以形成滚柱丝杠，实现丝杠螺母25转动时，通过滚柱以驱动丝杠26做直线运动。或者，丝杠螺母25的内壁面与丝杠26的外壁面之间不预留上述的环形空间，直接将丝杠螺母25螺纹配合在丝杠26的外壁面上。

如图5和图7所示，为了固定第一永磁体22，使得第一永磁体22位于软磁体13的外侧端，第二壳体21的位于第一壳体11外的外壁面上套有沿其轴向延伸的第一环形筒23，和将第一环形筒23与第二壳体21连接的连接架24。第一环形筒23采用软磁材料制成；连接架24的一端成型在第二壳体21的外壁面上并避开第一壳体11的位置处，另一端采用过盈配合方式或者强力胶固定在第一环形筒23的顶部表面上。第一环形筒23位于第一壳体11的外周，第一永磁体22固定在第一环形筒23的内壁面上；线圈12和软磁体13均位于盖体111的第一部分(下文中提及)的外壁面与第一环形筒23之间围成的区域内，并都靠近端盖112处。另外，第一环形筒23采用软磁材料制成，起到磁路闭合的作用。

如图6所示，连接架24包括套设在第二壳体21外的第一环形圈242，将第一环形圈242与第二壳体21的外壁面连接的若干个连接柱241，以及成型在第一环形圈242的朝向端盖112一侧表面上的若干个固定柱243，若干固定柱243在第一环形圈242的周向上均匀分布，第一环形筒23的顶部过盈配合在第一环形圈242的底部表面上并套设在若干个固定柱243的外壁面上，第一永磁体22嵌入相邻两个固定柱243之间的空间内，并通过胶粘接在第一环形筒23的内壁面上。

需要说明的是，上述的转子组件2与定子组件1中，关于第一永磁体22与软磁体13的个数对应关系，不做具体限定。例如，第一永磁体22为28块，软磁体13上的T形凸起为24块；其对应关系可以根据现有技术的电机中永磁体与软磁体的对应关系来设置，例如根据无刷电机、有刷电机或者同步永磁电机等等，只需在给线圈12通入交流电时，线圈12产生转动的磁场，在旋转磁场的作用下，给第一永磁体22施加作用力，来驱动第一永磁体22带动第二壳体21转动即可。

对于盖体111而言，盖体111分为第一部分和第二部分，第二开口开设在第二部分上，第一开口开设在第一部分上；如图7所示，第二部分的内腔直径大于第一部分的内腔直径，使得第二部分呈一个扩口区域。上述的轴承3、限位组件15、检测组件4均安装在第二部分的内腔中；上述的软磁体13、线圈12均固定在第一部分的外壁面上，第一环形筒23位于第一部分的外周，使得驱动器在第一部分和第二部分处的宽度差相对小，使得结构更紧凑。

轴承3为交叉滚柱轴承，如图12所示，包括内圈32和外圈31，以及安装在外圈31与内圈32之间的若干个滚柱，沿轴承的径向，外圈31安装在盖体111的内壁面上，内圈32套设并安装在第二壳体21的外壁面上，轴承3靠近第一壳体11的端盖112，内圈32随着第二壳体21能够相对于外圈31和第一壳体11转动。也即，通过轴承3将第二壳体21伸入第一壳体11的一端可转动地固定在第一壳体11上。交叉滚柱轴承3能够同时承受较大的轴向和径向载荷，延长驱动器的使用寿命；交叉滚柱轴承3拥有较高的尺寸精度和转动精度，可以保证转子组件2与定子组件1之间的轴向和径向相对位置，同时也保证检测组件4中的被检测体和检测件之间的相对位置；交叉滚柱轴承3相对于其他的轴承，例如双列深沟球轴承，或者一对深沟球轴承或者角接触轴承，其重量轻和所占空间小，从而减轻整个驱动器的重量。同时，整个驱动器只设置一个交叉滚柱轴承3，相对于现有技术的驱动器中设置多个轴承的技术方案，易于加工和安装，避免了联轴器的使用，从而降低系统整体摩擦阻力，提高机械效率。

