CN118572934A - 一种水下双自由度一体化电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下双自由度一体化电机，水下双自由度一体化电机的工作原理为电机单元带动转轴转动，并将动力传递到谐波减速器单元，谐波减速器单元增大输出的力矩，刚轮法兰与输出轴相接。输出端的转动角度由输出端编码器进行测量。其中第一方向输出角度由第一输出端编码器通过齿轮传动方式采集到第一输出轴转动角度，第二方向输出角度采用外接形式，将第二输出端编码器安装在电机外部，通过防水线缆采集到第二输出轴转动角度，实现电机闭环控制。

Description

一种水下双自由度一体化电机
技术领域
本发明涉及水下机器人电机技术领域，具体涉及一种水下双自由度一体化电机。
背景技术
现有的水下机器人串联双自由度驱动机构多采用两个独立的电机驱动，其优点是模块化程度高，可维修性强。但是两个独立的驱动单元需要各自独立的驱动机构、控制系统以及活动线缆，导致驱动机构的空间和重量占比较大，严重限制了机器人推进性能的提升，同时也提高了机器人运动机构布线难度。为了满足对水下机器人推进性能、结构设计紧凑度和灵活性的高要求，如何提升电机力矩输出密度、实现驱动机构紧凑轻量一体化设计，成为迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种用于水下机器人关节的轻量化、紧凑型、高力矩输出密度的双自由度一体化集成电机，可以实现交叉方向的双自由度力矩输出。
本发明所采用的技术方案是一种水下双自由度一体化电机，包括第一方向力矩输出组件、第二方向力矩输出组件、壳体组件、电机控制器和供电线缆插接件；所述的第一方向力矩输出组件、第二方向力矩输出组件内置于壳体组件内，所述的电机控制器对所述的第一方向力矩输出组件、第二方向力矩输出组件进行控制，所述的供电线缆插接件与能源控制系统连接，所述的第一方向力矩输出组件包括第一输出轴、第一谐波减速器单元、第一电机单元、第一编码器单元和第一输出角度检测单元；
所述的第一谐波减速器单元包括第一波发生器、第一刚轮和第一柔轮，所述的第一电机单元包括第一深沟球轴承、第一转轴、第一转子、第二深沟球轴承、第一定子；所述第一转子和第一定子驱动第一转轴转动，所述的第一转轴与第一波发生器连接固定，第一柔轮与壳体连接，所述第一输出轴与第一刚轮连接；
所述的第一编码器单元包括第一电机端编码器和第一输出端编码器，所述的第一电机端编码器集成在电机控制器中，当第一转轴转动时，第一电机端编码器检测到第一转子角度，控制电机转动。
所述的第一输出角度检测单元由第一输出端角度检测传动轴、第一输出端角度检测主动齿轮、第一输出端角度检测从动齿轮组成; 第一输出端角度检测主动齿轮与第一输出轴连接固定，第一输出端角度检测从动齿轮与第一输出端角度检测传动轴连接固定，第一输出轴转动的角度通过齿轮传动方式传递到第一输出端角度检测传动轴上，第一输出端编码器安装在前端盖上，
所述的第二方向力矩输出组件包括第二输出轴、第二谐波减速器单元、第二电机单元、第二编码器单元；
所述第二谐波减速器单元包括第二波发生器、第二刚轮和第二柔轮，所述的第二电机单元包括第三深沟球轴承、第二转轴、第二转子、第四深沟球轴承 、第二定子;所述的第二转子和第二定子驱动第二转轴转动，第二转轴与第二波发生器连接，所述的第二柔轮与壳体连接，所述的第二输出轴与第二刚轮连接。
所述第二编码器单元包括第二电机端编码器和第二输出端编码器，第二电机端编码器安装壳体中，所述的第二输出端编码器安装在电机外部。
优选的，所述的第一输出端编码器用于测量第一方向关节输出角度。
优选的，所述的第一输出端角度检测传动轴转动时，第一输出端编码器用于测量第一方向关节输出角度。
优选的，所述的第二转轴转动时，第一电机端编码器检测到第二转子角度。
优选的，所述的第二输出端编码器用于测量第二方向关节输出角度。
优选的，所述的第一转轴靠近电机控制器侧安装有编码器磁环，所述的第一输出端角度检测传动轴靠近前端盖一侧安装有编码器磁环，所述的第二转轴靠近第二电机端编码器侧安装有编码器磁环。
