CN108453725A - 机器人及其传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机器人及其传动装置，其传动装置包括：由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴的一端部并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；由旋转体带动而转动的输出轴，所述旋转体设在所述输出轴的一端部，所述蜗轮的端面上设有第一磁铁，所述第一磁铁与所述旋转体相互吸引。本发明的机器人及其传动装置解决了现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

Description

机器人及其传动装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人及其传动装置。

背景技术

机器人的旋转功能在机器人活动中起到至关重要的作用，例如机器人的摄像头、投影模组、显示屏等角度调节，其主要是通过机器人关节中的电机和减速设备构成传动装置(如舵机)实现角度的调节。

舵机一般通过直流电机经过齿轮减速，实现扭矩输出，舵机可以在一定角度范围内旋转，通过电位器检测当前位置，实现闭环控制。但是输出轴需要保持一特定角度时，必须实时输出扭矩，此时直流电机需保持实时运转，易造成噪声较大；另外当需输出的扭矩过大时，直流电机的负载过大，导致电流增大，会烧坏直流电机；再者舵机的直流电机和输出轴之间会相互约束，使其不能人工干预旋转。

简言之，现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

发明内容

本发明提供一种机器人及其传动装置，用以解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

一个方面，本发明提供了一种传动装置，其包括：

由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴的一端部并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；

由旋转体带动而转动的输出轴，所述旋转体设在所述输出轴的一端部，所述蜗轮的端面上设有第一磁铁，所述第一磁铁与所述旋转体相互吸引。

进一步地，所述第一磁铁为圆环磁铁，所述旋转体为设在所述圆环磁铁内部的螺线管。

进一步地，所述第一磁铁为圆形磁铁，所述旋转体为与所述圆形磁铁相对的第二磁铁。

进一步地，所述圆形磁铁和所述第二磁铁均被分成多个磁极对，且所述圆形磁铁和所述第二磁铁的磁极对数相同。

进一步地，所述传动装置还包括壳体，所述壳体包括上盖、下盖以及立壁；

所述上盖和所述下盖为圆形结构，所述立壁连接在所述下盖外周并向所述上盖延伸，所述上盖盖设在所述立壁上；

所述输出轴远离所述旋转体的端部连接在所述上盖的中心；

所述上盖在所述输出轴转动的带动下相对所述立壁转动。

进一步地，所述电机设在所述下盖上，所述连接轴远离所述蜗轮的端部在所述下盖上，所述连接轴相对于所述下盖转动。

进一步地，所述立壁远离所述下盖的端部的内侧设有母止口，所述母止口内设有垫片，所述上盖设在所述母止口内的所述垫片上。

进一步地，所述传动装置还包括第一轴承，所述第一轴承设在所述连接轴远离所述蜗轮的端部，所述第一轴承的内圈与所述连接轴远离所述蜗轮的端部连接，所述第一轴承的外圈与所述下盖连接。

进一步地，所述传动装置还包括第二轴承以及轴承架，所述轴承架设在所述下盖上，所述第二轴承的外圈连接在所述轴承架上，所述蜗杆的端部固定连接在所述第二轴承的内圈内。

另一个方面，本发明并提供了一种机器人，其包括以上任一项所述的传动装置。

本发明提供的机器人及其传动装置与现有技术相比，至少具有以下优点：

1、通过具有自锁功能的涡轮蜗杆输出扭矩，使得所输出的扭矩在电机停转时可以保持，避免因电机持续转动而造成较大的噪声；

2、在涡轮蜗杆和输出轴之间增设相互吸引的旋转体和第一磁铁，在输出轴的负载较大时旋转体和第一磁铁之间可相互分离，避免电机的电流过大而烧坏电机，起到过载保护的作用；

3、旋转体和第一磁铁之间可相互分离，在通过人工输出扭矩时不至于对蜗轮蜗杆造成损害，增加传动装置的人工干预性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种传动装置的一爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种传动装置的又一爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种传动装置的第一磁铁、旋转体以及输出轴的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种传动装置的又一爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种传动装置的第一磁铁以及第二磁铁的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种传动装置的一剖面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种传动装置的又一剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”或“电性连接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其它装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例一

为解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题，本发明第一实施例提供了一种传动装置，请参考图1，所述传动装置包括电机10、蜗杆20、蜗轮30、旋转体40、连接轴50、输出轴60以及第一磁铁70。