如图7所示，盖体111的内壁面上成型有第一台阶面朝向端盖112一侧的第一环形台阶141；端盖112的内壁面成型有朝向第一台阶面延伸且与第一台阶面相对的第一环形凸缘142，第一环形台阶141与第一环形凸缘142之间围成第一环形凹槽14，轴承3的径向外侧端插入第一环形凹槽14内，使得轴承3安装在第一壳体11上。

上述的直线驱动器还包括用于将第二壳体21限制在轴承3内孔中的限位组件15。如图7所示，限位组件15包括成型在第二壳体21的外壁面上且第二台阶面朝向端盖112的第二环形台阶151，以及套接在第二壳体21外壁面上且与第二台阶面相对的锁紧螺母；第二环形台阶151与锁紧螺母围成第二环形凹槽，第二环形凹槽与第一环形凹槽14在轴承3的径向上平齐，轴承3沿其径向的内侧端插入第二环形凹槽内。在第一环形凹槽14与第二环形凹槽的配合下，将轴承3安装在第一壳体11上的同时，将第二壳体21限制在轴承3的内孔中，使得轴承3的轴线与第一壳体11的轴线、第二壳体21的轴线重合，确保只需要一个轴承3就能够承受转子组件2的径向负荷和轴向负荷。

检测组件4用于检测第二壳体21相对于第一壳体11转动的角度或速度。如图2所示，检测组件4包括固定在第二壳体21的朝向端盖112一侧的端面上的第二永磁体42，和固定在端盖112内壁面上的磁敏元件41，也即检测组件4为磁编码器。在直线驱动器工作时，第二永磁体42随着第二壳体21相对于第一壳体11转动，磁敏元件41在线检测第二永磁体42的磁场强度变化，磁场强度的变化能够在线及时地反应出第二壳体21的转动情况，提高检测精确度。

如图8所示，端盖112的内壁面上具有向内凹陷的腔体，并在该腔体内开设适于磁敏元件41嵌入的第一凹槽，磁敏元件41插入第一凹槽内并通过紧固件固定在端盖112上，例如螺丝或螺钉；对应地，第二壳体21的端面上开设有向内凹陷的第二凹槽，第二永磁体42正对磁敏元件41设置在第二凹槽内，并与第二壳体21同轴。端盖112上还开设有穿线孔，供线圈12的引线端穿过与外界电源电连接，穿线孔为长腰孔并避开磁敏元件41的安装位置。

本实施例的直线伺服驱动器的工作过程：给线圈12通交流电，线圈产生转动的电磁场，该电磁场将软磁体13磁化，使得软磁体13沿第二壳体21的径向的两端分别带上极性，例如软磁体13的内侧一端为N极，外侧一端为S极，根据同性相斥和异性相吸原理，软磁体13外侧端对第一永磁体22产生吸引力或排斥力，以驱动第一永磁体22带动第一环形筒23、连接架24、第二壳体21进行转动，进而带动丝杠螺母25转动，丝杠螺母25转动以使得丝杠26沿其轴向做直线运动。由于第二壳体21的内部为空心的第二内腔，在相同运动行程时，丝杠26伸入第二内腔中，能够缩短直线驱动器的整体长度和所占用的体积。

此直线伺服驱动器，将转子组件2、定子组件1、检测组件4以及轴承3都集中在靠近端盖112一侧，轴承3设置在第二壳体21伸入第一内腔内的一端与第二壳体21的外壁面之间，使得检测组件、第二壳体相对于第一壳体的转动点都集中在轴承所在之处，并通过第一环形凹槽14与限位组件15的配合，使得不管第二壳体21处于转动或静止状态下，轴承3与第一壳体11、第二壳体21均同轴线，这样只要设置一个轴承3就能够承受转子组件2的径向负荷和轴向负荷，无需设置多个轴承3，降低驱动器本身的重量和减少部件数量，降低轴承3的摩擦力，提高传动效率；由于检测组件4靠近轴承3，在第二壳体21相对第一壳体11转动过程中，检测组件4能够及时地检测到第二壳体21相对第一壳体11的转动角度，提高检测效率和准确度。

