CN115582856A - 机器人及关节模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人及关节模组，关节模组包括外壳、定子组件、转子组件、太阳轮、行星轮组件以及力矩输出件，其中，外壳内设有容纳腔，定子组件、转子组件、太阳轮、行星轮组件以及力矩输出件均设置在容纳腔内。并且转子组件与外壳转动连接，定子组件套设在转子组件外，并且定子组件与外壳相固定。太阳轮与转子组件连接，太阳轮能与转子组件同步转动。行星轮组件与太阳轮传动配合，力矩输出件可转动地设置在外壳上，并且力矩输出件与行星轮组件连接，力矩输出件能与行星轮组件同步转动。上述关节模组省去了中间冗余的连接结构，使得关节模组结构简化，缩短了关节模组的整体轴向长度。

Description

机器人及关节模组

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人及关节模组。

背景技术

随着自动化技术的发展以及人口老龄化导致的人力成本增加，各种功能的机器人已经出现在了各行各业中，机器人的执行机构通常设有关节模组，以实现执行机构各部分的相对转动。

一般的关节模组多采用电机与减速机组合的方案，电机与减速机在轴向方向上通过中间部件连接连接，导致关节模组的结构复杂，整体轴向长度过长。

发明内容

基于此，有必要针对如何简化关节模组结构，缩短关节模组的整体轴向长度问题，提供一种机器人机关节模组。

一方面，本申请提供一种关节模组，包括：

外壳，所述外壳内设有容纳腔；

转子组件，所述转子组件设置在所述容纳腔内，并与所述外壳转动连接；

定子组件，所述定子组件套设在所述转子组件外，并且所述定子组件与所述外壳相固定；

太阳轮，所述太阳轮与所述转子组件连接，所述太阳轮能与所述转子组件同步转动；

行星轮组件，所述行星轮组件与所述太阳轮传动配合；以及，

力矩输出件，所述力矩输出件可转动地设置在所述外壳上，并且所述力矩输出件与所述行星轮组件连接，所述力矩输出件能与所述行星轮组件同步转动。

上述关节模组采用内转子电机与行星减速器一体化设计，使行星减速器的太阳轮直接连接至内转子电机的转子组件上，从而通过转子组件带动太阳轮转动，太阳轮转动带动行星轮组件绕太阳轮转动，从而实现速度调配，经过行星轮组件调速后，行星轮组件带动力矩输出件同步转动，从而实现力矩输出。通过使行星减速器的太阳轮直接连接至内转子电机的转子组件上，省去了中间冗余的连接结构，从而使得关节模组结构简化，缩短了关节模组的整体轴向长度。并且通过通过将定子组件套设在转子组件外以形成内转子电机结构，相比于传统关节模组采用的外转子电机，内转子电机的输出转接以及固定结构都更为简单，进一步简化了关节模组的结构。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述第一端盖开设有减重孔。

在其中一个实施例中，所述转子组件包括：

转轴法兰，所述转轴法兰与所述外壳转动连接，所述转轴法兰与所述太阳轮连接；

转子磁轭，所述转子磁轭固定于所述转轴法兰上；

永磁体，所述永磁体沿周向布置在所述转子磁轭的外圈上并与所述定子组件相对。

在其中一个实施例中，所述太阳轮包括轴部以及设在所述轴部外周上的齿部，所述轴部的一端与所述转轴法兰固定连接，所述轴部的另一端与所述力矩输出件转动连接，所述齿部与所述行星轮组件啮合配合。

在其中一个实施例中，所述行星轮组件包括：

保持架，所述保持架包括转盘以及设置在所述转盘上的支撑轴，所述转盘与所述力矩输出件连接；

行星轮组，所述行星轮组可转动地设置在所述支撑轴上并与太阳轮啮合配合。

在其中一个实施例中，所述关节模组还包括内齿圈，所述内齿圈套设在所述行星轮组件外并与所述外壳固定连接，所述行星轮组包括第一行星轮以及第二行星轮，所述第一行星轮与所述第二行星轮均套设在所述支撑轴上，所述第一行星轮与所述太阳轮啮合，所述第二行星轮与所述内齿圈啮合。

在其中一个实施例中，所述行星轮组设置有至少两组，至少两组所述行星轮组间隔地布置在所述太阳轮的外周。

在其中一个实施例中，所述关节模组还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述外壳上并与所述转子组件相对设置，所述霍尔传感器用于检测所述转子组件相对所述定子组件转过的角度。

