CN108189072A - 机器人双输出关节伺服 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人双输出关节伺服，包括：壳体，内设有一容纳腔；驱动器，收容于容纳腔内，用于输出驱动；动力齿轮组，收容于容纳腔内，与驱动器传动连接；输出轴，在容纳腔内被安装固定，包括主轴及传动齿轮，传动齿轮与主轴固定连接，主轴的两端各设置有一安装位，安装位外露于壳体，用于安装固定机器人的骨架；角度反馈齿轮组，固定连接于输出轴，随着输出轴的转动而转动；及角度测量组件，包括磁性件及磁编码器，磁性件设置于角度反馈齿轮组上，并随着角度反馈齿轮组的转动而转动，磁编码器通过探测磁性件的角度，从而实现输出轴的转动角度的测量。上述机器人双输出关节伺服，可以实现°～360°全角度测量。

Description

机器人双输出关节伺服

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人双输出关节伺服。

背景技术

目前机器人的关节设计一般采用单轴单边输出模拟舵机，由于舵机的扭力 单边输出，造成机器人支架产生较大的应力形变，不利于机器人整体运动控制； 且传统采用电位器来反馈控制角度，而电位器一般有效角度为90～300度，无法 做到360度全角度控制。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种机器人双输出关节伺服。

一种机器人双输出关节伺服，包括：

壳体，内设有一容纳腔；

驱动器，收容于所述容纳腔内，用于输出驱动；

动力齿轮组，收容于所述容纳腔内，与所述驱动器传动连接；

输出轴，在所述容纳腔内被安装固定，包括主轴及传动齿轮，所述传动齿 轮与所述主轴固定连接，所述主轴的两端各设置有一安装位，所述安装位外露 于所述壳体，用于安装固定机器人的骨架；

角度反馈齿轮组，固定连接于所述输出轴，随着所述输出轴的转动而转动； 及

角度测量组件，包括磁性件及磁编码器，所述磁性件设置于所述角度反馈 齿轮组上，并随着所述角度反馈齿轮组的转动而转动，所述磁编码器通过探测 所述磁性件的角度，从而实现所述输出轴的转动角度的测量。

在其中一个实施例中，所述角度反馈齿轮组包括一传递齿轮和一反馈齿轮， 所述传递齿轮固定连接于所述输出轴的主轴，并随着所述输出轴的转动而转动， 所述反馈齿轮与所述传递齿轮相啮合，并跟随所述传递齿轮的转动而转动，所 述传递齿轮及所述反馈齿轮共同完成所述输出轴的当前转动角度的传递。

在其中一个实施例中，所述主轴及所述传动齿轮一体成型。

在其中一个实施例中，所述传动齿轮位于所述主轴的正中间。

在其中一个实施例中，所述壳体包括第一壳体、第二壳体及第三壳体，所 述第一壳体固定连接于所述第三壳体，所述第二壳体固定连接于所述第三壳体， 所述输出轴、动力齿轮组及驱动器均设置于所述第三壳体上，所述第三壳体向 内延伸形成有一安装板，且所述安装板所在的平面为所述主轴的垂直平分面。

在其中一个实施例中，所述安装板上设置有第一安装槽及第二安装槽，所 述第一安装槽用于安装所述驱动器，所述第二安装槽用于安装固定所述输出轴。

在其中一个实施例中，所述驱动器的转轴及所述输出轴的轴线平行于所述 第三壳体的多个侧壁。

在其中一个实施例中，所述输出轴通过轴承固定连接于所述安装板。

在其中一个实施例中，当所述输出轴固定连接于所述安装板时，所述传动 齿轮收容于所述第二安装槽内。

在其中一个实施例中，所述动力齿轮组包括多个齿轮，两个齿轮之间相互 啮合实现齿轮传动，每个齿轮均包括一大齿轮及一小齿轮，且相邻的两个齿轮 之间大齿轮与小齿轮相啮合。