实施例2

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1中提供的驱动器相比，存在的区别在于：

检测组件4除了为实施例1中的磁敏元件41和第二永磁体42外，还可以为其他结构。例如，检测组件4替换为光电编码器，第二永磁体42替换为码盘，磁敏元件41替换为光敏元件，此时光敏元件给码盘照射光，光通过码盘后反射回到光敏元件，光敏元件检测码盘吸收光的强度变化，从而检测到第二壳体21相对于第一壳体11转动的角度或速度。或者，检测组件4还可以替换为其他类型的编码器。只需其具有分别固定在第二壳体21和第一壳体11上的被检测体和检测件，二者相对并靠近轴承3，实现对第二壳体21转动的角度或速度检测即可。

实施例3

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1或实施例2中提供的驱动器相比，存在的区别在于：丝杠螺母25不设置环形凸缘251，仅包括螺母本体，螺母本体的朝向端盖112的端面直接固定在第二壳体21的第一开口上，例如采用螺丝或者螺栓，或者其他紧固件。或者，丝杠螺母25可被替换为现有的法兰盘，法兰盘的套设并与丝杠可转动配合，法兰盘固定在第一壳体11的第一开口所在的端面上，通过法兰盘与丝杠26的转动配合，实现法兰盘转动时，丝杠26直线运动。

作为可替换的实施方式，转子组件2还可以不设置上述的丝杠螺母25或者法兰盘，第二壳体21的内壁面上直接成型有与丝杠26外壁面的外螺纹配合的内螺纹，第二壳体21转动直接驱动丝杠26做直线运动。

实施例4

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1至实施例3中任一个实施例中提供的驱动器相比，存在的区别在于：

将第一环形筒23与第一壳体11固定连接的连接架24，还可以不包括上述的固定柱243，第一永磁体22直接固定在第一环形筒23的内壁面上，相邻两个第一永磁体22间隔所需间距。

作为第一个可替换的实施方式，连接架24上还可以不设置第一环形圈242，直接将第一环形筒23固定在连接柱241上。作为连接架24的进一步变形，连接架24还可以为其他结构，只需将第一环形筒23与第二壳体21的外壁面连接，且避开第一壳体11位置处，形成供线圈12和软磁体13容纳的区域即可。

作为第二个可替换的实施方式，上述的第一永磁体22除了通过胶粘接在第一环形筒23的内壁面上外，还可以采用其他方式，例如点焊。

作为进一步的可替换实施方式，还可以不设置上述的第一环形筒23和连接架24，采用其他固定结构将第一永磁体22固定在第二壳体21的伸出第一壳体11外的外壁面上，沿径向使得第一永磁体22位于软磁体13的外侧端。例如，固定结构包括固定在第二壳体21外壁面上的机械臂，以及固定在机械臂上的夹具，第一永磁体22被夹具夹持固定在软磁体13的外侧端处。

作为第一永磁体固定方式的可替换实施方式，还可以将第一永磁体22固定在第二壳体21的外壁面上，使得第一永磁体22位于软磁体13的内侧端。

具体而言，如图9和图11所示，第二壳体21的伸出第一壳体11的第二部分的外壁面上套接或成型有第二环形筒27，第二环形筒27采用非磁性材料制成，第二环形筒27具有沿径向向外延伸的环形外沿；在第二环形筒27的外壁面上套接有第二环形圈28，该第二环形圈28采用软磁材料制成；第一壳体11的第一开口的端面上设有轴向延伸的第三环形筒16；第三环形筒16位于所述第二环形筒27的外周，软磁体13固定在第三环形筒16的内壁面上，第一永磁体22固定在第二环形圈28的外壁面上并位于软磁体13的内侧端。对应地，软磁体13的结构如图10所示，多层硅钢片形成的内筒131替换为位于T形凸起132外的外筒133。

