CN112737224B - 舵机编码控制结构及舵机模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舵机编码控制结构及舵机模组，舵机编码控制结构包括电路板组件、固定于电机轴的第一磁环、固定于输出轴的第二磁环、用于检测并记录第一磁环的角位移的第一读头芯片以及用于检测并记录第二磁环的角位移的第二读头芯片，电路板组件包括控制板，第一读头芯片和第二读头芯片固定且电性连接于控制板。本发明提供的舵机编码控制结构及舵机模组，第一读头芯片和第二读头芯片均固定且电性连接于电路板组件的控制板上，无需额外设置承载读头芯片的电路板，也无需使用线缆将第一读头芯片和第二读头芯片电性连接于控制板，可以使舵机模组内部的走线更加简洁、安装更加简单、成本更加低廉，而且不会增加舵机模组的体积。

Description

舵机编码控制结构及舵机模组

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种舵机编码控制结构及舵机模组。

背景技术

对于机器人自动化行业和机械臂行业，机器人关节舵机至关重要，关节舵机的性能、体积大小、装配精度都对整个机器人的使用有重大影响。

在现有机器人关节模组中，电机端的编码器读头和输出端的编码器读头分别设置在独立的电路板上。在空间布置上，会增加舵机的长度及体积，而且需要线缆连接到控制板上，导致走线复杂，不便于安装，而且会增加物料，零件增加，不利于成本控制，也不易维护。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种舵机编码控制结构及舵机模组，以解决现有技术中存在的编码器读头设置在独立的电流板上导致走线复杂、不便于安装的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种舵机编码控制结构，包括电路板组件、固定于电机轴的第一磁环、固定于输出轴的第二磁环、用于检测并记录所述第一磁环的角位移的第一读头芯片以及用于检测并记录所述第二磁环的角位移的第二读头芯片，所述电路板组件包括控制板，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片固定且电性连接于所述控制板。

在一个实施例中，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的相对两表面；或者，

所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的同一表面。

在一个实施例中，所述电路板组件还包括插接于所述控制板上的编码器电路板，

所述编码器电路板的数量为一个，所述第一读头芯片和/或所述第二读头芯片固定且电性连接于所述编码器电路板；或者，

所述编码器电路板的数量至少为两个，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于其中两个所述编码器电路板。

在一个实施例中，所述电路板组件还包括与所述控制板平行设置的驱动板，所述控制板和所述驱动板通过连接柱固定连接，所述控制板和所述驱动板通过插接端子对电性连接。

在一个实施例中，所述第一磁环的外径大于所述第二磁环的外径，或者，所述第二磁环的外径大于所述第一磁环的外径。

在一个实施例中，所述第一磁环和所述第二磁环同轴设置。

本发明还提供一种舵机模组，包括上述的舵机编码控制结构，还包括电机、由所述电机的电机轴驱动的减速组件、连接于所述减速组件的输出端的输出轴以及用于制动的刹车组件。

在一个实施例中，所述电机轴的外周固定有第一磁环座，所述第一磁环固定于所述第一磁环座；所述输出轴的外周固定有第二磁环座，所述第二磁环固定于所述第二磁环座。

在一个实施例中，所述电机轴和所述输出轴同轴设置，且所述电机轴套设于所述输出轴的外周。

在一个实施例中，所述输出轴空心设置，形成供线缆穿过的过线孔。

在一个实施例中，所述减速组件为谐波减速器，所述谐波减速器的波发生器为所述电机轴。

本发明提供的舵机编码控制结构及舵机模组的有益效果在于：与现有技术相比，本发明舵机编码控制结构包括电路板组件、第一磁环、第二磁环、第一读头芯片和第二读头芯片，第一读头芯片和第二读头芯片均固定且电性连接于电路板组件的控制板上，无需额外设置承载读头芯片的电路板，也无需使用线缆将第一读头芯片和第二读头芯片电性连接于控制板，可以使舵机模组内部的走线更加简洁、安装更加简单、成本更加低廉，而且不会增加舵机模组的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，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第一种舵机编码控制结构的侧视图；

