CN107378938A - 一种微型驱动器及其机械臂和磨合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微型驱动器，包括壳体、电机、传动机构、输出轴、电路板和控制线，所述电机通过所述传动机构驱动所述输出轴进行动力输出，所述输出轴包含空心轴段；所述输出轴上设置有环片电刷，所述控制线一端与所述电路板连接，另一端经过所述环片电刷转动电连接转换后，穿过所述输出轴经所述空心轴段向壳体外引出。本发明的微型驱动器结构紧凑、布线简单、可靠性高和机械传动误差小，微型驱动器内控制线经由环片电刷转动电连接转换后，大大简化了布线操作，从而在进行机械臂设计时不必考虑控制线的布线问题；本发明还提供一种微型驱动器的磨合装置和磨合方法，通过高速研磨后的二次装配使微型驱动器传动稳定，且工作寿命得以延长。

Description

一种微型驱动器及其机械臂和磨合装置

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，具体涉及一种应用于机械臂的微型驱动器及其机械臂和磨合装置。

背景技术

目前，现有多自由度机械臂各个臂体之间的相对旋转和扭动，一般为通过安装在臂体之间关节外部一侧的驱动器驱动，从而实现机械臂的移动。驱动器安装在关节外部侧面的布置方式，会造成机械臂相邻臂体之间为错位布置，机械臂整体为非直线型，机械臂整体的非对称结构，不利于机械臂的运动稳定性；质量分布不均，对机械臂的位移精度控制会造成较大影响。

布线一直是困扰机械臂行业的难题。串行总线机械臂的出现，使主控板与每个关节之间组成一线式的串联结构，相比并行总线中每个关节均与主控板连接的方式，控制线的长度大大减小，布线方式相对简单。但控制线仍多采用外漏布置的方式，此方式除了影响美观之外，甚至会因控制线缠绕影响机械臂的运动，尤其是扭动关节无法实现连续转动。

针对机械臂的布线问题，现有技术中有通过设置包裹的外壳来隐藏控制线，但此方式结构复杂，成本高，控制线的缠绕问题仍无法解决；还有对控制线进行特殊的柔性布置来解决，但仍存在布线结构复杂，组装效率低，使用不便的问题。另外，由于重力对机械臂的影响，加上驱动器的机械传动误差，都会影响机械臂的控制精度，造成机械臂运行不平稳。

发明内容

本发明的主要目的是针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种模块化、结构紧凑、布线简单、可靠性高和机械传动误差小的微型驱动器，从而在进行机械臂设计时不必考虑控制线的布置，以解决现有技术中机械臂布线复杂、运动不平稳和控制精度低的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种微型驱动器，包括壳体、电机、传动机构、输出轴、电路板和控制线，所述电机与所述电路板电连接，所述电机接收所述电路板的控制信号，并通过所述传动机构驱动所述输出轴进行动力输出，其特征在于：所述输出轴至少一端为空心轴段；所述输出轴上的所述空心轴段上设置有环片电刷，所述控制线一端与所述电路板连接，另一端经过所述环片电刷转动电连接转换后，穿过所述空心轴段向壳体外引出。

进一步，所述环片电刷包括定子壳体、转子壳体、定子导电弹簧片和转子导电环；所述定子壳体与所述壳体固定连接，所述定子导电弹簧片与所述定子壳体以绝缘的方式固定连接；所述转子壳体与所述输出轴固定连接；所述转子导电环与所述转子壳体以绝缘的方式固定连接；所述定子壳体与所述转子壳体可相对转动，所述定子导电弹簧片和所述转子导电环通过弹性接触进行所述转动电连接。

进一步，所述控制线包括上游静态引线和下游动态引线，所述上游静态引线一端与所述电路板连接，另一端与所述定子导电弹簧片连接；所述下游动态引线一端穿过所述输出轴的空心轴段与所述转子导电环连接，另一端通过所述空心轴段引出。

进一步，所述定子导电弹簧片和转子导电环为两个以上；所述定子导电弹簧片之间为绝缘方式布置，所述转子导电环之间为绝缘方式布置。

进一步，所述壳体包括框体和端盖，所述框体为中空长方体，所述框体的一个侧面设置有用于引入线路的布线通孔；所述端盖上设置有螺孔、安装孔和横向轴孔，所述端盖的一侧设置有凸台，所述端盖为两个，并通过螺钉与所述框体固定连接。

