CN110957848A - 一种电机外壳、伺服电机及机器人 - Google Patents

一种电机外壳、伺服电机及机器人 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电机外壳、伺服电机及机器人，所述电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构，所述凹陷隔声结构的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定。本发明实施例提供的电机外壳通过在壳体内环面上设置基于隔声量确定的凹陷隔声结构，通过声波干涉原理进行降噪，实现了在提高电机外壳的散热性能的基础上，提高伺服电机外壳的降噪性能。

Description

一种电机外壳、伺服电机及机器人
技术领域
本发明实施例涉及降噪技术领域，尤其涉及一种电机外壳、伺服电机及机器人。
背景技术
伺服电机被广泛应用于各类机器人和各类自主引导运输车上。伺服电机作为机器人和自主引导运输车执行层的重要部件，对于机器人和自主引导运输车的整体性能起到关键作用。
随着机器人的广泛应用，各类服务机器人的用户对于噪声的控制要求越来越高。自主引导运输车也被应用于越来越多的领域和场景，特别是服务业的场景，如酒店和餐厅，在上述应用场景中，用户对于自主引导运输车噪声的控制要求也越来越高。为了降低机器人以及自主引导运输车的噪声，降低机器人以及自主引导运输车中主要噪声来源—伺服电机的噪声成为一个亟待解决的技术问题。
目前，各类伺服电机的降噪方案普遍为采用类似隔音棉的被动降噪方案。但是隔音棉的体积大、降噪效果差、散热性能差。
发明内容
本发明实施例提供了一种电机外壳、伺服电机及机器人，以实现在提高电机外壳的散热性能的基础上，提高伺服电机外壳的降噪性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种电机外壳，所述电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构，所述凹陷隔声结构的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定。
进一步的，所述凹陷隔声结构为球冠状凹陷。
进一步的，所述球冠状凹陷的目标设置参数包括：所述球冠状凹陷的圆周长，所述球冠状凹陷的深度，和所述球冠状凹陷的数量中的至少一个。
进一步的，所述球冠状凹陷的目标设置参数通过如下方式确定：
基于所述球冠状凹陷的初始设置参数构建所述电机外壳的三维模型，计算所述电机外壳的初始隔声量；
采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数。
进一步的，所述采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数，包括：
判断所述初始隔声量是否满足收敛条件；
若所述初始隔声量满足收敛条件，则将所述初始设置参数作为所述目标设置参数；
若所述初始隔声量不满足收敛条件，则对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，并基于所述优化设置参数得到所述电机外壳的优化隔声量，判断所述优化隔声量是否满足收敛条件，当所述优化隔声量不满足收敛条件时，对所述优化设置参数进行优化，直到所述优化隔声量满足所述收敛条件，将满足所述收敛条件的优化隔声量对应的优化设置参数作为所述目标设置参数。
进一步的，所述对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，包括：
基于预先设定的约束条件对所述初始设置参数进行优化，得到所述优化设置参数。
进一步的，所述计算所述电机外壳的初始隔声量，包括：
采用有限元仿真算法计算所述电机外壳的初始隔声量。
进一步的，所述电机外壳还包括：前罩板、后罩板、编码器罩、电源线罩、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和多个固定部件，
所述前罩板和所述后罩板分别通过所述固定部件固定在所述壳体的两侧，所述编码器罩通过所述固定部件固定在所述后罩板远离所述壳体的一侧，所述电源线罩通过所述固定部件固定在所述编码器罩的侧面上，所述第一滚珠轴承固定于所述前罩板的中央通孔处，所述第二滚珠轴承固定于所述后罩板的中央通孔处。
第二方面，本发明实施例还提供了一种伺服电机，包括如本发明任意实施例所提供的电机外壳。
第二方面，本发明实施例还提供了一种机器人，包括如本发明任意实施例所提供的伺服电机。