图2为图1中沿A-A线的剖视图；

图3为本发明实施例提供的第二种舵机编码控制结构的剖视图；

图4为本发明实施例提供的第三种舵机编码控制结构的剖视图；

图5为本发明实施例提供的第四种舵机编码控制结构的剖视图；

图6为本发明实施例提供的舵机模组的剖视图。

其中，图中各附图标记：

1-电路板组件；11-控制板；111-第一读头芯片；112-第二读头芯片；12-驱动板；13-连接柱；14-插接端子对；15-编码器电路板；16-散热板；2-第一磁环；21-第一磁环座；3-第二磁环；31-第二磁环座；4-电机；41-电机外壳；42-定子；43-转子；5-电机轴；6-减速组件；61-柔性轴承；62-谐波啮合组件；7-输出轴；8-护线圈；9-刹车组件；91-刹车本体；92-刹车座。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的舵机编码控制结构进行说明。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，舵机编码控制结构包括电路板组件1、第一磁环2、第二磁环3、第一读头芯片111和第二读头芯片112。电路板组件1包括控制板11，控制板11可以根据反馈信号控制电机4的启停、输出轴7的转速等。控制板11的中心开设有中心孔，使其呈圆环形，供电机轴5和输出轴7穿过设置。第一磁环2与第一读头芯片111正对设置，第一读头芯片111用于检测并记录第一磁环2的角位移，第二磁环3与第二读头芯片112正对设置，第二读头芯片112用于检测并记录第二磁环3的角位移。其中，第一磁环2固定于电机轴5上，第二磁环3固定于输出轴7上，电机轴5为电机4的输出端，输出轴7为舵机模组的输出端。第一读头芯片111和第二读头芯片112均固定且电性连接于控制板11上，这样，第一读头芯片111和第二读头芯片112无需通过线缆与控制板11电性连接，也无需额外设置电路板，可以减少物料、降低装配难度、减小舵机模组的体积。更具体地，舵机模组在工作时，电机4的输出端旋转，使第一磁环2旋转，第一读头芯片111可以检测并记录第一磁环2的角位移，即可以检测并记录电机4的输出端的角位移；相应地，电机4的输出端经过减速组件6的减速，使输出轴7旋转，固定于输出轴7的第二磁环3旋转，第二读头芯片112则可以检测并记录第二磁环3的角位移，即可以检测并记录输出轴7的角位移。

上述实施例中的舵机编码控制结构，包括电路板组件1、第一磁环2、第二磁环3、第一读头芯片111和第二读头芯片112，第一读头芯片111和第二读头芯片112均固定且电性连接于电路板组件1的控制板11上，无需额外设置承载读头芯片的电路板，也无需使用线缆将第一读头芯片111和第二读头芯片112电性连接于控制板11，可以使舵机模组内部的走线更加简洁、安装更加简单、成本更加低廉，而且不会增加舵机模组的体积。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，电路板组件1包括控制板11，还包括驱动板12，驱动板12用于驱动电机4工作，驱动板12和控制板11平行设置，以尽量减小电路板组件1的体积，驱动板12和控制板11通过连接柱13固定连接，驱动板12和控制板11通过插接端子对14电性连接。可选地，连接柱13的数量至少为两个，连接柱13包括支撑段和螺纹段，支撑段具有内螺纹孔，其中一个连接柱13的螺纹段穿过控制板11，由螺母等紧固件将控制板11锁紧在支撑段和螺母之间，支撑段支撑于驱动板12和控制板11之间，另一个连接柱13的螺母段穿过驱动板12连接于上一连接柱13的支撑段的内螺纹孔中，从而使驱动板12和控制板11相互固定。可选地，插接端子对14包括公端子和母端子，公端子和母端子中的其中一个固定在驱动板12，公端子和母端子中的另外一个固定在控制板11，公端子和母端子相互插接使控制板11和驱动板12电性连接。