进一步，所述微型驱动器为摆动式微型驱动器，所述传动机构为四级齿轮传动机构，所述输出轴为对称双出轴，所述对称双出轴通过所述横向轴孔伸出壳体，所述对称双出轴的一端用于驱动，另一端用于安装定位和所述控制线的引出。

进一步，所述微型驱动器为扭动式微型驱动器，所述框体上与所述一个侧面对应的另一侧面上设置有纵向轴孔，所述传动机构包括四级齿轮传动机构和一级蜗轮蜗杆传动机构，所述输出轴为扭动输出轴，所述扭动输出轴通过所述纵向轴孔伸出壳体，所述一级蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗杆通过所述横向轴孔支撑，所述蜗轮与所述扭动输出轴固连。

进一步，所述端盖的另一侧设置有与所述安装孔同心的内凹槽，所述壳体内通过所述内凹槽夹持有隔离管。

进一步，所述框体内设置有一体结构的隔离板，所述隔离板将所述壳体内部空间分割为两部分，一部分为机械元件布置腔，另一部分为电气元件布置腔；所述隔离板上设置有电机安装孔、电机出轴孔、齿轮轴支撑孔、布线孔和/或输出轴支撑孔。

进一步，所述壳体、所述隔离板和所述传动机构均为金属材质。

进一步，所述电机外侧设置有电机散热环，所述电机散热环包括隔离环和调节环，所述调节环为两个以上，并卡接在所述隔离环上。

进一步，所述调节环为模块化结构，不同尺寸的所述电机对应的所述调节环的外径均不变，所述调节环的内径根据不同尺寸的所述电机的直径进行变化。

本发明还提供一种机械臂，包括本发明所述的微型驱动器，还包括关节，所述机械臂为多自由度机械臂，所述多自由度机械臂由多个所述微型驱动器和多个所述关节串联组成。

本发明还提供一种磨合装置，包括本发明所述的微型驱动器，包括第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴和末端齿轮轴；所述微型驱动器中的所有齿轮安装在所述第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴和末端齿轮轴上；所述第一齿轮轴的两端通过第一固定轴座支撑，所述末端齿轮轴的两端通过末端固定轴座支撑；所述第二齿轮轴的两端铰接有弹簧缸装置，所述第二齿轮轴受到所述弹簧缸装置的弹性抵压；所述第三齿轮轴的两端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与第三固定轴座铰接；所述第四齿轮轴的两端与第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与第四固定轴座铰接。

进一步，所述弹簧缸装置包括弹簧缸固定基座、与所述弹簧缸固定基座固定连接的弹簧缸、布置在所述弹簧缸内的弹簧、与所述弹簧抵接的所述第一连杆，所述第一连杆与所述第二齿轮轴铰接连接。

本发明还提供一种根据本发明所述磨合装置的磨合方法：

a.将所述传动机构的所有齿轮安装在所述磨合装置的齿轮轴上，所述齿轮之间以微小过盈配合方式安装；将所述末端齿轮轴与大功率驱动装置连接，进行高速驱动，实现整个传动机构的反向驱动；

b.高速运行一段时间，在高速转动时，向所述齿轮中连续加入超细研磨剂，实现高速研磨，去除所述齿轮上的毛刺；

c.进行元件清洗，清除磨屑杂质；

d.将所述齿轮安装到所述微型驱动器的壳体内，并进行零间隙配合安装。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)微型驱动器与关节直接适配安装，减小了关节的外形尺寸，有利于机械臂的小型化和轻量化；同时微型驱动器本身作为机械臂的外观结构，实现了臂体之间的直线型布置，对称化设计使机械臂整体质量分布更加均匀，运动稳定性好、控制精度高；

(2)微型驱动器内部控制线经环片电刷的转动电连接转换方式，再经输出轴的空心轴段引出，使得布线方式完全简化，在进行机械臂设计时不必考虑控制线的布置问题，大大优化了机械设计环节，使机器人的外观设计更为人性化和精致化；同时还可实现扭动关节的连续运转；