优选的，还包括第一侧板输出法兰、轴承座、横板、第二侧板；所述的第一侧板与第二侧板分别与横板连接，所述的第一侧板与第二侧板内测安装有深沟球轴承，所述的轴承座与水下双自由度一体化电机连接，内部安装有双深沟球轴承，轴承内圈与输出法兰轴孔配合，所述的第二输出端编码器固定在第一侧板上。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于水下机器人关节的轻量化、紧凑型、高力矩输出密度的双自由度一体化集成电机，通过内置控制器与反馈装置可实现双自由度独立精确控制，密封结构设计可实现防水防腐，该电机高力矩输出密度、轻量化、集成化、防水防腐，对水下机器人推进技术的发展有着重要的意义。
附图说明
图1为本发明结构立体图。
图2为本发明结构剖视图。
图3为本发明结构侧视图。
图4为本发明结构局部剖视图。
图5为本发明驱动机构示意图。
图6为本发明电机闭环控制图。
图中标记：1-第一方向力矩输出组件，2-第二方向力矩输出组件，3-壳体组件，4-电机控制器， 5-供电线缆接插件;
101-第一输出轴;102-第一深沟球轴承;103-第一波发生器;104-第一柔轮;105-第一刚轮;106-第一转轴;107-第一转子;108-第二深沟球轴承;109-第一定子;110-第一输出端角度检测传动轴;111-第一输出端角度检测主动齿轮;112-第一输出端角度检测从动齿轮;113-第一输出端编码器;114-第一输出端角度检测线缆插接件; 201-第二电机端编码器;202-第四深沟球轴承;203-第二定子;204-第二转子;
205-第二转轴;206-第二刚轮;207-第二柔轮;208-第二输出轴;209-第三深沟球轴承; 210-第二波发生器;211-第二输出端编码器;
301-前端盖;302-壳体;303-后端盖;304-侧端盖;
601-第一侧板;602-输出法兰;603-轴承座;604-横板;605-第二侧板;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
针对背景技术描述的问题，本发明提供一种交叉方向力矩输出的水下双自由度一体化电机。本发明水下双自由度一体化电机，包括第一方向力矩输出组件1、第二方向力矩输出组件2、壳体组件3、电机控制器4和供电线缆插接件5，如图1-4所示，其中第一方向力矩输出组件1，包括第一输出轴101、第一谐波减速器单元、第一电机单元、第一编码器单元和第一输出角度检测单元。所述第一谐波减速器单元包括第一波发生器103、第一刚轮104和第一柔轮105，所述第一电机单元包括第一深沟球轴承102、第一转轴106、第一转子107、第二深沟球轴承 108、第一定子109;所述第一转子107和第一定子109驱动第一转轴106转动，第一转轴106 与第一波发生器103连接固定，第一柔轮105与壳体302连接固定，所述第一输出轴101与第一刚轮104连接固定。所述第一编码器单元包括第一电机端编码器和第一输出端编码器113，第一电机端编 码器板载集成在电机控制器4中，第一转轴106靠近电机控制器4侧安装有编码器磁环，当第一转轴106转动时，第一电机端编码器检测到第一转子107角度，从而控制电机的转动。 所述第一输出端编码器113用于测量第一方向关节输出角度，实现电机闭环控制。所述第一输出角度检测单元由第一输出端角度检测传动轴110、第一输出端角度检测 主动齿轮111、第一输出端角度检测从动齿轮112组成;所述主动齿轮111与第一输出轴101 连接固定，从动齿轮112与传动轴110连接固定。第一输出轴101转动的角度通过齿轮传动 方式传递到传动轴110上，传动轴110靠近前端盖301一侧安装有编码器磁环，第一输出端编码器113安装在前端盖301上。当传动轴110转动时，第一输出端编码器113检测到第一方向关节输出角度，第一输出端角度检测线缆插接件114安装在后端盖303上，后端盖303和侧端盖304分别与壳体302通过螺钉连接。
其中第二方向力矩输出组件2，包括第二输出轴208、第二谐波减速器单元、第二电机单元、第二编码器单元。 所述第二谐波减速器单元包括第二波发生器210、第二刚轮207和第二柔轮206，所述第二电机单元包括第三深沟球轴承209、第二转轴205、第二转子204、第四深沟球轴承 202、第二定子203;所述第二转子204和第二定子203驱动第二转轴205转动，第二转轴205 与第二波发生器210连接固定，第二柔轮206与壳体302连接固定，所述第二输出轴208与第 二刚轮207连接固定。所述第二编码器单元包括第二电机端编码器201和第二输出端编码器211，第二电机端 编码器201安装壳体302中，第二转轴靠近第二电机端编码器201侧安装有编码器磁环，当 第二转轴205转动时，第一电机端编码器检测到第二转子204角度，从而控制电机的转动。 所述第二输出端编码器用于测量第二方向关节输出角度，实现电机闭环控制。
