CN108638075A - 一种舵机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舵机，包括外壳、安于所述外壳内的驱动机构、传动机构、位置检测器，所述驱动机构包括电机，所述位置检测器通过所述传动机构与所述的电机传动连接，所述的外壳包括输出轴通孔，所述的外壳内还装有力矩检测机构；所述的力矩检测机构包括扭矩传感器，所述的扭矩传感器通过所述传动机构与所述的电机传动连接；所述的扭矩传感器包括输出轴，所述的输出轴通过所述的输出轴通孔伸出所述的外壳外。该舵机在普通舵机的基础上增加了力矩检测机构，使舵机具有力矩检测或力反馈功能并便于模块化、集成化、小型化。
Description
技术领域
本发明属于舵机技术领域，具体涉及一种舵机。
背景技术
市面上现有的舵机主要由外壳、电路板、马达、齿轮组及位置检测器等零部件构成，这些舵机都不带力矩检测机构，已不利于性能要求高的智能机器人装备，特别是要求具有力反馈功能和力矩检测功能的机器人的装备，而现有的公开技术文献中带有力矩检测机构的舵机装置都是分散型没有整体外壳的，这种舵机装置都有体积大、集成度低、不便于模块化的缺点，无法满足目前小型化、模块化、高集成的机器人结构安装要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有力矩检测机构的集成度高的便于模块化、小型化的舵机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种舵机，包括外壳、安于所述外壳內的驱动机构、传动机构、位置检测器、力矩检测机构，所述驱动机构包括电机，所述的力矩检测机构包括扭矩传感器，所述位置检测器、扭矩传感器通过所述的传动机构与所述的电机传动连接，所述的外壳包括输出轴通孔，所述的扭矩传感器包括输出轴，所述的输出轴通过所述的输出轴通孔伸出所述的外壳外。
进一步地，所述的电机包括转轴，所述电机的转轴的输出方向与所述的扭矩传感器的输出轴的输出方向相反设置。
进一步地，所述的外壳包括上腔体和下腔体；所述的电机、扭矩传感器设置于所述下腔体上，所述的传动机构设置于所述上腔体上。
进一步地，所述的外壳包括中盖、安装在所述中盖上端的顶盖及安装在所述中盖下端的底盖。
进一步地，所述的上腔体设置在所述中盖和所述顶盖间；所述下腔体设置在所述中盖和底盖间。
进一步地，所述扭矩传感器为静态扭矩传感器。
进一步地，所述扭矩传感器为动态扭矩传感器。
进一步地，所述传动机构为减速传动机构。
本发明的有益效果是：
所述舵机在普通舵机的基础上增加了力矩检测机构，使舵机具有力矩检测或力反馈功能并便于模块化、集成化、小型化。
附图说明
图1为本发明第一个实施例所提供一种舵机的结构示意图。
图2为本发明第一个实施例中的舵机剖面示意图。
图3为本发明第一个实施例中的舵机分解示意图。
图4为本发明第一个实施例中的舵机俯视图。
图5为本发明第一个实施例中的舵机仰视图。
图6为本发明第一个实施例中的中盖结构示意图。
图7为本发明第一个实施例中的驱动机构结构示意图。
图8为本发明第一个实施例中传动机构的第一齿轮、第二齿轮、轴第三齿、第一转、第二转轴分解示意图。
图9为本发明第一个实施例中传动机构的输出轴总成分解示意图。
图10为本发明第一个实施例中的位置检测器和力矩检测机构结构示意图。
图11为本发明第二个实施例中的舵机剖面示意图。
图12为本发明第二个实施例中的位置检测器和力矩检测机构结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明给出两个具体实施例，以下结合附图及两个实施例，对本发明进行进一步详细说明。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：
第一个实施例