(3)微型驱动器内部机电元件的空间分割设计，保证了机械杂质封闭在有限空间内，不会对电器元件造成污染；

(4)微型驱动器模块化的设计方式，降低了生产成本，组装和加工方便；

(5)磨合装置及磨合方法对传动机构的所有齿轮进行高速研磨，可实现二次装配零间隙配合传动，使微型驱动器传动更稳定，且工作寿命得以延长。

整体来说，本发明的微型驱动器具有外形美观、结构简单、布线方便、重量轻的优点，可大大减少微型驱动器内部传动机构的累积误差，提高机械臂的整体精度；本发明的微型驱动器优化了整个机械臂的组成，其整体重量和外形尺寸大大减小，更加美观、紧凑和可靠。

附图说明

图1为摆动式微型驱动器的外形结构示意图；

图2为摆动式微型驱动器另一方向的外形结构示意图；

图3为端盖的外形结构示意图；

图4为摆动式微型驱动器的内部结构原理图；

图5为摆动式微型驱动器传动机构布置示意图；

图6为环片电刷结构示意图；

图7为环片电刷内部结构示意图；

图8为图7中沿A-A线的剖视图；

图9为扭动式微型驱动器的外形结构示意图；

图10为扭动式微型驱动器的内部结构原理图；

图11为扭动式微型驱动器传动机构布置示意图；

图12为摆动式微型驱动器与机械臂的关节的安装示意图；

图13为摆动式微型驱动器与机械臂的关节的连接示意图；

图14为扭动式微型驱动器与机械臂的关节的安装示意图；

图15为微型驱动器电机散热环的结构示意图；

图16为微型驱动器内机电元件空间分割示意图；

图17为微型驱动器齿轮的磨合装置。

其中，上述附图包括以下附图标记：1-框体；2-端盖；3-布线通孔；4-螺孔；5-凸台；6-安装孔；601-内凹槽；7-横向轴孔；8-对称双出轴；801-花键；9-电机；901-电机控制线；902-电机散热环；9021-隔离环；9022-调节环；10-环片电刷；101-定子壳体；1011-定位拨盘；102-转子壳体；103-挡圈；104-摩擦环片；105-绝缘环片；106-定子导电弹簧片；107-转子导电环；108-绝缘环管；109-转子挡片；11-电路板；12-串行控制线；1201-上游静态引线；1202-下游动态引线；13-隔离板；14-角度传感器；15-A级齿轮组；16-B级齿轮组；17-C级齿轮组；18-D级齿轮组；19-电机轴；20-齿轮轴；21-蜗杆；22-蜗轮；23-扭转输出轴；24-关节；25-紧固螺钉；26-隔离管；27-机械元件布置腔；28-电子元件布置腔；29-第一齿轮轴；30-末端齿轮轴；31-第一固定轴座；32-末端固定轴座；33-第二齿轮轴；34-弹簧缸装置；35-弹簧缸固定基座；36-弹簧缸；37-弹簧；38-第一连杆；39-第三齿轮轴；40-第四齿轮轴；41-第二连杆；42-第三连杆；43-第三固定轴座；44-第四固定轴座。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的微型驱动器以小型桌面机械臂应用为导向，其安装尺寸及信号连接方式专门为桌面机械臂的技术特征而设计，尤其适用于串行关节多自由度机械臂。

本发明的微型驱动器包括摆动式微型驱动器和扭动式微型驱动器两种类型，其中摆动式微型驱动器用于机械臂摆动关节，实现机械臂的摆动；扭动式微型驱动器用于机械臂扭动关节，实现机械臂的扭动。

摆动式微型驱动器：

如图1-3所示，摆动式微型驱动器的壳体采用对称方式设计，壳体包括框体1和位于框体两侧的端盖2。框体1为内部中空的长方体结构，可采用焊接或铸造的方式制造，具体而言，可优选材质为铝合金，通过压铸工艺进行制造；框体1一个侧面上设置有用于向壳体内部引入串行控制线的布线通孔3。两侧的端盖2结构完全相同，端盖2的四个角均设置有螺孔4，四个螺钉与端盖的螺孔4及框体上相应设置的第二螺孔配合，将框体1和两侧的端盖2固定连接为一体；端盖2上还设置有凸台5，凸台5外围均布有四个安装孔6，通过凸台5及安装孔6将摆动式微型驱动器与机械臂的关节定位固定安装。端盖2上设置有横向轴孔7，用于安装摆动式微型驱动器的对称双出轴8；端盖2上与凸台5对应的另一侧还设置有与安装孔6同心布置的内凹槽601。