本发明水下双自由度一体化电机，其中所述第一输出端角度检测传动轴110、壳体302、第一转轴106和第二转轴205处安装有编码器磁环。
如图5示，本发明提供的由水下双自由度一体化电机组成的水下双自由度驱动机构，包括水下双自由度一体化电机、第一侧板601、第二输出端编码器211、输出法兰602、轴承座603、横板604、第二侧板605。横板604可视为固定端，第一侧板601与第二侧板605分别与横板604固定连接。第一侧板601与第二侧板604内测安装有深沟球轴承，为水下双自由度一体化电机第二方向提供旋转支撑。轴承座603与水下双自由度一体化电机连接，内部安装有双深沟球轴承，为水下双自由度一体化电机第一方向提供旋转支撑，轴承内圈与输出法兰602轴孔配合。
第二输出端编码器211固定在第一侧板601上，当电机第二方向转动时，位于电机壳体302内部的编码器磁环与第二输出端编码器211产生相对运动。第二输出端编码器211产生的信号通过防水线缆传递到电机内部，完成第二方向输出端角度检测，实现电机闭环控制。具体的控制方案参考图6。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：包括第一方向力矩输出组件（1）、第二方向力矩输出组件（2）、壳体组件（3）、电机控制器（4）和供电线缆插接件（5）；所述的第一方向力矩输出组件（1）、第二方向力矩输出组件（2）内置于壳体组件（3）内，所述的电机控制器（4）对所述的第一方向力矩输出组件（1）、第二方向力矩输出组件（2）进行控制，所述的供电线缆插接件（5）与能源控制系统连接，所述的第一方向力矩输出组件（1）包括第一输出轴（101）、第一谐波减速器单元、第一电机单元、第一编码器单元和第一输出角度检测单元；
所述的第一谐波减速器单元包括第一波发生器（103）、第一刚轮（104）和第一柔轮（105），所述的第一电机单元包括第一深沟球轴承（102）、第一转轴（106）、第一转子（107）、第二深沟球轴承（108）、第一定子（109）；所述第一转子（107）和第一定子（109）驱动第一转轴（106）转动，所述的第一转轴（106）与第一波发生器（103）连接固定，第一柔轮（105）与壳体（302）连接，所述第一输出轴（101）与第一刚轮（104）连接；
所述的第一编码器单元包括第一电机端编码器和第一输出端编码器（113），所述的第一电机端编码器集成在电机控制器（4）中，当第一转轴（106）转动时，第一电机端编码器检测到第一转子（107）角度，控制电机转动；
所述的第一输出角度检测单元由第一输出端角度检测传动轴（110）、第一输出端角度检测主动齿轮（111）、第一输出端角度检测从动齿轮（112）组成; 第一输出端角度检测主动齿轮（111）与第一输出轴（101 ）连接固定，第一输出端角度检测从动齿轮（112）与第一输出端角度检测传动轴（110）连接固定，第一输出轴（101）转动的角度通过齿轮传动方式传递到第一输出端角度检测传动轴（110）上，第一输出端编码器（113）安装在前端盖（301）上，
所述的第二方向力矩输出组件（2）包括第二输出轴（208）、第二谐波减速器单元、第二电机单元、第二编码器单元；
所述第二谐波减速器单元包括第二波发生器（210）、第二刚轮（207）和第二柔轮（206），所述的第二电机单元包括第三深沟球轴承（209）、第二转轴（205）、第二转子（204）、第四深沟球轴承 （202）、第二定子（203）;所述的第二转子（204）和第二定子（203）驱动第二转轴（205）转动，第二转轴（205）与第二波发生器（210）连接，所述的第二柔轮（206）与壳体（302）连接，所述的第二输出轴（208）与第二刚轮（207）连接；
所述第二编码器单元包括第二电机端编码器（201）和第二输出端编码器（211），第二电机端编码器（201）安装壳体（302）中，所述的第二输出端编码器（211）安装在电机外部。