可选地，第一磁环2和第二磁环3同轴设置，可以减小舵机编码控制结构的径向占用空间，尽可能地利用舵机编码控制结构的径向空间。第一磁环2和第二磁环2的中心轴可选为与电机轴5的中心轴重合。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，第一读头芯片111和第二读头芯片112分别固定且电性连接于控制板11的相对两表面，第一磁环2和第二磁环3也分别设于控制板11的相对两侧，从而可以充分利用控制板11相对两侧的空间，尽可能减小舵机编码控制结构所占用的空间。更具体地，第一读头芯片111设置于控制板11的面向驱动板12一侧，第二读头芯片112设置于控制板11的背向驱动板12一侧；或者，第一读头芯片111设置于控制板11的背向驱动板12一侧，第二读头芯片112设置于控制板11的面向驱动板12一侧。

在其他实施例中，请参阅图5，第一读头芯片111和第二读头芯片112固定且电性连接于控制板11的同一表面，第一磁环2和第二磁环3也设置于控制板11的同一侧。第一读头芯片111和第二读头芯片112可设置于控制板11的背向驱动板12一侧，这样，可以避免第一读头芯片111、第二读头芯片112、第一磁环2、第二磁环3与驱动板12干涉。在其他实施例中，第一读头芯片111和第二读头芯片112也可设置于控制板11的面向驱动板12一侧。

可选地，请参阅图1及图2，第一磁环2的外径小于第二磁环3的外径，可以减小第一磁环2和第二磁环3之间的磁力影响，提高角位移检测的准确性。可选地，请参阅图3，第一磁环2的外径大于第二磁环3的外径，也可以减小第一磁环2和第二磁环3之间的磁力影响，提高角位移检测的准确性。特别是第一读头芯片111和第二读头芯片112设置于控制板11的同一侧时，第一磁环2和第二磁环3的外径不相等，以免第一磁环2和第二磁环3相互干涉。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4，电路板组件1包括控制板11，还包括编码器电路板15，编码器电路板15插接于控制板11上。其中，编码器电路板15可通过插接端子对14插接于控制板11上。可选地，当电路板组件1还包括驱动板12，且编码器电路板15的数量为一个时，编码器电路板15插接于控制板11的背向驱动板12一侧，便于编码器电路板15的插接和布局，避免编码器电路板15与驱动板12干涉。第一读头芯片111固定且电性连接于编码器电路板15上时，第二读头芯片112固定且电性连接于控制板11，第二读头芯片112也可固定且电性连接于编码器电路板15的另外一侧；第二读头芯片112固定且电性连接于编码器电路板15上时，第一读头芯片111固定且电性连接于控制板11，第一读头芯片111也可固定且电性连接于编码器电路板15的另外一侧。编码器电路板15也可插接于控制板11的面向驱动板12一侧。

可选地，当电路板组件1还包括驱动板12，且编码器电路板15的数量为两个时，两个编码器电路板15分别插接在控制板11的相对两侧，其中一个编码器电路板15面向驱动板12设置，另一个编码器电路板15背向驱动板12设置，第一读头芯片111电性连接于面向驱动板12设置的编码器电路板15，第二读头芯片112电性连接于背向驱动板12设置的编码器电路板15，或者，第一读头芯片111电性连接于背向驱动板12设置的编码器电路板15，第二读头芯片112电性连接于面向驱动板12设置的编码器电路板15。编码器电路板15的数量也可为三个、四个等，第一读头芯片111和第二读头芯片112则分别固定且电性连接在其中两个编码器电路板15上。

