CN113305877A - 电驱动关节模组和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电驱动关节模组和机器人，包括：定子法兰，具有容纳空间；输出法兰，位于所述容纳空间内；穿线管，与所述输出法兰连接；减速机，所述减速机套设在所述穿线管外；电机转子，与所述穿线管连接；电机定子，设置于所述定子法兰；其中，所述电机定子围绕所述减速机设置，所述电机转子围绕所述电机定子设置。本申请采用无框力矩外转子电机，并将减速机嵌到电机定子内，达到减小驱动关节模组的体积。当然也减小了驱动关节模组的重量，从而减小足式机器人的整体重量，达到提高足式机器人续航能力的效果。

Description

电驱动关节模组和机器人

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及的是电驱动关节模组和机器人。

背景技术

目前继工业机器人、协作机器人成熟和推广之后，各研究机构以及企业开始移动机器人的研究投入了极大的人力和物力。移动机器人主要分为轮式机器人和足式机器人两大类，足式机器人相较于轮式机器人具有几个明显的优点：

1.足式机器人或足型载具可以运行在任何轮式机器人不能工作的表面上。有适应于不同的表面的不同的轮子，但是没有一个标准能工作在任何表面上。此外，轮式是被设计于工作在准备好的表面比如光滑表面、道路、轨道等等。

2.腿式机器人可以跳过或者跨越障碍物，而轮式机器人需要用某种方式穿过它或者采取另外的路径。

3.轮式机器人需要运行在连续的路径中，而腿式机器人可以跨过分离的路径前进。

腿式机器人可以避免在轮式机器人中无法避免的不必要的立足点。

现有技术中，足式机器人用的驱动关节很多都是采用电机与减速机分离式，没有集成在一起，导致关节驱动结构体积大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电驱动关节模组和机器人，旨在解决现有技术中关节驱动结构体积大的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种电驱动关节模组，其中，包括：