2.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：所述的第一输出端编码器（113）用于测量第一方向关节输出角度。
3.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：所述的第一输出端角度检测传动轴（110）转动时，第一输出端编码器（113）用于测量第一方向关节输出角度。
4.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：所述的第二转轴（205）转动时，第一电机端编码器检测到第二转子（204）角度。
5.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：所述的第二输出端编码器（211）用于测量第二方向关节输出角度。
6.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：所述的第一转轴（106）靠近电机控制器（4）侧安装有编码器磁环，所述的第一输出端角度检测传动轴（110）靠近前端盖（301）一侧安装有编码器磁环，所述的第二转轴（205）靠近第二电机端编码器（201）侧安装有编码器磁环。
7.根据权利要求1所述的一种水下双自由度一体化电机，其特征在于：还包括第一侧板（601）输出法兰（602）、轴承座（603）、横板（604）、第二侧板（605）；所述的第一侧板（601）与第二侧板（605）分别与横板（604）连接，所述的第一侧板（601）与第二侧板（605）内测安装有深沟球轴承，所述的轴承座（603）与水下双自由度一体化电机连接，内部安装有双深沟球轴承，轴承内圈与输出法兰（602）轴孔配合，所述的第二输出端编码器（211）固定在第一侧板（601）上。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201808064U (zh) * 2010-09-27 2011-04-27 中国科学院深圳先进技术研究院 单自由度旋转装置
US20130257230A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Korea Institute Of Machinery & Materials Hollow driving module
CN109551513A (zh) * 2019-01-28 2019-04-02 河北工业大学 一种多功能高度集成模块化机器人关节
CN209491760U (zh) * 2018-12-19 2019-10-15 浙江双环传动机械股份有限公司 高集成度机电控一体化机器人关节模组
WO2021062637A1 (zh) * 2019-09-30 2021-04-08 深圳市优必选科技股份有限公司 集成关节及机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201808064U (zh) * 2010-09-27 2011-04-27 中国科学院深圳先进技术研究院 单自由度旋转装置
US20130257230A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Korea Institute Of Machinery & Materials Hollow driving module
CN209491760U (zh) * 2018-12-19 2019-10-15 浙江双环传动机械股份有限公司 高集成度机电控一体化机器人关节模组
CN109551513A (zh) * 2019-01-28 2019-04-02 河北工业大学 一种多功能高度集成模块化机器人关节
WO2021062637A1 (zh) * 2019-09-30 2021-04-08 深圳市优必选科技股份有限公司 集成关节及机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏春风;王明娣;钟康民;: "基于蜗杆蜗轮与曲柄连杆传动的机械手内抓取装置", 机械传动, no. 09, 15 September 2016 (2016-09-15) *

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