请参阅图6，本发明还提供一种舵机模组，舵机模组包括上述任一实施例中的舵机编码控制结构，还包括电机4、减速组件6、输出轴7和刹车组件9。电机4的输出端为电机轴5，电机4在工作时，电机轴5旋转运动，电机轴5与减速组件6连接，驱动减速组件6运动，输出轴7连接于减速组件6的输出端，随减速组件6的工作而旋转，刹车组件9用于制动，使舵机模组停止运动。

本发明提供的舵机模组，采用了上述任一实施例中的舵机编码控制结构，舵机编码控制结构包括电路板组件1、第一磁环2、第二磁环3、第一读头芯片111和第二读头芯片112，第一读头芯片111和第二读头芯片112均固定且电性连接于电路板组件1的控制板11上，无需额外设置承载读头芯片的电路板，也无需使用线缆将第一读头芯片111和第二读头芯片112电性连接于控制板11，可以使舵机模组内部的走线更加简洁、安装更加简单、成本更加低廉，而且不会增加舵机模组的体积。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图6，舵机模组还包括第一磁环座21和第二磁环座31，第一磁环座21固定于电机轴5的外周，第一磁环2固定于第一磁环座21上，使得第一磁环2能够随电机轴5旋转，与电机轴5的角位移相同，第二磁环座31固定于输出轴7的外周，第二磁环3固定于第二磁环座31上，使得第二磁环3能够随输出轴7旋转，与输出轴7的角位移相同。这样，通过检测第一磁环2和第二磁环3的角位移，即可得到电机轴5和输出轴7的角位移。

可选地，电机轴5和输出轴7同轴设置，如此可以减小舵机模组在径向方向的大小，使舵机模组的内部结构更加紧凑。可选地，电机轴5呈空心设置，电机轴5套设于输出轴7的外周，使得输出轴7不额外占用径向空间，尽可能地减小舵机模组的体积。

可选地，输出轴7的一端伸出电机轴5设置，第二磁环3固定于输出轴7的伸出电机轴5的一端设置，第一磁环2则固定于电机轴5的一端设置，使得第一磁环2和第二磁环3相互靠近，从而使得第一磁环2能够面向第一读头芯片111设置，第二磁环3能够面向第二读头芯片112设置(第一读头芯片111和第二读头芯片112均设置于控制板11上)。

可选地，输出轴7的其中一端为第一端，输出轴7的另一端为第二端，第二磁环3固定于输出轴7的第二端，即电路板组件1设置于输出轴7的第二端。电路板组件1还可包括散热板16，控制板11、驱动板12、散热板16依次平行设置，控制板11更靠近于电机轴5的端部设置，便于第一磁环2和第二磁环3的布局。散热板16的设置可以为控制板11和驱动板12快速散热，防止电路板组件1温度过高，延长电路板组件1的使用寿命。

可选地，输出轴7空心设置，输出轴7的内部则形成过线孔，舵机模组的线缆可以从过线孔内穿过，从而可以使线缆隐藏在舵机模组的内部，不需要从舵机模组的外部接线，这样，在舵机模组工作时，不会牵扯线缆，线缆直接从舵机模组的中心轴穿过，舵机模组的转动不会影响线缆。在其中一个实施例中，输出轴7的第一端连接有法兰盘，法兰盘的中心镂空，且法兰盘的中心镂空处设置有护线圈8，用于保护线缆，防止线缆的表皮磨损。散热板16设置于输出轴7的第二端，散热板16的中心镂空，且散热板16的中心镂空处设置有护线圈8，用于保护线缆，防止线缆的表皮磨损。其中，散热板16可通过连接柱13与控制板11固定连接，连接柱13可选为铜柱等金属柱，使控制板11和驱动板12产生的热量能够快速传递至散热板16，由散热板16散发。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图6，输出轴7的第一端至输出轴7的第二端为第一方向，减速组件6、电机4、刹车组件9和电路板组件1沿第一方向依次设置。电机4的电机轴5旋转，带动减速组件6工作，输出轴7连接于减速组件6的输出端，刹车组件9用于对电机轴5进行制动。更具体地，减速组件6、电机4和刹车组件9设于电机轴5的外周，电路板组件1设置于输出轴7的外周(设于输出轴7的伸出电机轴5的一端)。