摆动式微型驱动器的内部结构原理如图4所示，壳体内设置有电机9、四级齿轮传动机构、对称双出轴8、环片电刷10、电路板11、串行控制线12、隔离板13和角度传感器14等。

隔离板13与壳体的框体固定连接，电机9安装在隔离板13一侧，电机9通过电机控制线901与电路板11连接，电机9外侧安装有电机散热环902。电机轴19穿过隔离板13与位于隔离板另一侧的四级齿轮传动机构传动连接；四级齿轮传动机构的三个中间齿轮轴20两端分别通过端盖和隔离板进行支撑定位。四级齿轮传动机构分别为A级齿轮组15、B级齿轮组16、C级齿轮组17和D级齿轮组18。四级齿轮传动机构的电机轴19、三个中间齿轮轴20、对称双出轴8及传动元件之间的相对位置关系如图5所示；其中四级齿轮传动机构中的齿轮、齿轮轴、轴承等具体结构及其之间具体的定位、配合、连接关系等均采用本领域的常规技术手段实现，此处不再赘述。

传动末端的对称双出轴8两端通过端盖2的横向轴孔7进行支撑定位，并伸出两侧的端盖2。对称双出轴8一端为具有花键801的驱动轴端，用于动力输出；另一轴端为定位轴端，用于下一关节的定位安装和摆动式微型驱动器内部串行控制线12的引出。对称双出轴8为至少包含一端为空心轴段或整体为空心轴。电机9接收电路板11的控制信号，实现四级齿轮传动机构的动力输入，在电机9的驱动下，通过四级齿轮传动机构内的齿轮传动，最终实现对称双出轴8的动力输出。

摆动式微型驱动器内部设置有用于线路连接的环片电刷10。如图6-8所示，环片电刷10布置在对称双出轴8的空心轴段上。环片电刷10包括定子壳体101、转子壳体102、挡圈103、密封环片104、绝缘环片105、定子导电弹簧片106、转子导电环107、绝缘环管108、转子挡片109、顶丝110等；串行控制线12包括上游静态引线1201、下游动态引线1202。

定子壳体101两侧设有定位拨盘1011，定位拨盘1011可通过螺钉与摆动式微型驱动器的壳体固定连接，实现定子壳体101的固定。定子壳体101内腔以绝缘的方式固定连接有三个定子导电弹簧片106，其中绝缘方式的实现可通过定子壳体为绝缘材料或定子壳体101为非绝缘材料，定子导电弹簧片106与定子壳体101之间设置绝缘材料，以实现定子导电弹簧片106之间以及与定子壳体101之间的绝缘。上游静态引线1201穿过定子壳体上的通孔，并通过焊接或螺钉连接的方式与定子导电弹簧片106固定连接。

转子壳体102通过多个顶丝110固定在对称双出轴8上，随轴一起转动。转子壳体102靠近顶丝110的一侧设置有轴肩，从轴肩开始依次穿过转子挡片109、绝缘环管108、定子壳体101和密封环片104，并通过挡圈103实现整体定位。转子挡片109与定子壳体101组成封闭空腔，并通过密封环片104密封。在封闭空腔内的绝缘环管108上依次套接有多个绝缘环片105和转子导电环107，如图7中所示，四个绝缘环片105和绝缘环管108实现三个转子导电环107的绝缘布置，以防止短路或信号干扰。转子挡片109、绝缘环管108、绝缘环片105、转子导电环107和密封环片104均与转子壳体102固定连接，并随轴转动。定子壳体101与转子挡片109、密封环片104和转子壳体之间均为102间隙配合，可相对转动。下游静态引线1202穿过对称双出轴8、转子壳102和绝缘环管108上的通孔，并通过焊接或螺钉连接的方式与转子导电环107固定连接。

定子导电弹簧片106的两端通过弹性变形抵靠在转子导电环107，由于弹性变形，定子导电弹簧片106的两端受到弹性压力抵靠在转子导电环107上，实现两者之间可靠的转动电连接。

