CN110098694A - 一种机器人关节电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机器人关节电机，涉及电机技术领域。包括定子、转子、电机轴和行星齿轮减速机构，所述转子与定子相对转动设置，所述电机轴与转子固定连接，所述行星齿轮减速机构设置在定子内侧，所述行星齿轮减速机构的动力输入端与电机轴连接，所述行星齿轮减速机构的动力输出端连接有输出连接单元。行星齿轮减速机构完全埋藏在电机定子内部，降低电机转速，增大电机扭矩，本发明实施例所描述的机器人关节电机厚度尺寸非常小，适用于多电机并列装配、安置在机器人关节处等。本发明实施例的机器人关节电机结构简单，适合于批量生产。扭矩密度大，应用范围宽泛。

Description

一种机器人关节电机

技术领域

本发明实施例涉及电机技术领域，具体涉及一种机器人关节电机。

背景技术

随着工业发展，人力成本越来越高，并且对于精细加工要求越来越高，以往的人工作业逐渐被机器人代替，而且很多高危险、高污染的行业也都逐渐采用机器人来代替人工工作。机器人想要实现各种动作，需要具备多个关节，在关节处安装关节电机，从而实现多维动作，越复杂的机器人，所需要的关节越多。

目前机器人关节电机零件较多，结构复杂，制造成本高，不利于量产，在安装至机器人的关节处时不方便。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种机器人关节电机，以解决现有技术中由于关节电机结构复杂而导致安装不方便、成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，该机器人关节电机包括定子、转子、电机轴和行星齿轮减速机构，所述转子与定子相对转动设置，所述电机轴与转子固定连接，所述行星齿轮减速机构设置在定子内侧，所述行星齿轮减速机构的动力输入端与电机轴连接，所述行星齿轮减速机构的动力输出端连接有输出连接单元。

进一步地，所述的行星齿轮减速机构包括太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架，太阳轮与电机轴固定连接，行星轮固定在行星架上，行星架转动设置在内齿圈的内侧，内齿圈与定子相对固定，行星轮啮合在太阳轮与内齿圈之间，行星架与输出连接单元连接。

进一步地，所述的输出连接单元为输出法兰轴，行星架与输出法兰轴一体固定连接。

进一步地，所述的电机轴同轴设置在行星架内侧，在电机轴与行星架之间设有行星架轴承。

进一步地，所述的转子包括转子磁轭、转子磁瓦和转子上盖，转子磁瓦固定在转子磁轭内侧，转子磁轭与转子上盖的圆周固定连接，电机轴与转子上盖固定连接；所述定子包括设置在转子内侧的定子铁芯，定子铁芯下侧固定有定子底座。

进一步地，所述的机器人关节电机还包括转子角度检测机构和输出轴角度检测机构，转子角度检测机构与定子相对固定，输出轴角度检测机构与输出连接单元连接。

进一步地，所述的转子角度检测机构包括沿转子圆周均匀分布的三个霍尔传感器，霍尔传感器通过传感器固定板与定子固定连接。

进一步地，所述的输出轴角度检测机构包括检测磁铁和磁角度传感器，所述检测磁铁固定在输出连接单元上，所述磁角度传感器设置在输出连接单元的侧部，所述磁角度传感器与输出连接单元间隔设置。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例在电机内侧设置行星齿轮减速机构，行星齿轮减速机构降低电机转速，增大电机扭矩，行星齿轮减速机构完全埋藏在电机定子内部，不同于一般的减速电机，减速箱固定在电机外部非常长。因此整体看来，本发明实施例所描述的机器人关节电机厚度尺寸非常小，适用于多电机并列装配、安置在机器人关节处等。

本发明实施例的机器人关节电机结构简单，适合于批量生产。扭矩密度大，应用范围宽泛。

本发明实施例的机器人关节电机可以作为多足机器人、医疗康复机器人、机械臂等机器人的关节电机，是一种通用的大扭矩机器人关节电机；可广泛应用于实验室科研、机器人原型机设计、设备产线、自动化等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种机器人关节电机的主视图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为本发明实施例1提供的机器人关节电机的爆炸结构示意图；

图中：1-电机轴2-转子上盖3-太阳轮4-转子磁轭5-转子磁瓦6-第一定子轴承7-减速箱嵌环8-内齿圈9-定子铁芯10-行星轮11-行星架12-行星架轴承13-第二定子轴承14-霍尔传感器15-定子底座16-电机轴卡簧17-检测磁铁18-磁角度传感器19-输出法兰轴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参见图1～3，该机器人关节电机包括定子、转子、电机轴1和行星齿轮减速机构，转子与定子相对转动设置，电机轴1与转子固定连接，行星齿轮减速机构设置在定子内部，行星齿轮减速机构的动力输入端与电机轴1连接，行星齿轮减速机构的动力输出端连接有输出连接单元。

行星齿轮减速机构包括太阳轮3、行星轮10、内齿圈8和行星架11，太阳轮3与电机轴1固定连接，行星轮10固定在行星架11上，行星架11转动设置在内齿圈8的内侧，内齿圈8与定子相对固定，行星轮10啮合在太阳轮3与内齿圈8之间，行星架11与输出连接单元连接。电机轴1同轴设置在行星架11内侧，在电机轴1与行星架11之间设有行星架轴承12，电机轴1伸出行星架轴承12的一端通过电机轴卡簧16固定；输出连接单元为输出法兰轴19，行星架11与输出法兰轴19一体固定连接。输出法兰轴19上设有螺纹，方便电机直接与转动零部件连接，可承载大扭矩，无需联轴器，方便可靠。