另一方面，本申请还提供一种机器人，包括上述的关节模组。

上述机器人采用了前述的关节模组，关节模组采用内转子电机与行星减速器一体化设计，使行星减速器的太阳轮直接连接至内转子电机的转子组件上，从而通过转子组件带动太阳轮转动，太阳轮转动带动行星轮组件绕太阳轮转动，从而实现速度调配，经过行星轮组件调速后，行星轮组件带动力矩输出件同步转动，从而实现力矩输出。通过使行星减速器的太阳轮直接连接至内转子电机的转子组件上，省去了中间冗余的连接结构，从而使得关节模组结构简化，缩短了关节模组的整体轴向长度。并且通过通过将定子组件套设在转子组件外以形成内转子电机结构，相比于传统关节模组采用的外转子电机，内转子电机的输出转接以及固定结构都更为简单，进一步简化了关节模组的结构，进而简化了机器人的结构。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例的关节模组的结构示意图；

图2为图1中所示的关节模组的结构剖视图；

图3为图1中所示的关节模组的结构爆炸图。

附图标记说明：

10、外壳；11、主壳体；12、第一端盖；13、第二端盖；21、定子组件；22、转子组件；221、永磁体；222、转子磁轭；223、转轴法兰；31、太阳轮；311、轴部；312、齿部；32、行星轮组件；321、保持架；322、第一行星轮；323、第二行星轮；33、内齿圈；40、力矩输出件；51、第一轴承；52、第二轴承；53、第三轴承；60、霍尔传感器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

具体地，本申请一方面提供一种关节模组，用于在机器人或其他领域中驱动机构转动。参阅图1-3，图1-3示出了本发明一实施例中的关节模组的结构示意图。具体地，一实施例的关节模组包括外壳10、定子组件21、转子组件22、太阳轮31、行星轮组件32以及力矩输出件40，其中，外壳10内设有容纳腔，定子组件21、转子组件22、太阳轮31、行星轮组件32以及力矩输出件40均设置在容纳腔内。并且转子组件22与外壳10转动连接，定子组件21套设在转子组件22外，并且定子组件21与外壳10相固定。太阳轮31与转子组件22连接，太阳轮31能与转子组件22同步转动。行星轮组件32与太阳轮31传动配合，力矩输出件40可转动地设置在外壳10上，并且力矩输出件40与行星轮组件32连接，力矩输出件40能与行星轮组件32同步转动。

具体地，通过将定子组件21套设在转子组件22外以形成内转子电机结构，太阳轮31与行星轮组件32传动配合形成行星减速机结构。从而通过对定子组件21的线圈供电，定子组件21的线圈与转子组件22的磁体发生电磁效应，从而使得转子组件22相对定子组件21转动，进而带些太阳轮31转动。太阳轮31与行星轮组件32传动配合，太阳轮31转动能带动行星轮组件32的行星轮自转的同时绕太阳轮31公转，从而实现速度调配，行星轮组件32又与力矩输出件40连接，从而行星轮组件32绕太阳轮31公转能带动力矩输出件40同步转动，从而使得力矩输出件40输出转动力矩。

上述关节模组采用内转子电机与行星减速器一体化设计，使行星减速器的太阳轮31直接连接至内转子电机的转子组件22上，从而通过转子组件22带动太阳轮31转动，太阳轮31转动带动行星轮组件32绕太阳轮31转动，从而实现速度调配，经过行星轮组件32调速后，行星轮组件32带动力矩输出件40同步转动，从而实现力矩输出。通过使行星减速器的太阳轮31直接连接至内转子电机的转子组件22上，省去了中间冗余的连接结构，从而使得关节模组结构简化，缩短了关节模组的整体轴向长度。并且通过通过将定子组件21套设在转子组件22外以形成内转子电机结构，相比于传统关节模组采用的外转子电机，内转子电机的输出转接以及固定结构都更为简单，进一步简化了关节模组的结构。

进一步地，壳体包括主壳体11以及与主壳体11连接的第一端盖12，主壳体与第一端盖12限定形成容纳腔，主壳体11远离第一端盖12的一端设有输出口，力矩输出件40至少部分可转动地穿出输出口。进一步地，转子组件22与第一端盖12转动连接。通过主壳体11与第一端盖12将内转子电机与行星减速器的各个部件封存于容纳腔内，使得内转子电机与行星减速器形成一体化结构，节省了空间，使用和运送更为便捷。