定子法兰，具有容纳空间；

输出法兰，位于所述容纳空间内；

穿线管，与所述输出法兰连接；

减速机，所述减速机套设在所述穿线管外；

电机转子，与所述穿线管连接；

电机定子，设置于所述定子法兰；

其中，所述电机定子围绕所述减速机设置，所述电机转子围绕所述电机定子设置。

所述的电驱动关节模组，其中，所述定子法兰包括：

外侧壁；

内侧壁，位于所述外侧壁内；

连接壁，所述连接壁的两端分别连接所述外侧壁和所述内侧壁。

所述的电驱动关节模组，其中，所述减速机包括：

内齿圈，设置于所述内侧壁；

太阳轮，套设在所述穿线管外；

行星轮，与所述输出法兰转动连接，且所述行星轮分别与所述内齿圈、所述太阳轮啮合。

所述的电驱动关节模组，其中，所述输出法兰上设置有行星架；所述行星架上设置有行星销钉，所述行星轮与所述行星销钉转动连接。

所述的电驱动关节模组，其中，所述电机转子通过转子输出轴与所述穿线管连接；所述转子输出轴上设置有通孔，所述太阳轮位于所述通孔内。

所述的电驱动关节模组，其中，所述电驱动关节模组还包括：

电机后法兰，位于所述转子输出轴背离所述连接壁的一侧；

所述电机后法兰通过输出轴轴承与所述转子输出轴转动连接。

所述的电驱动关节模组，其中，所述电驱动关节模组还包括：

支承盖，设置于所述电机后法兰；

编码器读数头，设置于所述支承盖；

编码器磁环，围绕所述通孔的边缘设置。

所述的电驱动关节模组，其中，所述电驱动关节模组还包括：

编码器盖，与所述电机后法兰连接；

所述支承盖和所述编码器读数头均位于所述编码器盖内。

所述的电驱动关节模组，其中，所述输出法兰位于所述内侧壁内，所述输出法兰在所述内侧壁内转动，所述输出法兰与所述内侧壁通过法兰轴承转动连接；和/或

所述电机定子设置于所述内侧壁外，所述电机定子和所述外侧壁之间具有间隙，所述电机转子位于所述间隙内，所述电机转子在所述间隙内转动。

一种机器人，其中，包括：

如上述任意一项所述的电驱动关节模组。

有益效果：本申请采用无框力矩外转子电机，并将减速机嵌到电机定子内，达到减小驱动关节模组的体积。

附图说明

图1是本发明中电驱动关节模组的立体图。

图2是本发明中电驱动关节模组的截面图。

图3是本发明中电驱动关节模组的第一爆炸图。

图4是本发明中电驱动关节模组的第二爆炸图。

图5是本发明中电驱动关节模组的第三爆炸图。

图6是本发明中减速机的第一结构示意图。

图7时本发明中减速机的第二结构示意图。

附图标记说明：

1、定子法兰；1a、外侧壁；1b、内侧壁；1c、连接壁；2、电机转子；3、电机定子；4、转子输出轴；4a、通孔；5、轴承压盖；6、内齿圈；7、行星轮；8、行星轮轴承；9、行星销钉；10、行星轮轴衬套；11、太阳轮；12、穿线管；13、输出法兰；14、行星架轴承；15、输出法兰轴承衬套；16、行星架；17、法兰轴承、18、内齿圈压盖；19、电机后法兰；20、输出轴轴承；21、支承盖；22、编码器磁环；23、编码器读数头；24、编码器盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

请同时参阅图1-图7，本发明提供了一种电驱动关节模组的一些实施例。

如图1-图2以及图5所示，本发明的一种电驱动关节模组，包括：

定子法兰1，具有容纳空间；

输出法兰13，位于所述容纳空间内；

穿线管12，与所述输出法兰13连接；

减速机，所述减速机套设在所述穿线管12外；

电机转子2，与所述穿线管12连接；

电机定子3，设置于所述定子法兰1；

其中，所述电机定子3围绕所述减速机设置，所述电机转子2围绕所述电机定子3设置。

值得说明的是，本申请采用无框力矩外转子电机，并将减速机嵌到电机定子3内，达到减小驱动关节模组的体积。当然也减小了驱动关节模组的重量，从而减小足式机器人的整体重量，达到提高足式机器人续航能力的效果。

无框力矩电机：力矩电机采用的是恒磁阻无刷电机的设计，电机由环形定子和环形转子组成，定子不采用齿形叠片设计，而是由光滑的圆筒形的叠片构成，转子由多极稀土永磁磁极和环形空心轴构成，这种结构的特点是保证拥有较大的气隙，且整个工作气隙内磁阻是均匀的，因此电机具有无磁槽力矩的优点。力矩电机是一种特殊类型的永磁无刷同步电机，由于负载直接连接转子，不需要任何传动件，因此力矩电机属于直接驱动技术。力矩电机也是一种“无框”电机。也就是说电机没有外壳、轴承或测量系统。这些部件由机器制造商根据所需性能选择，或成套购买。与传统电机不同，力矩电机规格主要取决于扭矩，而不是功率。而且，最大扭矩决定了电机可实际产生的扭矩和连续扭矩决定电机能连续提供的扭矩。应用的负荷周期决定对最大扭矩或连续扭矩的依赖程度。

可以理解的是，本申请中电机定子3为环形定子，电机转子2为环形转子。穿线管12为中空管，穿线管12可供线路通过。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图4以及图5所示，所述定子法兰1包括：

外侧壁1a；

内侧壁1b，位于所述外侧壁1a内；

连接壁1c，所述连接壁1c的两端分别连接所述外侧壁1a和所述内侧壁1b。

具体地，定子法兰1包括三个部分，外侧壁1a、内侧壁1b以及连接壁1c。连接壁1c的两端分别连接外侧壁1a的底部和内侧壁1b的底部。连接壁1c呈环形，外侧壁1a连接在环形的连接壁1c的外侧，内侧壁1b连接在环形的连接壁1c的内测。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图3、图6以及图7所示，所述减速机包括：

内齿圈6，设置于所述内侧壁1b；

太阳轮11，套设在所述穿线管12外；

行星轮7，与所述输出法兰13转动连接，且所述行星轮7分别与所述内齿圈6、所述太阳轮11啮合。

减速机是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、摆线传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间起到减速增扭作用的传动装置，在二者之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

具体地，内齿圈6设置在内侧壁1b的顶部的内侧，为了限制内齿圈6的位移，防止内齿圈6的移动，在内侧壁1b上设置内齿圈6压盖，通过内齿圈6压盖和内侧壁1b夹持内齿圈6。此外，在内齿圈6的外侧设置若干个第一平面结构，在内侧壁1b上设置有第二平面结构，第一平面结构和第二平面结构采用面面接触，从而限定内齿圈6在周向上的移动。太阳轮11是指位于减速机中心的轮，行星轮7是指围绕在太阳轮11四周的。行星轮7两端分别与内齿圈6、太阳轮11啮合。行星轮7可以有多个，如图6和图7所示，采用3个行星轮7，可以提高减速机的稳定性。