上述机器人双输出关节伺服，通过输出轴实现了双边输出，平衡了输出轴 两端的扭力，有利于机器人的整体运动控制，进一步通过角度测量组件实现了° ～360°全角度测量。

附图说明

图1为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的结构示意图；

图2为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的爆炸结构示意图；

图3为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的第三壳体的结构示意图；

图4为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的主轴的结构示意图；

图5为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的部分结构的爆炸示意图；

图6为本发明一实施例的机器人双输出关节伺服的另一部分结构的爆炸示 意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来 实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是 使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用 的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，图1和图2示例性的示出了本发明一实施例的机器人双 输出关节伺服10的结构示意图，所述机器人双输出关节伺服10包括壳体110、 输出轴120、动力齿轮组130、驱动器140、角度反馈齿轮153组150及角度测 量组件160，所述壳体110内设有一容纳腔，所述动力齿轮组130、驱动器140、 角度反馈齿轮153组150及角度测量组件160均收容安装于所述容纳腔内，所 述输出轴120在所述容纳腔内被安装固定，且两端外露于所述壳体110，所述输 出轴120通过所动力齿轮组130传动连接于所述驱动器140，以使得所述驱动器 140能够驱动所述输出轴120转动，所述角度反馈齿轮153组150固定连接于所 述输出轴120，随着输出轴120的转动而转动，所述角度测量组件160用于测量 输出轴120的转动角度，并将测量的转动角度反馈给驱动器140，所述驱动器 140根据角度测量组件160反馈的转动角度进行输出控制，实现0°～360°全角 度控制。

在一些实施例中，所述壳体110包括第一壳体111、第二壳体113及第三壳 体115，所述第一壳体111固定连接于第三壳体115，所述第二壳体113固定连 接于第三壳体115，所述输出轴120、动力齿轮组130及驱动器140均设置于所 述第三壳体115上，所述第一壳体111及所述第二壳体113均为中空结构，当所 述第一壳体111、第二壳体113与所述第三壳体115固定连接时，所述第一壳体 111与所述第三壳体115之间、所述第二壳体113与所述第三壳体115之间形成 收容输出轴120、动力齿轮组130及驱动器140的空间。所述第一壳体111、第 二壳体113与第三壳体115的固定连接可以是卡扣连接或螺钉连接，当然，还 可以是其他的固定连接方式，或者是多种固定连接方式的配合使用。

请继续参阅图3，在一些实施例中，所述第三壳体115向内延伸形成有一安 装板1151，所述安装板1151大体垂直于所述第三壳体115的侧壁，以使得所述 驱动器140的转轴及所述输出轴120的轴线平行于所述第三壳体115的多个侧 壁，保证输出轴120两端输出的平衡性，从而在将机器人的骨架固定于输出轴 120的两端时，便于机器人的姿势协调。具体的，所述安装板1151上设置有第 一安装槽115a及第二安装槽115b，所述第一安装槽115a用于安装驱动器140， 所述第二安装槽115b用于安装固定输出轴120。

可以理解，在其他的实施例中，所述壳体110也可以只包括第一壳体111 及第二壳体113，此时，所述安装板1151可以设置于所述第一壳体111上，也 可以设置于所述第二壳体113上。所述第一壳体111、第二壳体113及第三壳体 115还可以一体成型。

请继续参阅图4，在一些实施例中，所述输出轴120包括主轴121及传动齿 轮123，所述传动齿轮123与所述主轴121固定连接，且所述传动齿轮123大体 位于所述主轴121的正中间，以使得所述主轴121两端输出的扭力的平衡。所 述主轴121的两端各设置有一安装位121a，所述安装位121a外露于所述壳体 110，用于安装固定机器人的骨架。所述驱动器140驱动所述动力齿轮组130的 齿轮转动，带动所述传动齿轮123转动，进而带动所述主轴121转动，所述主 轴121转动时，主轴121两端的安装位121a同步转动，且两端输出的扭力基本 相等。在具体的实施例中，所述主轴121及所述传动齿轮123可以是一体成型。

所述输出轴120可以通过轴承固定连接于所述安装板1151，且当所述输出 轴120固定连接于所述安装板1151时，所述传动齿轮123收容于所述第二安装 槽115b内，且所述安装板1151所在的平面为所述主轴121的垂直平分面。通 过轴承连接固定，可以在实现固定的同时减小主轴121与安装板1151之间的摩 擦阻力。

所述动力齿轮组130包括多个齿轮，两个齿轮之间相互啮合实现齿轮传动， 每个齿轮均包括一大齿轮131及一小齿轮133，且相邻的两个齿轮之间大齿轮 131与小齿轮133相啮合，通过小齿轮133带动大齿轮131，达到减速的目的， 避免了动力齿轮组130对驱动器140的驱动反应过于灵敏，有利于输出轴120 的精细输出控制。

所述驱动器140可以舵机或电机，所述驱动器140包括一转轴，转轴上设 置有转动齿轮141，且所述转动齿轮141与动力齿轮组130的其中一个大齿轮 131啮合，实现传动连接。

请继续参阅图5及图6，所述角度反馈齿轮153组150包括一传递齿轮151 和一反馈齿轮153，所述传递齿轮151固定连接于所述输出轴120的主轴121， 并随着所述输出轴120的转动而转动，所述反馈齿轮153与所述传递齿轮151 相啮合，并跟随所述传递齿轮151的转动而转动，所述传递齿轮151及所述反 馈齿轮153共同完成所述输出轴120的当前转动角度的传递，再由所述反馈齿 轮153与所述角度测量组件160相配合完成输出轴120的转动角度测量及控制。