请参阅图1-6，本发明第一个实施例提供一种舵机，包括外壳10、驱动机构20、传动机构30、位置检测器40、力矩检测机构50，在本实施例中，所述外壳10包括顶盖11、中盖12及底盖13，所述中盖12上下两端面上分别开设了中盖上端面螺孔123、中盖下端面螺孔(图中未出)，所述顶盖11上设有顶盖通孔111，螺丝113穿过顶盖通孔111后与所述中盖上端面螺孔123螺纹连接，从而将所述顶盖11固定在所述中盖12的下端面上，所述底盖13上设有底盖通孔131，螺丝135穿过该底盖通孔131后与所述中盖下端面螺孔螺纹连接，从而将所述底盖13固定在所述中盖12的下端面上。采用以上技术方案后，不仅便于所述舵机的拆卸及安装，而且可以使得固定更加牢固。
请参阅图7，所述驱动机构20包括电路板22及设置在电路板22上的电机21，所述电机21包括电机本体211及从电机本体211延伸而出的转轴212，在本实施例中，所述电机本体211直接焊接在所述电路板22上，进一步提高了所述下腔体122结构空间的利用，也使得整个力矩舵机的结构更加紧凑。
请参阅图1-6，所述中盖12与顶盖11之间设有上腔体121，所述的中盖12与底盖13之间设有下腔体122，所述驱动机构20、位置检测器40、力矩检测机构50安装于所述下腔体122上，所述传动机构30安装于上腔体121上；且所述位置检测器40、力矩检测机构50通过所述传动机构30与所述驱动机构20传动连接。这样可以有效的缩减所述舵机的整体尺寸，同时使得所述舵机的机构更加紧凑，而且便于所述舵机的安装及维护。
请参阅图3、图8、图9所述传动机构30包括第一齿轮31、第二齿轮32、第三齿轮33、第一转轴34、第二转轴35和输出轴总成36。
请参阅图8，所述第一齿轮31、第二齿轮32及第三齿轮33均为阶梯齿轮，所述第一齿轮31上设有第一下齿轮311、设置在第一下齿轮311上的第一上齿轮312及贯穿所述第一下齿轮311与第一上齿轮312的第一通孔313，所述第二齿轮32上设有第二下齿轮321、第二上齿轮322及贯穿第二下齿轮321与第二上齿轮322的第二通孔324，所述第三齿轮33上设有第三下齿轮331、设置在所述第三下齿轮331上方的第三上齿轮332及贯穿第三下齿轮331与第三上齿轮332的第三通孔333，所述第一齿轮31与第三齿轮33均通过所述第一转轴34可转动安装于上腔体121上，且所述第一下齿轮311与所述驱动机构20传动连接，所述第二齿轮32通过所述第二转轴35可转动安装于所述上腔体121上，所述第二下齿轮321与所述第一上齿轮312啮合连接，所述第二上齿轮322与所述第三上齿轮332啮合连接，所述第三下齿轮331与所述输出轴总成36传动连接。采用以上技术方案后，使得整个力反馈舵机的结构更加紧凑，缩减了力矩舵机的整体尺寸。
请参阅图6-8，所述上腔体121上分别设有第一转轴孔124、第二转轴孔125，所述第一转轴34安装于所述第一转轴孔124上，所述第二转轴35安装于所述第二转轴孔125，在本实施例中，所述电机21安装于所述第二转轴孔125的下方，且所述电机转轴212与所述第二转轴35位于同一轴线上，所述电机转轴212上设有驱动齿轮213，所述驱动齿轮213与所述第一下齿轮311啮合，优选的，所述驱动齿轮213及所述第一下齿轮311均为斜纹齿轮。在这里不难看出所述电机21的转轴212输出方向为向上设置。采用以上技术方案，由于电机转轴212在所述第二转轴35的同一轴线上，再一次缩减所述舵机的整体尺寸，而且使得力矩舵机的机构更为紧凑。
请参阅图6-8，在本实施例中，所述第一下齿轮311的齿数大于所述第一上齿轮312的齿数，所述第二下齿轮321的齿数大于第二上齿轮322的齿数，所述第三下齿轮331的齿数小于所述第三上齿轮332的齿数，且所述第一下齿轮311的齿数大于所述驱动齿轮213的齿数，从而有效的降低了所述舵机的输出转速及噪音的减少，并提高了所述舵机的输出转矩。
请参阅图8-9，所述第二下齿轮321上还设有齿轮凸台323，所述第二上齿轮322通过该齿轮凸台323设置在所述第二下齿轮321上，为所述输出齿轮411与第三下齿轮331的传动提供了有效的空间，堤高了所述第三下齿轮331的强度，更使得所述力矩舵机的整体结构更为紧凑。