其中，所述蜗轮20由所述电机10驱动，在这里，所述蜗轮20连接在所述电机10的转轴上，其连接方式包括但不限定于是焊接、轴上键固定的形式，所述蜗轮20与所述电机10的转轴同轴转动；所述蜗轮30套设在所述连接轴50的端部，在这里所述蜗轮30和所述连接轴50之间的连接形式包括但不限定于是通过轴上键固定或者焊接等形式，所述蜗轮30和所述连接轴50之间相对固定，两者共同转动；所述蜗轮30和所述蜗杆20啮合，且所述蜗杆20的导程角小于所述蜗轮30的当量摩擦角，在这里所述蜗轮30和所述蜗杆20相互接触的面上分别具有相互啮合的齿牙，使得蜗轮30和所述蜗杆20相互啮合，由于所述蜗杆20上齿牙的导程角小于所述蜗轮30上齿牙的当量摩擦角，在这里只可以所述蜗杆20作为主动件，而所述蜗轮30作为从动件，即只能由所述蜗杆20带动所述蜗轮30转动，而不能由所述蜗轮30带动所述蜗杆20转动；简言之，本实施例所使用的所述蜗轮30和所述蜗杆20结构具有自锁功能。

所述蜗轮30的端面上设有所述第一磁铁70，具体地，所述第一磁铁70设置在未有所述连接轴50穿过的端面上，且所述第一磁铁70跟随所述蜗轮30在所述蜗杆20的带动下和所述连接轴50做同轴转动。

所述旋转体40设在所述输出轴60的一端部，所述旋转体40带动所述输出轴60转动，具体地，所述输出轴60的两个端部分别连接所述旋转体40和机器人的待旋转设备，所述旋转体40、所述输出轴60以及所述待旋转设备做同轴转动，这里的待旋转设备包括但不限定于是摄像头、投影模组、显示屏等，通过所述输出轴60的扭矩输出，进而实现所述待旋转设备角度的变化。

所述旋转体40和所述第一磁铁70相对，且所述旋转体40和所述第一磁铁70之间相互吸引。在这里，依靠所述旋转体40和所述第一磁铁70之间的相互吸引力，所述第一磁铁70的转动可以带动所述旋转体40转动，所述旋转体40又可以带动所述输出轴60转动，进而完成所述输出轴60的扭矩输出，带动所述待旋转设备转动，完成所述待旋转设备角度的变化。

当所述待旋转设备达到预定的角度时，由于所述蜗杆20和所述蜗轮30的自锁特性，所述蜗轮30不能带动所述蜗杆20转动，所述输出轴60不需要持续输出扭矩便可以使得所述待旋转设备保持上述的预定的角度，此时便可以对所述电机10断电，使其停止工作，一方面可以避免所述电机10转动带来的噪声，另一方面还可以避免所述电机10转动带来机器人的抖动。

另外，所述电机10负载时，即转动所述待旋转设备所需的扭矩会比较大，即带动所述输出轴60以及所述旋转体40转动的作用力会比较大，此作用力会超过所述旋转体40和所述第一磁铁70之间的吸引力，此时所述蜗轮30不会带动所述旋转体40一起转动，但所述蜗轮30可以自己转动，即所述电机10仅带动所述蜗杆20和所述蜗轮30转动，实际上并没有负载，避免了所述电机10在负载情况下因电流变大而烧坏所述电机10，对所述电机10起到过载保护的作用。

再者，当要人工转动所述待旋转设备时，所述输出轴60以及所述旋转体40便会跟随转动，而所述旋转体40的转动势必会带动所述蜗轮30的转动，由于所述蜗杆20和所述蜗轮30具有自锁特性，所述蜗轮30不能带动所述蜗杆20转动，即在所述蜗杆20不转动时所述蜗轮30会保持静止状态，伴随着人工对所述待旋转设备的旋转力逐渐加大时，即所述旋转体40和所述蜗轮30之间的作用力也会逐渐加大，当此作用力超过所述旋转体40和所述第一磁铁70之间的吸引力时，所述待旋转设备、所述输出轴60以及所述旋转体40便会转动，完成所述待旋转设备角度的变化，而此时所述第一磁铁70、所述蜗轮30、所述蜗杆20以及所述电机10却保持静止状态，如此在所述电机10、所述蜗杆20以及所述蜗轮30不转动的情况下通过人工干预旋转实现了所述待旋转设备角度的变化，避免了因所述蜗杆20和所述蜗轮30的自锁特性在人工转动所述待旋转设备时对所述蜗杆20和所述蜗轮30造成损坏，增强所述机器人的人工干预旋转性能。