对应地，盖体111的结构与实施例1中盖体111的结构不同，第一部分内腔的直径大于第二部分内腔的直径，以使得第一部分内腔形成一个扩口的台阶。上述的线圈12、第一永磁体22以及软磁体13均位于第一部分的内腔中。第一永磁体22的此固定方式，转子组件2整体位于定子组件1的内部，便于转子组件2与定子组件1的装配，使得结构更紧凑和简化。

第二环形筒27沿其轴向上开设有多个减重孔271，使得转子组件重量小，便于定子组件驱动转子组件转动。作为变形，第二环形筒27上还可以不设置上述的外沿，也可以不开设减重孔。

作为变形，还可以不设置第二环形圈28，此时第二环形筒27采用软磁材料制成，将第一永磁体22直接固定在第二环形筒27的外壁面上，第二环形筒27用于起到磁路闭合。

作为进一步的变形，第一永磁体22的固定方式，还可以不设置上述第二环形筒27和第二环形圈28，第二壳体21采用软磁材料制成，直接将第一永磁体22固定第二壳体21的外壁面上。

实施例5

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1至实施例4中任一个实施例中提供的驱动器相比，存在的区别在于：

软磁体13上的T形凸起还可以为其他形状，例如，采用H字形片、一字形片、L形状片，或者E字形片等等堆叠压合而成。只需线圈12缠绕在软磁体13上，线圈12通电后产生转动的电磁场，该电磁场将软磁体13磁化的极性端沿着第一壳体11的径向分布。

作为定子组件1的变形，定子组件1还可以不设置上述的软磁体13，只需设置线圈12，给线圈12通电产生转动的电磁场即可。但相对设置软磁体13的技术方案，电磁场的强度相对分散，对第一永磁体22的驱动力相对不集中，但仍能够驱动第一永磁体22带动第二壳体21转动。

实施例6

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1至实施例5中任一个实施例中提供的驱动器相比，存在的区别在于：

限位组件15中的锁紧螺母可以被替换成其他阻挡件152，例如套接在第二壳体21的外壁面上的环形座。

作为限位组件15的变形，限位组件15还可以为其他结构，例如第二壳体21的外壁面上开设有与第一环形凹槽14平齐的第二环形凹槽，轴承3沿其径向的内侧端直接插入第二环形凹槽内，也能够将第二壳体21限制在轴承的内孔中。

作为第一环形凹槽14的变形，端盖112的内壁面上无需设置第一环形凸缘142，直接在第一壳体11的内壁面上开设第一环形凹槽14。或者采用其他方式将轴承3安装在第一壳体11上，例如，在第一壳体11的内壁面上设置轴承座，将轴承3安装在轴承座上。或者，直接将轴承3的外圈成型在第一壳体11的内壁面上，只需在外圈内装入滚柱或滚珠以及内圈即可。

实施例7

本实施例提供一种直线伺服驱动器，与实施例1至实施例6中任一个实施例中提供的驱动器相比，存在的区别在于：

第一壳体11还可以采用一体成型的方式，第一壳体11的一端上开设有第一开口，另一端为固定端，固定端对应于端盖112的位置，检测组件4的检测件设置在固定端的内壁面上。或者还可以不设置该固定端，只需检测组件4中的检测件和被检测体分别固定在第一壳体11和第二壳体21上，二者并相对且靠近轴承3，便于检测第二壳体21的转动角度或速度即可。

作为上述任一实施例的变形，轴承3还可以为深沟球轴承，或者其他轴承，例如角接触轴承，圆锥滚子轴承。

作为上述任一实施例的变形，轴承3的设置个数还可以为两个、三个等等，但所有轴承3均靠近第一壳体11的与第一开口相对的另一端；只需轴承3套设在第二壳体21上，沿径向其外侧端安装在第一壳体11的内壁面上，内侧端安装在第二壳体21上的外壁面上，使得第二壳体21能够相对于第一壳体11转动即可。