转子包括转子磁轭4、转子磁瓦5和转子上盖2，转子磁瓦5固定在转子磁轭4内侧，转子磁轭4与转子上盖2的圆周固定连接，电机轴1与转子上盖2固定连接；定子包括设置在转子内侧的定子铁芯9，定子铁芯9下侧固定有定子底座15。在行星轮10的上侧设有减速箱嵌环7，减速箱嵌环7与转子上盖2之间设有第一定子轴承6，行星架11与内齿圈8之间还设有第二定子轴承13。

本实施例的机器人关节电机还包括转子角度检测机构和输出轴角度检测机构，转子角度检测机构与定子底座15固定连接，输出轴角度检测机构与输出法兰轴19连接。电机内还设有电流检测等反馈装置，转子角度检测机构用于检测电机转子位置，提供闭环反馈数据。

转子角度检测机构包括沿转子圆周均匀分布的三个霍尔传感器14，霍尔传感器14通过传感器固定板与定子固定连接，传感器固定板固定在定子底座15内。输出轴角度检测机构包括检测磁铁17和磁角度传感器18，检测磁铁17固定在输出法兰轴19上，磁角度传感器18设置在输出法兰轴19的侧部，磁角度传感器18与输出法兰轴19间隔设置。由于检测传感器是非接触式的，解决了接触式的角度传感器随着使用时间的增长，会存在机械磨损、精度降低、经常维修甚至更换新设备等缺点，接触式的传感器不仅提高了生产成本还容易使被测设备的质量没保证。而本发明中所采用的是非接触式霍尔传感器14和磁角度传感器18，不仅抗震性好，而且检测精度高达14bit。

此电机采用了双位置角度检测，3个霍尔传感器14检测转子角度以便用于电机驱动器的FOC(磁场定向控制)平滑换相。磁角度传感器18检测输出轴的绝对值位置，输出给外接控制器。磁传感器信号采集模块主要通过集成有双轴霍尔元件的集成芯片感知角度的变化，并以模拟信号输出到微处理器中，经过一定的编码和解码，由微处理器输出SPI信号，用户可以通过SPl接口来设定寄存器中的零位(初始位置)。寄存器的内容可存储在芯片自带的非易失性内存中(也就是EEROM芯片中)。这一步骤可以在单片机系统上自动完成。设定零位时，先将转轴转至已知的初始位置，然后再从芯片中读出绝对角度值。因为芯片内部默认的初始零位是0度，所以从芯片中读出的角度值就是新的零位设定值。这个值随后是可以被存入芯片中的“零位“寄存器，成为新的零位参考点，也可以不设置新的参考点，这样就是每次上电都是控制输出一个绝对位置。本发明实施例中电机驱动采用can、ethercat或RS485通信方式与其他设备通信。

本发明实施例在电机内侧设置行星齿轮减速机构，行星齿轮减速机构降低电机转速，增大电机扭矩，行星齿轮减速机构完全埋藏在电机定子内部，整体看来，本发明实施例所描述的机器人关节电机厚度尺寸非常小，适用于多电机并列装配、安置在机器人关节处、贴置在人体关节处等。本发明实施例的机器人关节电机结构简单，适合于批量生产。扭矩密度大，应用范围宽泛，可以作为多足机器人、医疗康复机器人、机械臂等机器人的关节电机，是一种通用的大扭矩机器人关节电机；可广泛应用于实验室科研、机器人原型机设计、设备产线、自动化等领域。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种机器人关节电机，其特征在于：所述的机器人关节电机包括定子、转子、电机轴(1)和行星齿轮减速机构，所述转子与定子相对转动设置，所述电机轴(1)与转子固定连接，所述行星齿轮减速机构设置在定子内侧，所述行星齿轮减速机构的动力输入端与电机轴(1)连接，所述行星齿轮减速机构的动力输出端连接有输出连接单元。

2.根据权利要求1所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的行星齿轮减速机构包括太阳轮(3)、行星轮(10)、内齿圈(8)和行星架(11)，所述太阳轮(3)与电机轴(1)固定连接，所述行星轮(10)固定在行星架(11)上，所述行星架(11)转动设置在内齿圈(8)的内侧，所述内齿圈(8)与定子相对固定，所述行星轮(10)啮合在太阳轮(3)与内齿圈(8)之间，所述行星架(11)与输出连接单元连接。

3.根据权利要求2所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的输出连接单元为输出法兰轴(19)，所述行星架(11)与输出法兰轴(19)一体固定连接。

4.根据权利要求2所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的电机轴(1)同轴设置在行星架(11)内侧，在电机轴(1)与行星架(11)之间设有行星架轴承(12)。

5.根据权利要求1所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的转子包括转子磁轭(4)、转子磁瓦(5)和转子上盖(2)，所述转子磁瓦(5)固定在转子磁轭(4)内侧，所述转子磁轭(4)与转子上盖(2)的圆周固定连接，所述电机轴(1)与转子上盖(2)固定连接；所述定子包括设置在转子内侧的定子铁芯(9)，所述定子铁芯(9)下侧固定有定子底座(15)。

6.根据权利要求1所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的机器人关节电机还包括转子角度检测机构和输出轴角度检测机构，所述转子角度检测机构与定子相对固定，所述输出轴角度检测机构与输出连接单元连接。

7.根据权利要求6所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的转子角度检测机构包括沿转子圆周均匀分布的三个霍尔传感器(14)，所述霍尔传感器(14)通过传感器固定板与定子固定连接。

8.根据权利要求6所述的机器人关节电机，其特征在于：所述的输出轴角度检测机构包括检测磁铁(17)和磁角度传感器(18)，所述检测磁铁(17)固定在输出连接单元上，所述磁角度传感器(18)设置在输出连接单元的侧部，所述磁角度传感器(18)与输出连接单元间隔设置。