减速机的内齿圈6通过过盈配合、涂胶等方式安装在定子法兰1上，同时通过内齿圈6压盖限制减速机内齿圈6的轴向运动，内齿圈6压盖通过螺纹紧固件固定在定子法兰1上。减速机的太阳轮11带动减速机行星轮7在减速机的内齿圈6内部既做绕着行星销钉9做自转运动，又绕着减速机太阳轮11做公转运动。

穿线管12通过螺纹紧固件固定在输出法兰13上，使得线缆通过中间孔的时候不直接跟高速运转的减速机的太阳轮11接触，而是和低速运转的穿线管12接触，已到减小线缆磨损的效果，同时使用耐磨损的密度小的材料制作穿线管12，穿线管12的外壁和减速机的太阳轮11的内壁应留有空隙，防止穿线管12和减速机太阳轮11之间的摩擦导致磨损。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图3、图6以及图7所示，所述输出法兰13上设置有行星架16；所述行星架16上设置有行星销钉9，所述行星轮7与所述行星销钉9转动连接。

具体地，为了进一步提高行星轮7转动的稳定性，在输出法兰13上设置行星架16，行星架16和输出法兰13分别位于行星轮7的上下两侧，并通过行星销钉9连接。行星轮7与所述行星销钉9通过行星轮轴承8转转动连接，行星轮轴承8对减速机行星轮7具有支承和限位的作用。行星轮轴承8有两个，两个行星轮轴承8之间设置有行星轮轴衬套10，行星轮轴衬套10对行星轮轴承8具有支撑和限位的作用。行星架轴承14位于行星架16和转子输出轴4之间，行星架轴承14对行星架16具有支承和限位的作用。

行星销钉9安装在行星架16上，同时通过螺纹紧固件将行星架16、行星销钉9、输出法兰13连为一体，这样减速机行星轮7的公转运动就能够转化为关节模组输出法兰13以中心轴为转轴的回转运动。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图4-图7所示，所述电机转子2通过转子输出轴4与所述穿线管12连接；所述转子输出轴4上设置有通孔4a，所述太阳轮11位于所述通孔4a内。

具体地，电机转子2通过转子输出轴4与穿线管12连接，从而电机转子2转动时，带动转子输出轴4、穿线管12以及输出法兰13转动。转子输出轴4上设置有通孔4a，太阳轮11位于通孔4a内，转子输出轴4通过太阳轮11与穿线管12连接。

转子输出轴4与电机转子2通过螺纹紧固件进行连接，使电机转子2的转动和转矩能够传递到转子输出轴4上；转子输出轴4与减速机的太阳轮11连接在一起，这样使得电机转子2的转动和转矩能够通过转子输出轴4传递到减速机太阳轮11上。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图5所示，所述电驱动关节模组还包括：

电机后法兰19，位于所述转子输出轴4背离所述连接壁1c的一侧；

所述电机后法兰19通过输出轴轴承20与所述转子输出轴4转动连接。

具体地，电机后法兰19与外侧壁1a的顶部连接，电机后法兰19通过输出轴轴承20与转子输出轴4转动连接。穿线管12穿过电机后法兰19。电机后法兰19与转子输出轴4之间有转子输出轴轴承，对转子输出轴4具有支承和限位的作用。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2以及图5所示，所述电驱动关节模组还包括：

支承盖21，设置于所述电机后法兰19；

编码器读数头23，设置于所述支承盖21；

编码器磁环22，围绕所述通孔4a的边缘设置。

编码器：编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

具体地，在电机后法兰19上设置支承盖21，并在支承盖21上设置编码器读数头23，编码器磁环22设置在转子输出轴4上，具体围绕在通孔4a外。穿线管12穿过支承盖21和编码器读数头23，从而穿线管12中的电线可以与编码器读数头23连接。

编码器磁环22通过过盈配合、涂胶等方式固定在转子输出轴44上，这样使得电机转子22的转动能够通过转子输出轴44传递到编码器磁环22上；

电机后法兰19通过螺纹紧固件、过盈配合、涂胶等方式与定子法兰1连接在一起，编码器读数头23安装支承盖21通过螺纹紧固件、过盈配合、涂胶等方式与电机后法兰19连接在一起，编码器读数头23通过纹紧固件、过盈配合、涂胶等方式与编码器读数头23安装支承盖21连接在一起；这样编码器读数头23就能读取编码器磁环22的转动位置，进而对关节模组进行伺服位置控制。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图5所示，所述电驱动关节模组还包括：