所述角度测量组件160包括磁性件161及磁编码器163，所述磁性件161设 置于所述反馈齿轮153上，并随着所述反馈齿轮153的转动而转动，所述磁编 码器163通过探测所述磁性件161的角度，从而实现输出轴120的转动角度的 测量，通过磁编码器163与磁性件161的配合，可以实现0°～360°全角度测量。 磁编码器163测量的输出轴120的转动角度被用于控制驱动器140的输出，从 而实现输出轴120的转动角度调节。

在一些实施例中，所述磁编码器163与所述磁性件161对应设置。示例性 的，为了实现磁编码器163与磁性件161的感应精度，所述磁性件161固定于 所述反馈齿轮153的转轴上，所述磁编码器163正对所述磁性件161设置。

在一具体的实施例中，所述反馈齿轮153的面向所述磁编码器163的端面 设置有凹槽1531，所述凹槽1531对应所述反馈齿轮153的转轴设置，即所述凹 槽153与所述反馈齿轮153的转轴同轴，所述磁性件161收容于所述凹槽1531 内，并跟随反馈齿轮153的转动而转动。通过将磁性件161收容于凹槽1531内， 从而使得磁性件161在转动时与磁编码器163的位置保持相对固定，避免了磁 性件161在转动时与磁编码器163位置变化带来的感应精度变化，更有利于输 出轴120的双输出控制。

所述机器人双输出关节伺服10还包括PCB板170，所述磁编码器163设置 于所述PCB板170上。

上述机器人双输出关节伺服10，通过输出轴120实现了双边输出，平衡了 输出轴120两端的扭力，有利于机器人的整体运动控制，进一步通过角度测量 组件160实现了°～360°全角度测量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人双输出关节伺服，其特征在于，包括：

壳体，内设有一容纳腔；

驱动器，收容于所述容纳腔内，用于输出驱动；

动力齿轮组，收容于所述容纳腔内，与所述驱动器传动连接；

输出轴，在所述容纳腔内被安装固定，包括主轴及传动齿轮，所述传动齿轮与所述主轴固定连接，所述主轴的两端各设置有一安装位，所述安装位外露于所述壳体，用于安装固定机器人的骨架；

角度反馈齿轮组，固定连接于所述输出轴，随着所述输出轴的转动而转动；及

角度测量组件，包括磁性件及磁编码器，所述磁性件设置于所述角度反馈齿轮组上，并随着所述角度反馈齿轮组的转动而转动，所述磁编码器通过探测所述磁性件的角度，从而实现所述输出轴的转动角度的测量。

2.根据权利要求1所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述角度反馈齿轮组包括一传递齿轮和一反馈齿轮，所述传递齿轮固定连接于所述输出轴的主轴，并随着所述输出轴的转动而转动，所述反馈齿轮与所述传递齿轮相啮合，并跟随所述传递齿轮的转动而转动，所述传递齿轮及所述反馈齿轮共同完成所述输出轴的当前转动角度的传递。

3.根据权利要求1所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述主轴及所述传动齿轮一体成型。

4.根据权利要求1所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述传动齿轮位于所述主轴的正中间。

5.根据权利要求4所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述壳体包括第一壳体、第二壳体及第三壳体，所述第一壳体固定连接于所述第三壳体，所述第二壳体固定连接于所述第三壳体，所述输出轴、动力齿轮组及驱动器均设置于所述第三壳体上，所述第三壳体向内延伸形成有一安装板，且所述安装板所在的平面为所述主轴的垂直平分面。

6.根据权利要求5所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述安装板上设置有第一安装槽及第二安装槽，所述第一安装槽用于安装所述驱动器，所述第二安装槽用于安装固定所述输出轴。

7.根据权利要求6所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述驱动器的转轴及所述输出轴的轴线平行于所述第三壳体的多个侧壁。

8.根据权利要求6或7所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述输出轴通过轴承固定连接于所述安装板。

9.根据权利要求8所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，当所述输出轴固定连接于所述安装板时，所述传动齿轮收容于所述第二安装槽内。

10.根据权利要求1所述的机器人双输出关节伺服，其特征在于，所述动力齿轮组包括多个齿轮，两个齿轮之间相互啮合实现齿轮传动，每个齿轮均包括一大齿轮及一小齿轮，且相邻的两个齿轮之间大齿轮与小齿轮相啮合。