实施例8

本实施例提供一种机器人，如图13和图14所示，其包括第一臂5、第二臂6以及实施例1至实施例7中任一个实施例中提供的任一项直线伺服驱动器，第二臂6的一端铰接在第一臂5的一端上；驱动器中丝杠26的伸出第二壳体21的一端铰接在第一臂5上且避开第一臂5与第二臂6的铰接处，固定端铰接在第二臂6上成型的支撑座61上；丝杠26驱动第一臂5在第二臂6上转动。

如图12所示，支撑座61的背向第二臂6的一端上开设弧形豁口，并在豁口的两个侧壁上设置有第一轴611；对应地，端盖112的内壁面上成型有适于套设在第一轴611上的环形柱，实现驱动器的端盖112与支撑座61的铰接。

第一臂5上开设有长条形通孔，在长条形通孔的两个侧壁上设置有第二轴51，对应地，丝杠26的位于第二壳体21外的一端上固定有过渡件7，过渡件7的一端上开设适于丝杠26端部嵌入的凹槽，另一端呈环形盘，环形盘套设在第二轴51上，使得丝杠26与第一臂5铰接连接。

此实施方式中的机器人，由于采用上述实施例中的直线伺服驱动器来连接第一臂5与第二臂6，使得整个机器人的重量减轻，传导部件的摩擦力小，提高传导效率。丝杠26的直线运动，以驱动第一臂5相对于第二臂6转动的角度，实现第一臂5与第二臂6之间的弯曲动作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种直线伺服驱动器，其特征在于，包括

定子组件(1)，具有第一壳体(11)；所述第一壳体(11)具有第一内腔，其一端上开设有与外界连通的第一开口；

转子组件(2)，具有与所述第一壳体(11)同轴设置的第二壳体(21)，所述第二壳体(21)的一端经所述第一开口伸入所述第一内腔内，另一端位于所述第一壳体(11)外；以及沿轴向一端从位于所述第一开口一侧伸入所述第二壳体(21)中，另一端位于所述第二壳体(21)外的丝杠(26)；在所述定子组件(1)的驱动下，所述第二壳体(21)相对于所述第一壳体(11)转动以驱动所述丝杠(26)沿其轴向做直线运动；

丝杠螺母(25)包括螺母本体和成型在螺母本体的朝向端盖(112)一侧的端面上的环形凸缘(251)，环形凸缘(251)朝向端盖(112)一侧延伸并伸入第二壳体(21)内，环形凸缘(251)的外壁面与第二壳体(21)的内壁面之间螺纹配合固定，螺母本体套设在丝杠(26)外壁面上，且与丝杠(26)外壁面之间形成环形空间，在该环形空间设置有滚柱，通过滚柱使得丝杠螺母(25)与丝杠(26)之间形成转动配合，以形成滚柱丝杠，实现丝杠螺母(25)转动时，通过滚柱以驱动丝杠(26)做直线运动；

至少一个轴承(3)，套在所述第二壳体(21)上，沿径向其外侧端安装在所述第一壳体(11)的内壁面上，内侧端安装在所述第二壳体(21)上的外壁面上，所有所述轴承(3)均靠近所述第一壳体的与所述第一开口相对的另一端；

检测组件(4)，用于检测所述第二壳体(21)相对于所述第一壳体(11)转动的角度或速度，其具有分别固定在所述第二壳体(21)和第一壳体(11)上的被检测体和检测件，所述被检测体与所述检测件相对且均靠近所述轴承(3)。

2.根据权利要求1所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述第一壳体(11)包括具有所述第一内腔的盖体(111)，所述盖体(111)两端分别开设所述第一开口和第二开口，和可拆卸地固定在所述第二开口上的端盖(112)；所述检测件固定在所述端盖(112)上；所述被检测体固定在所述第二壳体(21)面向所述端盖(112)的一侧表面上。