编码器盖24，与所述电机后法兰19连接；

所述支承盖21和所述编码器读数头23均位于所述编码器盖24内。

具体地，为了对编码器读数头23进行保护，在电机后法兰19上设置编码器盖24，将支承盖21和编码器读数头23罩在里面以保护编码器读数头23。编码器盖24通过螺纹紧固件、过盈配合、涂胶等方式与电机后法兰19连接在一起，对关节模组具有防尘防水的作用。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图5以及图6所示，所述输出法兰13位于所述内侧壁1b内，所述输出法兰13在所述内侧壁1b内转动，所述输出法兰13与所述内侧壁1b通过法兰轴承17转动连接。

具体地，输出法兰13位于内侧壁1b内，并可在内侧壁1b内转动。输出法兰13通过法兰轴承17与内侧壁1b的内侧转动连接。也即是说，定子法兰1和输出法兰13之间具有法兰轴承17，对输出法兰13具有支承和限位的作用。法兰轴承17有两个，两个法兰轴承17之间设置有输出法兰轴承衬套15。两个输出法兰轴承之间具有关节模组输出法兰轴承衬套15，对关节模组输出法兰轴承具有支撑和限位的作用。为了限制法兰轴承17的位移，在内侧壁1b的底部设置轴承压盖5，通过内侧壁1b和轴承压盖5夹持法兰轴承17。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2、图5以及图6所示，所述电机定子3设置于所述内侧壁1b外，所述电机定子3和所述外侧壁1a之间具有间隙，所述电机转子2位于所述间隙内，所述电机转子2在所述间隙内转动。

具体地，电机定子3围绕设置在内侧壁1b外，电机定子3于外侧壁1a之间具有间隙，电机转子2位于间隙内，并可在间隙内转动。电机定子3通过过盈配合、涂胶等方式固定在定子法兰1上；电机转子2属于外转子，安装在电机定子3的外圈，电机转子2与电机定子3之间有空隙，使得电机转子2可以相对电机定子3自由转动。

制动抱闸：制动抱闸在电机得电前是处于抱紧状态，使得电机不能转动，电机得电使能后，制动抱闸松开，这时就可以控制电机转动。制动抱闸的主要作用是机器因故障突然断电时，能使机器停止运作，不因惯性和重力等因素继续运转造成事故。

基于上述任意一实施例所述的电驱动关节模组，本发明还提供一种机器人的较佳实施例：

如图1所示，本发明实施例的一种机器人，包括：

如上述任意一实施例所述的电驱动关节模组。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电驱动关节模组，其特征在于，包括：

定子法兰，具有容纳空间；

输出法兰，位于所述容纳空间内；

穿线管，与所述输出法兰连接；

减速机，所述减速机套设在所述穿线管外；

电机转子，与所述穿线管连接；

电机定子，设置于所述定子法兰；

其中，所述电机定子围绕所述减速机设置，所述电机转子围绕所述电机定子设置。

2.根据权利要求1所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述定子法兰包括：

外侧壁；

内侧壁，位于所述外侧壁内；

连接壁，所述连接壁的两端分别连接所述外侧壁和所述内侧壁。

3.根据权利要求2所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述减速机包括：

内齿圈，设置于所述内侧壁；

太阳轮，套设在所述穿线管外；

行星轮，与所述输出法兰转动连接，且所述行星轮分别与所述内齿圈、所述太阳轮啮合。

4.根据权利要求3所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述输出法兰上设置有行星架；所述行星架上设置有行星销钉，所述行星轮与所述行星销钉转动连接。

5.根据权利要求3所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述电机转子通过转子输出轴与所述穿线管连接；所述转子输出轴上设置有通孔，所述太阳轮位于所述通孔内。

6.根据权利要求5所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述电驱动关节模组还包括：

电机后法兰，位于所述转子输出轴背离所述连接壁的一侧；

所述电机后法兰通过输出轴轴承与所述转子输出轴转动连接。

7.根据权利要求6所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述电驱动关节模组还包括：

支承盖，设置于所述电机后法兰；

编码器读数头，设置于所述支承盖；

编码器磁环，围绕所述通孔的边缘设置。

8.根据权利要求7所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述电驱动关节模组还包括：

编码器盖，与所述电机后法兰连接；

所述支承盖和所述编码器读数头均位于所述编码器盖内。

9.根据权利要求2所述的电驱动关节模组，其特征在于，所述输出法兰位于所述内侧壁内，所述输出法兰在所述内侧壁内转动，所述输出法兰与所述内侧壁通过法兰轴承转动连接；和/或

所述电机定子设置于所述内侧壁外，所述电机定子和所述外侧壁之间具有间隙，所述电机转子位于所述间隙内，所述电机转子在所述间隙内转动。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任意一项所述的电驱动关节模组。

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