请参阅图2-9，所述输出轴总成36包括输出轴361及两个轴承362、363，所述输出轴361上分别设有输出轴齿轮3611及轴承安装部3613、3614，所述轴承安装部3613、3614分别位于所述输出轴齿轮3611的两侧上，两个轴承362、363的内圈分别安装在所述轴承安装部3613、3614上；所述中盖12上设有中盖轴承槽127，所述顶盖11上设有顶盖轴承槽112，两个轴承362、363的外圈分别安装于所述顶盖轴承槽112及中盖轴承槽127上，所述输出轴齿轮3611与所述第三下齿轮331啮合连接，而且所述输出轴齿轮3611的齿数大于所述第三下齿轮331的齿数，再一次提高了所述舵机的输出转矩。采用以上技术方案后，不仅有效的将所述输出齿轮3611所承受的力矩分散到两侧轴承上，同时也提高了该输出齿轮3611的同轴度，降低了所述舵机的噪音，此外，便于所述输出轴361的安装与拆卸。
请参阅图2-10，所述输出轴361还包括输出轴D头3612，所述输出轴D头3612设置于输出轴齿轮3611下方，所述输出轴D头3612的上部分为位置检测器安装部36121、下部分为扭矩传感器安装部36122；所述的位置检测器40包括本体42和于本体42中间的内环41，在本实施例中，所述的位置检测器40是电阻式角度传感器，所述的內环41的接口为D型接口；所述的输出轴D头3612为D型头，并且所述的內环41的D型接口与所述的输出轴D头3612互相吻合；所述的中盖12还包括位置检测器安装槽128，所述的内环41安装在所述的位置检测器安装部36121上，所述的本体42安装在位置检测器安装槽128内。采用以上技术方案可增加了输出轴总成36与位置检测器40的同轴度，便于所述位置检测器40的装拆。
请参阅图2-10，所述力矩检测机构50包括扭矩传感器51和轴承52，在本发明第一实施例中所述的扭矩传感器51为静态扭矩传感器，所述扭矩传感器51包括扭矩传感器本体511和在所述的扭矩传感器本体511中伸出的输出轴512，在本发明第一实施例中，所述的扭矩传感器本体511上端面设置有用于连接所述的输出轴D头3612的扭矩传感器输入端头513，所述的扭矩传感器输入端头513的开口为D型开口并且与所述的输出轴D头3612吻合，所述输出轴512的上半部为轴承安装部5121，下半部为输出轴前端头5122；所述底盖13还包括底盖轴承糟133和输出轴通孔132；所述的扭矩传感器输入端头513安装在扭矩传感器安装部36122上，所述的扭矩传感器51与输出轴361为同轴连接并可转动的设置在下腔体122内，所述的轴承52外圈安装在所述底盖轴承糟133上，所述的轴承52內圈安装在所述轴承安装部5121上，所述的输出轴前端头5122通过所述的输出轴通孔132伸出所述外壳10外。在这里不难看出所述扭矩传感器51的输出轴512的输出方向为向下设置。通过以上技术方案使市面上普通结构的舵机在原有的基础上不作很大的改动就能加装上力矩检测机构，从而使普通舵机具有力反馈功能和力检测功能。
请参阅图2-10，不难看出所述电机21的转轴212输出方向与所述扭矩传感器61的输出轴612的输出方向是相反设置的，正因为采用这样的设置方案使整个舵机不由增加了力矩检测机构还节省空间使舵机更小型化、更集成化。
第二个实施例
请参阅图9、11、12，本发明第二个实施例与第一个实施例只有所述的力矩检测机构50不同，在此只对两个实施例中不同之处加以说明，相同之处请参阅上例，所述力矩检测机构50包括扭矩传感器51和轴承52，在本发明第二个实施例中所述的扭矩传感器51为动态扭矩传感器；所述扭矩传感器51包括扭矩传感器本体511和在所述的扭矩传感器本体511中伸出的输出轴512和扭矩传感器输入轴513，所述的扭矩传感器输入轴513上端面设置有用于连接所述的输出轴D头3612的输入端头514，所述的输入端头514的开口为D型开口并且与