进一步地，第一端盖12开设有减重孔。通过减重孔能有效减小第一端盖12的重量，从而减小关节模组的整体重量。较佳地，第一盖体设有多个减重孔，多个减重孔间隔设置，通过多个减重孔能进一步地减小第一端盖12的重量。进一步地，主壳体11采用薄壁设计，从而进一步降低关节模组的整体重量。

进一步地，关节模组还包括第一轴承51以及第二端盖13，第一轴承51设置在输出口内，并且第一轴承51的内圈与力矩输出件40套设在力矩输出件40外，第一轴承51的外圈与主壳体11连接，从而实现力矩输出件40与外壳10的相对转动。进一步地，第二端盖13与主壳体11连接，第二端盖13用于阻挡第一轴承51，从而避免第一轴承51从输出口脱出。进一步地，关节模组还包括第二轴承52，转子组件22通过第二轴承52与第一端盖12转动连接。通过第一轴承51与第二轴承52，能使得力矩输出件40以及转子组件22的转动更为平稳流畅。

参见图2，转子组件22包括转轴法兰223、转子磁轭222以及永磁体221。具体地，转轴法兰223与外壳10转动连接并与太阳轮31连接。较佳地，转轴法兰223通过第二轴承52与第一端盖12转动连接。转轴法兰223设有轴孔，太阳轮31的部分穿设在轴孔内，并与转轴法兰223中部转动。转子磁轭222固定于转轴法兰223上，较佳地，转子磁轭222为环形结构并且转子磁轭222的中心轴线与转轴法兰223的中心轴线重合；永磁体221沿周向布置在转子磁轭222的外圈上并与定子组件21相对。永磁体221用于与定子组件21配合，从而实现驱动转子磁轭222以及转轴法兰223转动。进一步地，在其中一个实施例中永磁体221可以为环形磁体，环形磁体套设在转子磁轭222的外圈上。或者在另一个实施例中，永磁体221包括多个磁片，多个磁片沿转子磁轭222的是我周向均匀布置在转子磁轭222的外圈上。

太阳轮31包括轴部311以及设在轴部311外周上的齿部312，轴部311的一端与转轴法兰223固定连接。较佳地，轴部311的一端穿设在转轴法兰223的轴孔内，并且轴部311与转轴法兰223通过平键连接，从而实现同步转动。进一步地，轴部311的另一端与力矩输出件40转动连接，较佳地，轴部311的另一端通过第三轴承53与力矩输出件40转动连接，从而使得太阳轮31的另一端得到支撑的同时不影响力矩输出件40的转动。进一步地，齿部312与行星轮组件32啮合配合。

具体地，行星轮组件32包括保持器以及行星轮组，保持架321包括转盘以及设置在转盘上的支撑轴，转盘与力矩输出件40连接，从而使得力矩输出件40与保持架321同步转动。行星轮组可转动地设置在支撑轴上并与太阳轮31啮合配合，从而当太阳轮31转动时，能带动行星轮组绕支撑轴自转的同时能使得行星轮组与保持架321绕太阳轮31进行公转，从而带动力矩输出件40转动。并且通过调整太阳轮31的齿部312与行星轮组的齿数比即可实现调速。

进一步地，关节模组还包括内齿圈33，内齿圈33套设在行星轮组件32外并与外壳10固定连接，具体地，内齿圈33为环形结构，内齿圈33的内圈面上设置有齿牙。进一步地，行星轮组包括第一行星轮322以及第二行星轮323，第一行星轮322与第二行星轮323均套设在支撑轴上，即第一行星轮322与第二行星轮323同轴设置。其中第一行星轮322与太阳轮31啮合，第二行星轮323与内齿圈33啮合。通过第一行星轮322与太阳轮31啮合，第二行星轮323与内齿圈33啮合，使得太阳轮31与内齿圈33分别从行星轮组的内外两侧对行星轮组进行引导，提高了行星轮组件32绕太阳轮31公转时的平稳性。

进一步地，行星轮组设置有至少两组，至少两组行星轮组间隔地布置在太阳轮31的外周。对应地，保持架321的转盘上设有至少两个支撑轴，每个支撑柱轴对应设有一组行星轮组。例如在本实施例中，转盘上设有三个支撑轴，每个支撑轴上均套设有一组行星轮组。即设有三组行星轮组。进一步地，三组行星轮组的均匀分布，相邻两组行星轮组之间所对应的圆心角为120°。通过设置之少两组行星轮组，提高了保持架321以及力矩输出件40的转动平稳性，提高了力矩输出件40的力矩输出能力。