定子导电弹簧片106通过上游静态引线1201与摆动式微型驱动器自身内部的电路板11连接。由于定子壳体101与摆动式微型驱动器的壳体固定连接，定子壳体101、定子导电弹簧片106、上游静态引线1201和电路板11四者在对称双出轴8驱动转动时相互之间无位移，均相对摆动式微型驱动器的壳体保持静止，组成转动电连接的静态部分；转子导电环107通过从对称双出轴8的空心轴段引出的下游动态引线1202，与下一关节上另一微型驱动器的电路板连接。由于转子壳体102与对称双出轴8固连，转子壳体102、转子导电环107、下游动态引1202和另一控制板四者在对称双出轴8驱动转动时相互之间保持静止，均相对摆动式微型驱动器的壳体随着对称双出轴8转动，组成转动电连接的动态部分。

上游静态引线1201和下游动态引线1202通过定子导电弹簧片106和转子导电环107实现转动电连接，即相邻关节间的串行控制线12经过环片电刷10转换为转动连接方式，从而在机械臂进行设计时不必考虑关节之间串行控制线的布置问题，可以大大优化机械设计环节，使布线完全简化，使机器人的外观设计更为人性化和精致化。

本发明上述实施例中的定子导电弹簧片106通过与壳体固连的定子壳体101连接，实现绝缘固定。当然为了减小尺寸、便于安装和降低成本等，本发明中的定子导电弹簧片106还可通过直接与壳体绝缘固定连接的方式实现。

在四级齿轮传动机构中的C级齿轮组17的齿轮轴20靠近电路板11的一端安装有角度传感器14。角度传感器14安装在对称双出轴8的前一级传动机构，实现了角度传感器14在摆动式微型驱动器内部的布置，整体结构紧凑；同时由于最接近传动末端，可以提高控制精度，提高的程度取决于最后一级的传动比。在C级齿轮组17的下方布置有电路板11，电路板11位于隔离板13的电机安装侧，电路板11上安装有电子芯片散热块，可以有效进行电路板的散热，使微型驱动器长时间工作运行更加可靠。

扭动式微型驱动器：

如图9所示，扭动式微型驱动器的壳体只是在摆动式微型驱动器壳体的基础上，在框体1与布线通孔3对立的另一侧面上设置有用于布置扭转输出轴22的纵向轴孔，其余部分均与摆动式微型驱动器壳体结构一致。扭动式微型驱动器壳体和摆动式微型驱动器壳体采用模块化的设计方式，便于加工和装配，有利于成本将低。

扭动式微型驱动器的内部结构原理如图10所示，扭动式微型驱动器的内部结构是在摆动式微型驱动器壳体的基础上，增加了第五级蜗轮蜗杆传动，传动机构为五级传动机构。用蜗杆21替换对称双出轴8；还增设有扭转输出轴23，蜗轮22固连在扭转输出轴23上，蜗杆21与蜗轮22啮合驱动扭转输出轴23转动。

扭转输出轴23通过隔离板13和框体1进行支撑定位，扭转输出轴23伸出壳体外，用于驱动连接下一关节。五级传动机构的电机轴19、三个中间齿轮轴20、蜗杆21、扭动输出轴23及传动元件之间的相对位置关系如图11所示；其中五级传动机构中的齿轮、蜗轮、蜗杆、齿轮轴、轴承等具体结构及其之间具体的定位、配合、连接关系等均采用本领域的常规技术手段实现，此处不再赘述。

电机9接收电路板11的控制信号，实现五级传动机构的动力输入，在电机9的驱动下，通过五级传动机构的传动，驱动扭转输出轴23转动，从而实现动力输出。扭动式微型驱动器内部结构增加的第五级蜗轮蜗杆传动，使传动方向改为纵向输出。

同时扭转输出轴23同样为至少包含一端为空心轴段或整体为空心轴。扭动式微型驱动器内部同样设置有用于线路连接的环片电刷10，环片电刷的结构与摆动式微型驱动器的环片电刷结构相同。环片电刷布置在扭动式微型驱动器壳体内的扭转输出轴23的空心轴段上，下一关节的串行控制线12经过环片电刷10转换后，从扭转输出轴23的空心轴段引出壳体。

同样通过定子导电弹簧片106和转子导电环107实现转动电连接，即相邻关节间的串行控制线12经过环片电刷10转换为转动连接方式，从而机械臂进行设计时不必考虑关节之间串行控制线的布置问题，这种设计可以实现下一级关节连续转动。