本发明实施例所提供的电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构，所述凹陷隔声结构的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定，通过在壳体内环面上设置基于隔声量确定的凹陷隔声结构，通过声波干涉原理进行降噪，实现了在提高电机外壳的散热性能的基础上，提高伺服电机外壳的降噪性能。
附图说明
图1是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的壳体内环面的展开示意图；
图2是本发明实施例一所提供的一种凹陷隔声结构的目标设置参数的确定流程图；
图3是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的结构示意图；
图4是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的爆炸视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的壳体内环面的展开示意图。本发明实施例所提供的电机外壳可适用于伺服电机。如图1所示，电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构110，所述凹陷隔声结构110的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定。
为了克服采用隔音棉等多孔吸声材料的被动降噪装置导致大幅增加电机尺寸、且使电机散热性能变差的缺陷，本实施例通过利用声学干涉原理，对电机外壳的壳体内环面进行结构上的优化，在壳体内环面的表面增加凹陷隔声结构，使得电机外壳具有较优的降噪隔声效果，且不影响电机的散热性能及电机尺寸。
在本实施例中，对凹陷隔声结构的形状不做限制，只要能够实现所设置的凹陷隔声结构的隔声量达到设定的隔声量标准即可。可选的，可以将凹陷隔声结构设置为不规则多边形状凹陷或球冠状凹陷。优选的，可以将凹陷隔声结构设置为球冠状凹陷，将凹陷隔声结构设置为球冠状凹陷可以减少确定凹陷隔声结构的目标设置参数的计算量，且球冠状凹陷的制作过程较简单。
可以理解的是，凹陷隔声结构的目标设置参数为能够唯一确定凹陷隔声结构的设置方式的参数，如凹陷隔声结构的尺寸参数、个数参数等。当凹陷隔声结构为球冠状凹陷时，球冠状凹陷的目标设置参数包括：所述球冠状凹陷的圆周长，所述球冠状凹陷的深度，和所述球冠状凹陷的数量中的至少一个。可选的，可以根据球冠状凹陷的圆周长、球冠状凹陷的深度、以及球冠状凹陷在壳体内环面上的设置数量唯一确定球冠状凹陷在壳体内环面上的设置方式。
本发明实施例所提供的电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构，所述凹陷隔声结构的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定，通过在壳体内环面上设置基于隔声量确定的凹陷隔声结构，通过声波干涉原理进行降噪，使得电机外壳具有良好的降噪、散热性能。
在本发明的一种实施方式中，所述球冠状凹陷的目标设置参数通过如下方式确定：基于所述球冠状凹陷的初始设置参数构建所述电机外壳的三维模型，计算所述电机外壳的初始隔声量；采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数。
可选的，可以通过构建电机外壳的三维模型，计算电机外壳的隔声量。然后以电机外壳的壳体内环面上球冠状凹陷的圆周长、球冠状凹陷的深度和球冠状凹陷的数量为优化参数，以电机外壳的隔声量为优化目标，采用最优解算法对球冠状凹陷的圆周长、球冠状凹陷的深度和球冠状凹陷的数量进行优化设计，计算出最优的球冠状凹陷的圆周长、球冠状凹陷的深度和球冠状凹陷的数量。其中，最优解算法的优化过程是一个不断迭代的过程，通过不断的自动迭代，计算出最优的球冠状凹陷的数量、圆周长和深度，从而使得电机外壳的隔声量最大。可选的，最优解算法可以为遗传算法。
具体的，可以根据预先设定的球冠状凹陷的初始设置参数(即球冠状凹陷的初始圆周长、球冠状凹陷的初始深度和球冠状凹陷的初始数量)，构建电机外壳的三维模型并计算电机外壳的初始隔声量，然后采用最优解算法以电机外壳的隔声量作为优化目标，对初始设置参数进行不断优化，直到基于优化后的设置参数构建出的电机外壳的隔声量达到设定的隔声量标准，将优化后的设置参数作为球冠状凹陷的目标设置参数。其中，球冠状凹陷的初始设置参数可以由最优解算法自动生成。
