CN206883635U - 关节型机器人及其直线驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种关节型机器人及其直线驱动器，包括外壳、设置在外壳内并依次布置的驱动电机、减速器、螺杆和推杆，其中，驱动电机的输出轴与减速器相连，螺杆与减速器的输出轴连接并与减速器的输出轴同步转动，该螺杆的轴线与驱动电机的输出轴共线，上述的推杆与螺杆螺纹连接并沿螺杆的轴线直线运动，该推杆沿螺杆移动时导电部件的电阻值发生变化，传感器用于获取导电部件的电阻值，并通过控制模块与驱动电机信号连接。本申请中的直线驱动器，通过驱动电机的工作带动螺杆的转动，实现推杆的直线运动，完成直线驱动，通过传感器获取导电部件的电阻值从而确定推杆的位置，并通过控制模块实现信号的反馈，从而提高了直线驱动器的控制性能。

Description

关节型机器人及其直线驱动器

技术领域

本实用新型涉及家用机器人技术领域，具体的说，涉及一种关节型机器人及其直线驱动器。

背景技术

当今关节型机器人发展迅速，仿人型家用机器人作为家庭娱乐、教育消费品，大量涌入市场。现有的直线驱动器通常使用大模数齿轮，一般尺寸较大，并且缺少传感器反馈运动信息，从而导致控制性能较差。

因此，提供一种关节型机器人的直线驱动器，以提高控制性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种关节型机器人的直线驱动器，以提高控制性能。本实用新型还提供了一种具有上述直线驱动器的关节型机器人。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种关节型机器人的直线驱动器，其包括：

外壳；

设置在所述外壳内并依次布置的驱动电机、减速器、螺杆和推杆，其中，所述驱动电机的输出轴与所述减速器相连，所述螺杆与所述减速器的输出轴连接并与所述减速器的输出轴同步转动，所述螺杆的轴线与所述驱动电机的输出轴共线，所述推杆与所述螺杆螺纹连接并沿所述螺杆的轴线直线运动，所述推杆沿所述螺杆移动时导电部件的电阻值发生变化；

用于获取所述导电部件电阻值的传感器；

与所述驱动电机和所述传感器信号连接的控制模块。

优选的，上述的直线驱动器中，所述减速器为行星减速器。

优选的，上述的直线驱动器中，所述行星减速器的齿轮和所述推杆的材料均为聚醚醚酮、不锈钢或尼龙。

优选的，上述的直线驱动器中，所述螺杆可转动的设置在所述外壳内部的深沟球轴承内。

优选的，上述的直线驱动器中，所述导电部件包括电刷和滑片电阻，且所述电刷和所述滑片电阻一者设置在所述推杆上，另一者设置在所述外壳内壁。

优选的，上述的直线驱动器中，所述电刷固定在所述推杆上，所述滑片电阻设置在所述外壳内壁。

优选的，上述的直线驱动器中，所述传感器安装在所述推杆和所述外壳之间。

优选的，上述的直线驱动器中，所述传感器为碳膜电阻式传感器。

优选的，上述的直线驱动器中，所述控制模块集成在集成电路板上，且所述集成电路板安装在所述外壳内部。

一种关节型机器人，包括直线驱动器，其中，所述直线驱动器为如上述任一项所述的直线驱动器，所述直线驱动器为防水直线驱动器。

经由上述的技术方案可知，本实用新型公开了一种关节型机器人的直线驱动器，包括外壳、设置在外壳内并依次布置的驱动电机、减速器、螺杆和推杆，其中，驱动电机的输出轴与减速器相连，螺杆与减速器的输出轴连接并与减速器的输出轴同步转动，该螺杆的轴线与驱动电机的输出轴共线，上述的推杆与螺杆螺纹连接并沿螺杆的轴线直线运动，该推杆沿螺杆移动时导电部件的电阻值发生变化，传感器用于获取导电部件的电阻值，并通过控制模块与驱动电机信号连接。本申请中的直线驱动器，通过驱动电机的工作带动螺杆的转动，实现推杆的直线运动，完成直线驱动，此外，通过传感器获取导电部件的电阻值从而确定推杆的位置，并通过控制模块实现信号的反馈，从而提高了直线驱动器的控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的直线驱动器的外壳的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的直线驱动器的内部推杆内缩时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的直线驱动器的部分结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的直线驱动器的减速器拆解结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的直线驱动器的推杆外伸结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种关节型机器人的直线驱动器，以提高控制性能。本实用新型的另一核心是提供了一种具有上述直线驱动器的关节型机器人。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5所示，本实用新型公开了一种关节型机器人的直线驱动器，包括外壳1、设置在外壳1内并依次布置的驱动电机2、减速器3、螺杆4和推杆5，其中，驱动电机2的输出轴与减速器3相连，螺杆4与减速器3的输出轴连接并与减速器3的输出轴同步转动，该螺杆4的轴线与驱动电机2的输出轴共线，上述的推杆5与螺杆4螺纹连接并沿螺杆4的轴线直线运动，该推杆5沿螺杆4移动时导电部件的电阻值发生变化，传感器用于获取导电部件的电阻值，并通过控制模块与驱动电机2信号连接。本申请中的直线驱动器，通过驱动电机的工作带动螺杆的转动，实现推杆5的直线运动，完成直线驱动，此外，通过传感器获取导电部件的电阻值从而确定推杆5的位置，并通过控制模块实现信号的反馈，从而提高了直线驱动器的控制性能。