微型驱动器与机械臂的关节的装配：

微型驱动器与机械臂的关节的安装连接关系如图12-14所示，微型驱动器安装在前一关节和下一关节之间。对应于微型驱动器两侧端盖2的四个安装孔6，机械臂的关节上相应设置有四个通孔，四个紧固螺栓25穿过安装孔6和通孔与螺母配合实现微型驱动器与前一关节的固定连接。微型驱动器两侧凸台5与前一关节上相应设置的凸台孔定位配合，简化了安装方式，并可以使安装精度和强度得以提高。

同时，壳体端盖2上与凸台5对应的另一侧设置有与所述安装孔同心的内凹槽601，内凹槽601内设置有与其尺寸适配的隔离管26，当两侧端盖2与框体1固定连接后，可形成微型驱动器壳体内部在安装孔6相应位置，通过端盖2的内凹槽601夹持固定隔离管26。隔离管26可在紧固螺栓25穿过微型驱动器内部时，防止螺栓对内部零部件造成划伤、损坏等。

摆动式微型驱动器通过对称双出轴8与下一关节固定连接，对称双出轴8的驱动轴端驱动下一关节摆动，对称双出轴的定位轴端用于安装定位和微型驱动器内部控制线的引出。摆动式微型驱动器串行控制线12由壳体中框体1侧面的布线通孔3引入，而从对称双出轴8的定位轴端的空心轴段向壳体外引出。扭动式微型驱动器通过扭动输出轴23与下一关节固定连接，扭动输出轴23驱动下一关节扭动，串行控制线12由壳体中框体1侧面的布线通孔3引入，而从扭动输出轴23的空心轴段引出。这种紧凑的结构在设计机械臂时可以不考虑控制线的柔性布置，使机械臂设计更加精致，安全可靠。

微型驱动器整体采用瘦长身设计，便于小型机械臂的结构设计，且微型驱动器本身可以是机械臂的外观结构，使机械臂整体结构紧凑，从而解决了传统机械臂结构复杂、重量大、精度低等问题，提高了机械臂的整体精度。

散热：

本发明微型驱动器的壳体采用金属制造，优选铝合金，通过压铸的方式加工。微型驱动器内部传动机构也采用金属制造，微型驱动器内部的热量可以借助壳体进行散热。

由于不同型号的微型驱动器根据不同工况环境需求，会造成其内部电机大小不同；本发明微型驱动器的电机9还设置有模块化结构的电机散热环902。如图15所示，微型驱动器的电机9的外侧设置有电机散热环902，用于电机的支撑和散热。电机散热环902包括外侧的隔离环9021，隔离环9021上卡接有一定数量的调节环9022。当电机的直径尺寸变化时，可选用具有外径不变，内径根据电机的直径进行适应变化的调节环9022，从而根据不同尺寸的电机选用具有相同外径，不同内径的电机散热环902，实现了模块化散热支撑结构。同时，电机散热环902采用金属制造，优选铝合金，可快速散热，良好的散热能力使微型驱动器可以实现长时间连续工作。

机电元件空间分割：

如图16所示，隔离板13采用金属制造，优选铝合金。隔离板13可通过铸造或焊接等方式与框体1加工为一体化结构，隔离板13将框体1内部空间分割为两部分，一部分为机械元件布置腔27，另一部分为电气元件布置腔28。隔离板13上设置有电机安装孔、电机出轴孔、齿轮轴支撑孔、布线孔和/或输出轴支撑孔。

由于微型驱动器内部包含机械传动机构，润滑油、磨屑杂质等会造成壳体内腔的污染；为保证电路板11的可靠性，通过隔离板13实现了机电元件分割的空间设计，从而保证机械杂质封闭在有限空间内，而不污染电路板等。隔离板13与框体1的一体化结构方式便于加工和安装，采用铝合金材料，便于壳体内部散热。

本发明中的微型驱动器与机械臂的主控板(图中未示出)采用单总线通讯方式，每个微型驱动器均设置有ID识别号，机械臂中不同的微型驱动器具有不同的ID识别号。主控板与机械臂所有的微型驱动器通过单总线串联连接，主控板发出包含ID信息的指令，只有匹配上ID号的微型驱动器才能接收主控板发出的指令，并按照指令执行相应的动作。

本发明的微型驱动器设置有角度反馈，可以快速回读角度位置，便于反馈控制输出动作。本发明的电机9具有连续转动的工作模式；还具有舵机模式，可以在120度和240度范围内进行定位控制。微型驱动器之间的串行控制线12在微型驱动器内部由环片电刷10转换，通过环片电刷10的转动电连接方式简化了布线操作，扭动关节可以实现连续转动，完全不受串行控制线12布线的影响。