3.根据权利要求2所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述第一壳体(11)的内壁面上设有供所述轴承(3)沿其径向的外侧端插入的第一环形凹槽(14)。

4.根据权利要求3所述的直线伺服驱动器，其特征在于，

所述盖体(111)的内壁面上成型有第一台阶面朝向所述端盖(112)一侧的第一环形台阶(141)；所述端盖(112)的内壁面成型有朝向所述第一台阶面延伸且与所述第一台阶面相对的第一环形凸缘(142)，所述第一环形台阶(141)与所述第一环形凸缘(142)之间围成所述第一环形凹槽(14)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的直线伺服驱动器，其特征在于，还包括用于将所述第二壳体(21)限制在所述轴承(3)内孔上的限位组件(15)。

6.根据权利要求5所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述限位组件(15)包括成型在所述第二壳体(21)的外壁面上且第二台阶面背向所述第一开口的第二环形台阶(151)，以及套接在所述第二壳体(21)外壁面上且与所述第二台阶面相对的阻挡件(152)；所述轴承(3)沿其径向的内侧端插入所述第二环形台阶(151)与所述阻挡件(152)围成的第二环形凹槽内。

7.根据权利要求6所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述定子组件(1)还包括固定在所述第一壳体(11)外壁面上的软磁体(13)，以及缠绕在所述软磁体(13)上的线圈(12)；在所述线圈产生转动电磁场的作用下，所述软磁体(13)磁化后的极性端沿所述第一壳体(11)的径向分布。

8.根据权利要求7所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述转子组件(2)还具有设置在所述第二壳体(21)的伸出所述第一壳体(11)外的外壁面上的至少两个第一永磁体(22)；所述第一永磁体(22)沿径向朝向所述软磁体(13)设置；在所述线圈产生转动的电磁场作用下，驱动所述第一永磁体(22)带动所述第二壳体(21)转动。

9.根据权利要求8所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述第二壳体(21)的伸出所述第一壳体(11)外的外壁面上套有沿其轴向延伸的第一环形筒(23)，和将所述第一环形筒(23)与所述第二壳体(21)连接的连接架(24)；

所述第一环形筒(23)位于所述第一壳体(11)的外周，所述第一永磁体(22)固定在所述第一环形筒(23)的内壁面上，并位于所述软磁体(13)的外侧端。

10.根据权利要求8所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述第二壳体(21)的伸出所述第一壳体(11)的外壁面上套接有第二环形筒(27)；所述第一开口的端面上设有轴向向外延伸的第三环形筒(16)，所述第三环形筒(16)位于所述第二环形筒(27)的外周；

所述软磁体(13)固定在所述第三环形筒(16)的内壁面上，所述第一永磁体(22)固定在所述第二环形筒(27)的外壁面上并位于所述软磁体(13)的内侧端。

11.根据权利要求10所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述转子组件(2)还包括设置在所述第二壳体(21)的供所述丝杠(26)伸入其内的开口上的丝杠螺母(25)，所述丝杠螺母(25)套设并可转动地配合在所述丝杠(26)的外壁面上。

12.根据权利要求11所述的直线伺服驱动器，其特征在于，所述被检测体为第二永磁体(42)，所述检测件为磁敏元件(41)，用于检测所述第二永磁体(42)的磁场强度变化。

13.根据权利要求12所述的直线伺服驱动器，其特征在于：所述轴承(3)为交叉滚柱轴承或深沟球轴承。

14.一种机器人，其特征在于，包括

第一臂(5)；

第二臂(6)，一端铰接在所述第一臂(5)的一端上；

权利要求1-13中任一项所述的直线伺服驱动器，所述丝杠(26)的伸出所述第二壳体(21)的一端铰接在所述第一臂(5)上且避开所述第一臂(5)与所述第二臂(6)的铰接处，固定端铰接在所述第二臂(6)上成型的支撑座上；

所述丝杠(26)驱动所述第一臂(5)在所述第二臂(6)上转动。