请参考图2以及图3，在本发明一个较佳的实施例中，所述第一磁铁70为圆环磁铁710，所述旋转体40为设在所述圆环磁铁710内部的螺线管410。具体地，所述圆环磁铁710设置在未有所述连接轴50穿过的端面上，其设置方式包括粘接、磁铁架固定等形式，所述圆环磁铁710被分为至少一个磁极对，在本发明其他较佳的实施例中，为增强所述圆环磁铁710的磁场力大小以及磁力的均匀性，所述圆环磁铁710被分为多个磁极对；所述螺线管410穿设于所述输出轴60远离所述待旋转设备的端部，并悬置于所述圆环磁铁710的环形结构的内部，所述螺线管410通电后，在磁场力的作用下与所述圆环磁铁710相互吸引，在所述圆环磁铁710的转动时，所述螺线管410便跟随转动，进而带动所述输出轴60以及所述待旋转体转动。

另外，请参考图4以及图5，在本发明另一个较佳的实施例中，所述第一磁铁70为圆形磁铁720，所述旋转体40为与所述圆形磁铁720相对的第二磁铁420。所述圆形磁铁720设置在未有所述连接轴50穿过的端面上，其设置方式包括粘接、紧固件固定等形式，所述第二磁铁420设置在所述输出轴60远离所述待旋转设备的端部，并与所述圆形磁铁720相对，依靠所述圆形磁铁720和所述第二磁铁420之间的吸引力，在所述圆形磁铁720转动时，所述第二磁铁420便跟随转动，进而带动所述输出轴60以及所述待旋转体转动。

进一步地，所述圆形磁铁720和所述第二磁铁420均被分成多个磁极对，且所述圆形磁铁720和所述第二磁铁420的磁极对数相同。在这里，所述圆形磁铁720和所述第二磁铁420均被分割成多个磁极对，被分割的磁极对数相同，且所述圆形磁铁720和所述第二磁铁420的相对的磁极为相互吸引的磁极，此种设计可以增强两者之间的磁场力大小以及磁力的均匀性，使两者在共同转动时更加稳定。

另外，请结合图4以及图6，所述传动组件还包括壳体80，所述壳体包括上盖810、下盖820以及立壁830。所述上盖810和所述下盖820为圆形结构，所述立壁830连接在所述下盖820外周并向所述上盖810延伸，所述上盖810盖设在所述立壁830上；所述输出轴60远离所述旋转体40的端部连接在所述上盖810的中心8101；所述上盖810在所述输出轴60转动的带动下相对所述立壁830转动。

具体地，所述壳体80可看作一个中空的圆柱体结构，中部腔体用于容纳以上传动装置的各个部件，所述上盖810和所述下盖820分别为圆柱体结构的上下底面，所述立壁830为圆柱体结构的柱身，所述上盖810盖设在所述立壁830上，并可以相对于所述立壁830转动；在这里，所述输出轴60远离所述旋转体40的端部与所述上盖810的中心8101连接，当所述输出轴60转动时，便可以带动所述上盖810相对于所述立壁830转动，所述上盖810上设置所述带旋转设备，进而带动所述待旋转设备转动，完成所述待旋转设备角度的变化。

进一步地，为了减小所述上盖810相对于所述立壁830转动时所述上盖810和所述立壁830之间的摩擦力，在所述立壁830远离所述下盖820的端部的内侧设有母止口8301，所述母止口8301内设有垫片840，所述上盖810设在所述母止口8301内的所述垫片840上。更进一步地，所述垫片840为特氟龙垫片，所述特氟龙垫片具有较小的摩擦系数，在所述上盖810相对于所述立壁830转动时，可进一步的减小所述上盖810和所述立壁830之间的摩擦力，提升所述上盖810相对于所述立壁830转动的顺畅度和平稳性。

另外，所述电机10设在所述下盖820上，所述连接轴50远离所述蜗轮30的端部在所述下盖820上，所述连接轴50相对于所述下盖820转动。在这里，所述连接轴50的两个端部一端连接所述蜗轮30，另一端连接在所述下盖820上，对所述蜗轮30起到支撑作用，所述连接轴50相对于所述下盖820转动。

进一步地，在本发明其他较佳的实施例中，所述传动装置还可以选择性的加入轴承组件90，所述轴承组件90包括第一轴承910、第二轴承920以及轴承架930。

所述第一轴承910设在所述连接轴60远离所述蜗轮30的端部，所述第一轴承910的内圈与所述连接轴60远离所述蜗轮30的端部连接，所述第一轴承910的外圈与所述下盖820连接。在这里，通过所述第一轴承910的设置可以提升所述连接轴50相对所述下盖820转动的顺畅度。