本发明还提供一种微型驱动器的磨合装置及磨合方法：

本发明的摆动式微型驱动器和扭动式微型驱动器内均设置四级齿轮传动机构。但本发明的微型驱动器内部可根据需要设置多级齿轮传动机构，例如五级齿轮传动机构或六级齿轮传动机构。

本发明的微型驱动器内部传动机构减速比较大，且采用了多级齿轮机构，不利于机械传动累积误差的控制。由于机械臂传动角度精度的要求，一次装配不能保证传动精度和工作寿命，为了把机械误差减小到最小，改为二次装配具有实际应用价值。本发明中的微型驱动器采用先磨合，再进行二次装配的方式可实现零间隙配合传动。

本实施例以多级齿轮机构为四级齿轮传动机构为例进行说明，其具体磨合装置和磨合步骤介绍如下：

为高效进行本发明微型驱动器内部微型齿轮的磨合，其磨合装置如图17所示。第一齿轮轴29和末端齿轮轴30的两端分别通过第一固定轴座31和末端固定轴座32支撑，即第一齿轮轴29和末端齿轮轴30只能以自身轴线在轴座中转动。第二齿轮轴33两端通过弹簧缸装置34弹性抵压，弹簧缸装置包括弹簧缸固定基座35、与弹簧缸固定基座35固定连接的弹簧缸36、布置在弹簧缸36内的弹簧37、与弹簧37抵接的第一连杆38，第一连杆38与第二齿轮轴33铰接连接。即第二齿轮轴33除了可绕自身轴线旋转外，还可在弹簧缸装置34的弹性压力作用下上下移动。第三齿轮轴39和第四齿轮轴40的两端均分别与第二连杆41和第三连杆42的一端铰接，第二连杆41和第三连杆42的另一端分别与第三固定轴座43和第四固定轴座44铰接，即第三齿轮轴39和第四齿轮轴40除了可绕自身轴线旋转外，分别可绕第三固定轴座43和第四固定轴座44摆动。

磨合步骤：(1)将四级齿轮传动机构的所有齿轮安装在磨合装置的齿轮轴上，齿轮之间以微小过盈配合方式安装；将末端齿轮轴与大功率驱动装置连接，进行高速驱动，实现整个四级齿轮传动机构的反向驱动；(2)驱动整个四级齿轮传动机构高速运行一段时间，高速转动时，向齿轮中连续加入超细研磨剂，实现高速研磨，去除齿轮上的毛刺等；(3)进行元件清洗，清除磨屑杂质；(4)将四级齿轮传动机构的所有齿轮安装到微型驱动器壳体内，并进行零间隙配合安装。

采用本发明的上述磨合装置和磨合步骤，由于进行高速研磨后的齿轮之间的啮合接触已大大改善，不仅传动稳定，且使微型驱动器的工作寿命得以延长。

根据本发明的技术方案，可以对不同功率的微型驱动器根据强度和精度要求，设计不同的结构尺寸外，其中各个元部件的布置关系基本不变。本发明微型驱动器壳体的外形尺寸优选为60mm×40mm×30mm；微型驱动器的总质量优选为低于100g；微型驱动器的输出转速为20～30rpm，输出转角范围可为0～240°或连续转动；输出转角精度可达0.1°；输出最大扭矩可达40kg·cm。本发明的微型驱动器具有掉电保护装置，工作电压为5～9V。

本发明由于采用了金属齿轮和壳体，可以满足小型机械臂的耐用性问题；微型驱动器内部的角度传感器安装在输出轴的前一级，可以提高控制精度；微型驱动器具有角度反馈，可以快速回读角度位置，便于反馈控制输出动作；微型驱动器采用瘦长身设计，便于小型机械臂的结构设计，且驱动器本身可以是机械臂的外观结构。