在本发明的一种实施方式中，所述采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数，包括：判断所述初始隔声量是否满足收敛条件；若所述初始隔声量满足收敛条件，则将所述初始设置参数作为所述目标设置参数；若所述初始隔声量不满足收敛条件，则对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，并基于所述优化设置参数得到所述电机外壳的优化隔声量，判断所述优化隔声量是否满足收敛条件，当所述优化隔声量不满足收敛条件时，对所述优化设置参数进行优化，直到所述优化隔声量满足所述收敛条件，将满足所述收敛条件的优化隔声量对应的优化设置参数作为所述目标设置参数。
示例性的，假设球冠状凹陷的初始圆周长为c0，球冠状凹陷的初始深度为d0，球冠状凹陷的初始数量为m0，基于球冠状凹陷的初始圆周长c0、球冠状凹陷的初始深度d0以及球冠状凹陷的初始数量m0构建电机外壳的三维模型后，计算得出电机外壳的初始隔声量为R0，判断初始隔声量R0是否满足收敛条件，若初始隔声量不满足收敛条件，则对初始设置参数m0、c0和d0进行优化，得到球冠状凹陷的优化设置参数c1、d1和m1，并基于优化设置参数c1、d1和m1构建电机外壳的三维模型，并计算得出电机外壳的优化隔声量R1，判断优化隔声量R1是否满足收敛条件，若优化隔声量R1不满足收敛条件，则继续通过上述方式对优化设置参数c1、d1和m1进行进一步优化，直到基于优化设置参数ck、dk、mk构建出的电机外壳的优化隔声量Rk满足收敛条件，将球冠状凹陷的圆周长ck，球冠状凹陷的深度dk，球冠状凹陷的数量mk作为球冠状凹陷的目标设置参数，其中，k为设置参数的优化次数。可选的，收敛条件可以为相邻两次计算得出的隔声量之间的相对误差小于设定值a(即：本次计算的隔声量Ri与上次计算的隔声量Ri-1之间满足|Ri-Ri-1|/Ri≤a)。在本实施例中，对设定值a的值不做限制，只要能保证相邻两次计算得出的隔声量之间的相对误差足够小即可。可选的，设定值a可以为0.001。
可选的，所述计算所述电机外壳的初始隔声量，包括：采用有限元仿真算法计算所述电机外壳的初始隔声量。一个实施例中，可以通过有限元仿真基于球冠状凹陷的设置参数(初始设置参数或优化设置参数)构建电机外壳的三维模型，并计算出电机外壳的隔声量。可选的，可以采用COMSOL、Virtual.Lab Acoustics等仿真软件构建电机外壳的三维模型，并计算出电机外壳的隔声量。
在本发明的一种实施方式中，所述对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，包括：基于预先设定的约束条件对所述初始设置参数进行优化，得到所述优化设置参数。
可选的，为了降低设置参数优化过程中的计算量，可以预先设定凹陷隔声结构的设置参数的取值范围，将设置参数的取值范围作为求最优解的约束条件，在对设置参数进行优化时，基于约束条件确定优化设置参数。示例性的，可以设定球冠状凹陷的圆周长的取值范围为1mm≤c≤12.5mm，球冠状凹陷的深度的取值范围为0.5mm≤d≤2mm，球冠状凹陷的数量的取值范围为1≤m≤1000，则约束条件为“1mm≤c≤12.5mm，0.5mm≤d≤2mm，1≤m≤1000”，即优化设置参数满足1mm≤ck≤12.5mm，0.5mm≤dk≤2mm，1≤mk≤1000，k为设置参数的优化次数。
图2是本发明实施例一所提供的一种凹陷隔声结构的目标设置参数的确定流程图。如图2所示，采用遗传算法确定凹陷隔声结构的目标设置参数。步骤1、程序启动；步骤2、获取输入的球冠状凹陷的设置参数的约束条件(即球冠状凹陷的数量m、球冠状凹陷的圆周长c、球冠状凹陷的深度d的取值范围)；步骤3、启动遗传算法模块，自动生成一组球冠状凹陷的数量m、球冠状凹陷的圆周长c、球冠状凹陷的深度d的数值(即初始设置参数)并输出；步骤4、有限元法计算程序计算上述初始设置参数设计的电机外壳的隔声量R；步骤5、判断隔声量R是否满足结束条件(即收敛条件)；如果隔声量R满足结束条件，则执行步骤6，结束优化，输出球冠状凹陷的数量m、球冠状凹陷的圆周长c、球冠状凹陷的深度d的最优数值；如果隔声量R不满足结束条件，则重复执行步骤3-步骤5进行迭代优化，直到隔声量R满足结束条件为止。其中，结束条件可以为相邻两次计算得出的隔声量之间的相对误差小于1‰(即：本次计算的隔声量Ri与上次计算的隔声量Ri-1之间满足|Ri-Ri-1|/Ri≤0.001)。