所述轴承架930设在所述下盖820上，所述第二轴承920的外圈连接在所述轴承架930上，所述蜗杆20的端部固定连接在所述第二轴承820的内圈内。需要指出的是本实施例中可以是所述蜗杆20的一个端部设置所述第二轴承920，也可以是所述蜗杆20的两个端部都设置所述第二轴承920，在这里，通过所述第二轴承920的设置一方面可以起到对所述蜗杆20起到支撑作用，另一方面可以提升所述蜗杆20转动的顺畅性。

以上实施例中介绍了所述壳体80的上盖810上设置所述带旋转设备，所述上盖810相对所述立壁830转动的情况，下面介绍一种本发明的另一种实现形式，所述带旋转设备直接设置在所述输出轴60远离所述旋转体40的端部，所述上盖810不会相对于所述立壁830转动的情况，具体地，请参考图7，所述上盖810、所述下盖以及所述立壁830所围合的结构包括但不限定于是长方体结构；所述上盖810上开设有通孔8102，所述输出轴60远离所述旋转体40的端部穿过所述通孔8102显露于所述上盖810上方，以便于连接以上实施例中的所述待旋转设备，所述输出轴60相对所述上盖810转动在所述通孔8102内转动。当所述输出轴60在所述旋转体10的带动下转动时，所述输出轴60带动所述待旋转设备转动，进而实现所述待旋转设备角度的变化。

更进一步地，所述轴承组件90还包括第三轴承940，所述第三轴承940设在所述通孔8102内，所述第三轴承940的外圈连接在所述输出孔8102的孔壁上，所述输出轴60固定连接在所述第三轴承940的内圈内，在这里，通过所述第三轴承940的设置一方面可以对所述输出轴60起到承托作用，另一方面可以提升所述输出轴60相对所述上盖810转动的顺畅度。

实施例二

为解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题，本发明第二实施例提供了一种机器人，所述机器人包括以上第一实施例中的传动装置，所述传动装置设置在所述机器人内，所述传动装置的输出轴连接所述机器人的待旋转设备。对于所述传动装置的详细结构，请参考以上实施例的描述，在此不予赘述。

需要说明的是，在结构不相冲突的情况下，上述各实施例中提及的各部分的结构可相互组合，为避免重复，组合后获得的技术方案在此不再赘述，但组合后获得的技术方案也应属于本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种传动装置，其特征在于，包括：

由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴的一端部并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；

由旋转体带动而转动的输出轴，所述旋转体设在所述输出轴的一端部，所述蜗轮的端面上设有第一磁铁，所述第一磁铁与所述旋转体相互吸引。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一磁铁为圆环磁铁，所述旋转体为设在所述圆环磁铁内部的螺线管。

3.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一磁铁为圆形磁铁，所述旋转体为与所述圆形磁铁相对的第二磁铁。

4.根据权利要求3所述的传动装置，其特征在于，所述圆形磁铁和所述第二磁铁均被分成多个磁极对，且所述圆形磁铁和所述第二磁铁的磁极对数相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的传动装置，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括上盖、下盖以及立壁；

所述上盖和所述下盖为圆形结构，所述立壁连接在所述下盖外周并向所述上盖延伸，所述上盖盖设在所述立壁上；

所述输出轴远离所述旋转体的端部连接在所述上盖的中心；

所述上盖在所述输出轴转动的带动下相对所述立壁转动。

6.根据权利要求5所述的传动装置，其特征在于，

所述电机设在所述下盖上，所述连接轴远离所述蜗轮的端部在所述下盖上，所述连接轴相对于所述下盖转动。

7.根据权利要求5所述的传动装置，其特征在于，所述立壁远离所述下盖的端部的内侧设有母止口，所述母止口内设有垫片，所述上盖设在所述母止口内的所述垫片上。

8.根据权利要求6所述的传动装置，其特征在于，还包括第一轴承，所述第一轴承设在所述连接轴远离所述蜗轮的端部，所述第一轴承的内圈与所述连接轴远离所述蜗轮的端部连接，所述第一轴承的外圈与所述下盖连接。

9.根据权利要求6所述的传动装置，其特征在于，还包括第二轴承以及轴承架，所述轴承架设在所述下盖上，所述第二轴承的外圈连接在所述轴承架上，所述蜗杆的端部固定连接在所述第二轴承的内圈内。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的传动装置。