本发明的微型驱动器可以解决小型机械臂的摆动关节和扭转关节的驱动问题，机械臂的关节之间通过动静态引线相互串联，使机械臂设计时的布线方式大大简化，不仅提高了使用寿命，且机器人美感设计得以改善。本发明中的微型驱动器采用二次装配零间隙配合传动，不仅传动稳定，且驱动器的工作寿命得以延长。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型驱动器，包括壳体、电机、传动机构、输出轴、电路板和控制线，所述电机与所述电路板电连接，所述电机接收所述电路板的控制信号，并通过所述传动机构驱动所述输出轴进行动力输出，其特征在于：所述输出轴至少一端为空心轴段；所述输出轴上的所述空心轴段上设置有环片电刷，所述控制线一端与所述电路板连接，另一端经过所述环片电刷转动电连接转换后，穿过所述空心轴段向壳体外引出。

2.根据权利要求1所述的微型驱动器，其特征在于：所述环片电刷包括定子壳体、转子壳体、定子导电弹簧片和转子导电环；所述定子壳体与所述壳体固定连接，所述定子导电弹簧片与所述定子壳体以绝缘的方式固定连接；所述转子壳体与所述输出轴固定连接；所述转子导电环与所述转子壳体以绝缘的方式固定连接；所述定子壳体与所述转子壳体可相对转动，所述定子导电弹簧片和所述转子导电环通过弹性接触进行所述转动电连接。

3.根据权利要求2所述的微型驱动器，其特征在于：所述控制线包括上游静态引线和下游动态引线，所述上游静态引线一端与所述电路板连接，另一端与所述定子导电弹簧片连接；所述下游动态引线一端穿过所述输出轴的空心轴段与所述转子导电环连接，另一端通过所述空心轴段引出。

4.根据权利要求1所述的微型驱动器，其特征在于：所述定子导电弹簧片和转子导电环为两个以上；所述定子导电弹簧片之间为绝缘方式布置，所述转子导电环之间为绝缘方式布置。

5.根据权利要求1所述的微型驱动器，其特征在于：所述壳体包括框体和端盖，所述框体为中空长方体，所述框体的一个侧面设置有用于引入线路的布线通孔；所述端盖上设置有螺孔、安装孔和横向轴孔，所述端盖的一侧设置有凸台，所述端盖为两个，并通过螺钉与所述框体固定连接。

6.根据权利要求5所述的微型驱动器，其特征在于：所述微型驱动器为摆动式微型驱动器，所述传动机构为四级齿轮传动机构，所述输出轴为对称双出轴，所述对称双出轴通过所述横向轴孔伸出壳体，所述对称双出轴的一端用于驱动，另一端用于安装定位和所述控制线的引出。

7.根据权利要求5所述的微型驱动器，其特征在于：所述微型驱动器为扭动式微型驱动器，所述框体上与所述一个侧面对应的另一侧面上设置有纵向轴孔，所述传动机构包括四级齿轮传动机构和一级蜗轮蜗杆传动机构，所述输出轴为扭动输出轴，所述扭动输出轴通过所述纵向轴孔伸出壳体，所述一级蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗杆通过所述横向轴孔支撑，所述蜗轮与所述扭动输出轴固连。

8.一种机械臂，包括根据权利要求1-7任一项所述的微型驱动器，其特征在于还包括关节，所述机械臂为多自由度机械臂，所述多自由度机械臂由多个所述微型驱动器和多个所述关节串联组成。

9.一种磨合装置，包括根据权利要求1-7任一项所述的微型驱动器，其特征在于：包括第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴和末端齿轮轴；所述微型驱动器中的所有齿轮安装在所述第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴和末端齿轮轴上；所述第一齿轮轴的两端通过第一固定轴座支撑，所述末端齿轮轴的两端通过末端固定轴座支撑；所述第二齿轮轴的两端铰接有弹簧缸装置，所述第二齿轮轴受到所述弹簧缸装置的弹性抵压；所述第三齿轮轴的两端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与第三固定轴座铰接；所述第四齿轮轴的两端与第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与第四固定轴座铰接。

10.一种根据权利要求9所述的磨合装置的磨合方法，其特征在于：

a.将所述传动机构的所有齿轮安装在所述磨合装置的齿轮轴上，所述齿轮之间以微小过盈配合方式安装；将所述末端齿轮轴与大功率驱动装置连接，进行高速驱动，实现整个传动机构的反向驱动；

b.高速运行一段时间，在高速转动时，向所述齿轮中连续加入超细研磨剂，实现高速研磨，去除所述齿轮上的毛刺；

c.进行元件清洗，清除磨屑杂质；

d.将所述齿轮安装到所述微型驱动器的壳体内，并进行零间隙配合安装。