可选地，电机4包括电机外壳41、定子42和转子43，定子42固定于电机外壳41的内部，转子43则固定于电机轴5的外周，转子43和定子42之间设置有轴承，在电机4工作时，转子43和电机轴5共同旋转。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图6，减速组件6为谐波减速组件，谐波减速组件包括波发生器、柔性轴承61和谐波啮合组件62，谐波啮合组件62包括柔性齿轮和刚性齿轮，柔性齿轮的外齿和刚性齿轮的内齿相互啮合，柔性轴承61支撑于波发生器和柔性齿轮之间，通过柔性齿轮和刚性齿轮之间的间歇性啮合和分离，对电机4的运动端进行减速。可选地，电机轴5为减速组件6的波发生器，使得电机轴5和波发生器为同一部件，可以减小舵机模组的零件数，使舵机模组更加紧凑，另外，也使减速组件6、电机轴5、和输出轴7形成一个模块化组件，便于大批量生产和组装。波发生器可为凸轮轴。

可选地，请参阅图6，刹车组件9包括刹车本体91和刹车座92，刹车座92通过轴承连接于电机轴5的外周，刹车本体91固定于刹车座92上，在需要对舵机模组进行制动时，刹车本体91抱紧电机轴5，使电机轴5停止转动，实现舵机模组的制动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种舵机编码控制结构，其特征在于：包括电路板组件、固定于电机轴的第一磁环、固定于输出轴的第二磁环、用于检测并记录所述第一磁环的角位移的第一读头芯片以及用于检测并记录所述第二磁环的角位移的第二读头芯片，第一磁环与第一读头芯片正对设置，第二磁环与第二读头芯片正对设置，所述电路板组件包括控制板，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片固定且电性连接于所述控制板，控制板根据反馈信号控制电机以及输出轴，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的相对两表面；或者，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于所述控制板的同一表面；所述电路板组件还包括与所述控制板平行设置的驱动板，所述控制板和所述驱动板通过连接柱固定连接，所述控制板和所述驱动板通过插接端子对电性连接。

2.如权利要求1所述的舵机编码控制结构，其特征在于：所述电路板组件还包括插接于所述控制板上的编码器电路板，

所述编码器电路板的数量为一个，所述第一读头芯片和/或所述第二读头芯片固定且电性连接于所述编码器电路板；或者，

所述编码器电路板的数量至少为两个，所述第一读头芯片和所述第二读头芯片分别固定且电性连接于其中两个所述编码器电路板。

3.如权利要求1所述的舵机编码控制结构，其特征在于：所述第一磁环的外径大于所述第二磁环的外径，或者，所述第二磁环的外径大于所述第一磁环的外径。

4.如权利要求1所述的舵机编码控制结构，其特征在于：所述第一磁环和所述第二磁环同轴设置。

5.舵机模组，其特征在于：包括权利要求1-4任一项所述的舵机编码控制结构，还包括电机、由所述电机的电机轴驱动的减速组件、连接于所述减速组件的输出端的输出轴以及用于制动的刹车组件。

6.如权利要求5所述的舵机模组，其特征在于：所述电机轴的外周固定有第一磁环座，所述第一磁环固定于所述第一磁环座；所述输出轴的外周固定有第二磁环座，所述第二磁环固定于所述第二磁环座。

7.如权利要求6所述的舵机模组，其特征在于：所述电机轴和所述输出轴同轴设置，且所述电机轴套设于所述输出轴的外周。

8.如权利要求7所述的舵机模组，其特征在于：所述输出轴空心设置，形成供线缆穿过的过线孔。

9.如权利要求5所述的舵机模组，其特征在于：所述减速组件为谐波减速器，所述谐波减速器的波发生器为所述电机轴。

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