图3是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的结构示意图，图4是本发明实施例一所提供的一种电机外壳的爆炸视图。如图3和图4所示，电机外壳还包括：前罩板301、后罩板303、编码器罩304、电源线罩305、第一滚珠轴承308、第二滚珠轴承309和多个固定部件(固定部件310、固定部件311等)；前罩板301和后罩板303分别通过固定部件固定在壳体302的两侧(前罩板301通过固定部件310固定在壳体302的一侧，后罩板303通过固定部件311固定在壳体302的另一侧)，编码器罩304通过固定部件311固定在后罩板303远离壳体302的一侧，电源线罩305固定安装在编码器罩304的侧面上，第一滚珠轴承308固定于前罩板301的中央通孔处，第二滚珠轴承309固定于后罩板303的中央通孔处。可选的，电机外壳还包括密封垫306和密封垫307，密封垫306和密封垫307，固定安装在电源线罩305一侧的通孔处。
实施例二
本发明实施例还提供了一种伺服电机，包括本发明任意实施例所提供的电机外壳，具备相应的功能和有益效果，此处不再赘述。
实施例三
本发明实施例还提供了一种机器人，包括本发明任意实施例所提供的伺服电机，具备相应的功能和有益效果，此处不再赘述。其中，本发明实施例提供的机器人可以为服务机器人或自主引导运输车。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新优化和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电机外壳，其特征在于，所述电机外壳的壳体内环面上设置有凹陷隔声结构，所述凹陷隔声结构的目标设置参数由所述电机外壳的隔声量确定。
2.根据权利要求1所述的电机外壳，其特征在于，所述凹陷隔声结构为球冠状凹陷。
3.根据权利要求2所述的电机外壳，其特征在于，所述球冠状凹陷的目标设置参数包括：所述球冠状凹陷的圆周长，所述球冠状凹陷的深度，和所述球冠状凹陷的数量中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的电机外壳，其特征在于，所述球冠状凹陷的目标设置参数通过如下方式确定：
基于所述球冠状凹陷的初始设置参数构建所述电机外壳的三维模型，计算所述电机外壳的初始隔声量；
采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数。
5.根据权利要求4所述的电机外壳，其特征在于，所述采用最优解算法，基于所述初始隔声量对所述球冠状凹陷的初始设置参数进行优化，得到所述目标设置参数，包括：
判断所述初始隔声量是否满足收敛条件；
若所述初始隔声量满足收敛条件，则将所述初始设置参数作为所述目标设置参数；
若所述初始隔声量不满足收敛条件，则对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，并基于所述优化设置参数得到所述电机外壳的优化隔声量，判断所述优化隔声量是否满足收敛条件，当所述优化隔声量不满足收敛条件时，对所述优化设置参数进行优化，直到所述优化隔声量满足所述收敛条件，将满足所述收敛条件的优化隔声量对应的优化设置参数作为所述目标设置参数。
6.根据权利要求4所述的电机外壳，其特征在于，所述对所述初始设置参数进行优化得到优化设置参数，包括：
基于预先设定的约束条件对所述初始设置参数进行优化，得到所述优化设置参数。
7.根据权利要求4所述的电机外壳，其特征在于，所述计算所述电机外壳的初始隔声量，包括：
采用有限元仿真算法计算所述电机外壳的初始隔声量。
8.根据权利要求1所述的电机外壳，其特征在于，所述电机外壳还包括：前罩板、后罩板、编码器罩、电源线罩、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和多个固定部件；
所述前罩板和所述后罩板分别通过所述固定部件固定在所述壳体的两侧，所述编码器罩通过所述固定部件固定在所述后罩板远离所述壳体的一侧，所述电源线罩通过所述固定部件固定在所述编码器罩的侧面上，所述第一滚珠轴承固定于所述前罩板的中央通孔处，所述第二滚珠轴承固定于所述后罩板的中央通孔处。
9.一种伺服电机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电机外壳。
10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的伺服电机。
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