参见图2-3，关节模组还包括霍尔传感器60，霍尔传感器60设置在外壳10上并与转子组件22相对设置，霍尔传感器60用于检测转子组件22相对定子组件21转过的角度。具体地，霍尔传感器60能够通过霍尔效应感应由永磁体221旋转运动造成的空间磁场变化，且能将这一磁场变化转化为电压信号的变化，并能通过后续的信号处理系统对霍尔传感器60输出的电压信号进行计算处理，最终实现对转子组件22转动角度的检测。进一步地，霍尔传感器60包括电路板以及设置在电路板上的霍尔元件。较佳地，霍尔元件设置有多个，多个霍尔元件沿圆周方向间隔设置在电路板上。进一步地，霍尔元件为贴片式霍尔，贴片式霍尔焊接在电路板上，从而能有效节省关节模组的内部空间。

进一步地，本申请另一方面还提供一种机器人，一实施例的机器人包括上述任一实施例的关节模组。具体地，关节模组设置在机器人的执行机械臂上，从而驱动机器人执行机械臂各部分的相对转动。

上述机器人采用了前述的关节模组，关节模组采用内转子电机与行星减速器一体化设计，使行星减速器的太阳轮31直接连接至内转子电机的转子组件22上，从而通过转子组件22带动太阳轮31转动，太阳轮31转动带动行星轮组件32绕太阳轮31转动，从而实现速度调配，经过行星轮组件32调速后，行星轮组件32带动力矩输出件40同步转动，从而实现力矩输出。通过使行星减速器的太阳轮31直接连接至内转子电机的转子组件22上，省去了中间冗余的连接结构，从而使得关节模组结构简化，缩短了关节模组的整体轴向长度。并且通过通过将定子组件21套设在转子组件22外以形成内转子电机结构，相比于传统关节模组采用的外转子电机，内转子电机的输出转接以及固定结构都更为简单，进一步简化了关节模组的结构，进而简化了机器人的结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

Claims (10)

1.一种关节模组，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳内设有容纳腔；

转子组件，所述转子组件设置在所述容纳腔内，并与所述外壳转动连接；

定子组件，所述定子组件套设在所述转子组件外，并且所述定子组件与所述外壳相固定；

太阳轮，所述太阳轮与所述转子组件连接，所述太阳轮能与所述转子组件同步转动；

行星轮组件，所述行星轮组件与所述太阳轮传动配合；以及，

力矩输出件，所述力矩输出件可转动地设置在所述外壳上，并且所述力矩输出件与所述行星轮组件连接，所述力矩输出件能与所述行星轮组件同步转动。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述壳体包括主壳体以及与所述主壳体连接的第一端盖，所述主壳体与所述第一端盖限定形成所述容纳腔，所述主壳体远离所述第一端盖的一端设有输出口，所述力矩输出件的至少部分可转动地穿出所述输出口，所述转子组件与所述第一端盖转动连接。

3.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于，所述第一端盖开设有减重孔。

4.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述转子组件包括：

转轴法兰，所述转轴法兰与所述外壳转动连接，所述转轴法兰与所述太阳轮连接；

转子磁轭，所述转子磁轭固定于所述转轴法兰上；

永磁体，所述永磁体沿周向布置在所述转子磁轭的外圈上并与所述定子组件相对。

5.根据权利要求4所述的关节模组，其特征在于，所述太阳轮包括轴部以及设在所述轴部外周上的齿部，所述轴部的一端与所述转轴法兰固定连接，所述轴部的另一端与所述力矩输出件转动连接，所述齿部与所述行星轮组件啮合配合。

6.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述行星轮组件包括：

保持架，所述保持架包括转盘以及设置在所述转盘上的支撑轴，所述转盘与所述力矩输出件连接；

行星轮组，所述行星轮组可转动地设置在所述支撑轴上并与太阳轮啮合配合。

7.根据权利要求6所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组还包括内齿圈，所述内齿圈套设在所述行星轮组件外并与所述外壳固定连接，所述行星轮组包括第一行星轮以及第二行星轮，所述第一行星轮与所述第二行星轮均套设在所述支撑轴上，所述第一行星轮与所述太阳轮啮合，所述第二行星轮与所述内齿圈啮合。

8.根据权利要求6所述的关节模组，其特征在于，所述行星轮组设置有至少两组，至少两组所述行星轮组间隔地布置在所述太阳轮的外周。

9.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述外壳上并与所述转子组件相对设置，所述霍尔传感器用于检测所述转子组件相对所述定子组件转过的角度。

10.一种机器人，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任一项所述的关节模组。

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