所述的输出轴D头3612吻合，所述输出轴512的上半部为轴承安装部5121，下半部为输出轴前端头5122；所述底盖13还包括底盖轴承糟133和输出轴通孔132，所述的中盖12还包括扭矩传感器安装部129；所述的输入端头514安装在扭矩传感器安装部36122上，所述的扭矩传感器51与输出轴361为同轴连接，所述的扭矩传感器本体511安装于所述的扭矩传感器安装部129上，所述的轴承62外圈安装在所述底盖轴承糟133上，所述的轴承62內圈安装在所述轴承安装部5121上，所述的输出轴前端头5122通过所述的输出轴通孔132伸出所述外壳10外。通过以上技术方案同样能实现本发明的发明目的。
本发明的工作过程如下：请参阅图2，工作时，电路板22通电、扭矩传感器61通电，电路板22正常工作，电路板22给位置检测器40供电，当上位机给电路板22一个角度信号时，电路板22对这一角度信号与位置检测器40检测到的角度信号进行比较并生成相应的驱动电压供给电机21，电机21转动，带动传动机构30转动，传动机构30转动带动位置检测器40的內环41转动，內环41转动使位置检测器40检测到输出轴361所处的角度位置并生成电信号反馈给电路板22对电机21进行位置伺服控制，同时传动机构30转动也带动扭矩传感器51转动，这时如果输出轴前端头5122接有力负载扭矩传感器51就检测到该负载力并输出相应的电信号送回上位机。通过以上技术方案使，使普通舵机具有力反馈功能和力检测功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用于限制本发明，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，均应包括在本发明保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种舵机，包括外壳(10)、安于所述外壳(10)內的驱动机构(20)、传动机构(30)、位置检测器(40)，所述驱动机构(20)包括电机(21)，所述位置检测器(40)通过所述传动机构(30)与所述的电机(21)传动连接，所述的外壳(10)包括输出轴通孔(132)，其特征在于：所述的外壳(10)内还装有力矩检测机构(50)；所述的力矩检测机构(50)包括扭矩传感器(51)，所述的扭矩传感器(51)通过所述传动机构(30)与所述的电机(21)传动连接；所述的扭矩传感器(51)包括输出轴(512)，所述的输出轴(512)通过所述的输出轴通孔(132)伸出所述的外壳(10)外。
2.如权利要求1所述的一种舵机，其特征在于：所述的电机(21)包括转轴(212)，所述电机(21)的转轴(212)的输出方向与所述的扭矩传感器(51)的输出轴(512)的输出方向相反设置。
3.如权利要求2所述的一种舵机，其特征在于：所述的外壳(10)包括上腔体(121)和下腔体(122)；所述的电机(21)、扭矩传感器(51)设置于所述下腔体(122)上，所述的传动机构(30)设置于所述上腔体(121)上。
4.如权利要求3所述的一种舵机，其特征在于：所述的外壳(10)包括中盖(12)、安装在所述中盖(12)上端的顶盖(11)及安装在所述中盖下端的底盖(13)。
5.如权利要求4所述的一种舵机，其特征在于：所述的上腔体(121)设置在所述中盖(12)和所述顶盖(11)间；所述下腔体(122)设置在所述中盖(12)和底盖(13)间。
6.如权利要求2或3或4或5所述的舵机，其特征在于：所述扭矩传感器(61)为静态扭矩传感器。
7.如权利要求2或3或4或5所述的舵机，其特征在于：所述扭矩传感器(61)为动态扭矩传感器。
8.如权利要求6所述的舵机，其特征在于：所述传动机构(30)为减速传动机构。
9.如权利要求7所述的舵机，其特征在于：所述传动机构(30)为减速传动机构。
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