将螺杆4的轴线与驱动电机2的输出轴的轴线设置为共线可减小直线驱动器纵向的宽度。

对上述各个部件进行单独说明：

外壳1包括后端盖101、电机外壳102、减速箱外壳103和推杆外壳104以及前端盖105。其中，后端盖101、电机外壳102、减速箱外壳103、推杆外壳104与前端盖105依次通过外螺钉同轴连接形成筒状结构，电机外壳102后端与后端盖101螺纹连接，由后端盖101密封，从而形成整体的外壳1结构，外壳1的内部具有51mm x 15mm x 10mm的立方体空间。后端盖101、电机外壳102、减速箱外壳103、推杆外壳104与前端盖105之间均设置可防水的密封圈，以使外壳1具有防水功能，便于关节型机器人进行水下作业。上述电机外壳102内部安装有驱动电机2，减速箱外壳103内安装有减速器3，推杆外壳104内安装有推杆5。减速箱外壳103左端设计有定位台肩用来定位驱动电机2，推杆外壳104前端与前端盖105螺纹连接，且前端盖105端面上开有通孔，为推杆伸缩孔，并用于周向定位推杆5，为推杆5的伸缩运动导向，实现推杆5沿螺杆4的轴线移动。

此外，本申请中的驱动电机2的一端与后端盖101贴合，实现驱动电机2轴向定位，驱动电机2的输出轴连接减速器3的输入轴。本申请中的驱动电机2可以是有刷空心杯电机、无刷空心杯电机、有刷铁芯电机或无刷铁芯电机。

具体的实施例中，为了保证驱动电机2的输出轴与螺杆4的轴线共线，同时降低驱动电机2的转速，将减速器3设置为行星减速器。具体的，本申请中的行星减速器可为具有一级或多级结构相同的行星齿轮齿轮系(本实施例中减速器具有两级行星齿轮轮系)，随减速器3所采用行星齿轮轮系数量的增加，可使驱动电机2的输出轴运动速度下降幅度增加，进而使最终推杆4输出力增加。对于一级行星齿轮轮系具体包括一个太阳轮301、三个行星轮302与一个行星架303；同时减速箱外壳103的内部周向上设计有内齿结构304，作为减速器3的内齿轮。上述行星齿轮采用微型行星齿轮设计方法设计，所使用的模数可以是0.1、0.12、0.15、0.16、0.18、0.2或0.25模。

当减速器设计具有一级行星齿轮轮系时，具体安装方式为：三个行星轮302周向均布，通过转轴安装于行星架303后侧面上；行星架前侧面同轴安装螺杆4。太阳轮301固定安装于驱动电机2的输出轴上；且太阳轮301与三个行星轮均302啮合，同时三个行星轮302均与减速箱外壳103内部周向内齿结构304啮合。由此，驱动电机2的输出轴运动可带动太阳轮301转动，由太阳轮301带动三个行星轮302转动，进而带动行星架303与螺杆4转动；最终使驱动电机2的输出轴的运动经过行星齿轮轮系减速后传递至螺杆4。

当减速器3设计具有一级以上的行星齿轮轮系时，具体安装方式为：各级行星齿轮轮系由后至前设置。为便于说明，令由后至前各级行星齿轮轮系分别为1、2、3、……、i、……、n级行星齿轮轮系；其中太阳轮分别为1、2、3、……、i、……、n级太阳轮；行星轮分别为1、2、3、……、i、……、n行星轮；行星架分别为1、2、3、……、i、……、n级行星架。则1级行星齿轮轮系中，三个1级行星轮周向均布，通过转轴安装于1级行星架后侧面上；1级行星架前侧面同轴安装2级太阳轮。1级太阳轮固定安装于驱动电机2的输出轴上；且1级太阳轮与三个1级行星轮啮合。n级行星齿轮轮吸中，三个n级行星轮周向均布，通过转轴安装于n级行星架后侧面上；n级行星架前侧面同轴安装螺杆4。而对于相邻两级行星齿轮轮系间的连接方式为：i+1级行星齿轮轮系中，i+1级太阳轮与外壳同轴设置，固定安装于i级行星架前端面上，且与三个i级行星轮啮合。上述各级齿轮轮系中的三个行星轮均与减速箱外壳103内部周向内齿结构304啮合。由此，驱动电机的输出轴运动可带动1级太阳轮转动，由1级太阳轮带动三个1级行星轮转动，进而带动1级行星架及2级太阳轮转动，由2级太阳轮带动三个2级行星轮转动，最终带动2级行星轮架转动，3～n级行星齿轮减速器的传动方式同1级与2级间的传动方式，因此最终会带动n级行星架与螺杆4转动，最终使驱动电机2输出轴的运动经过n级行星齿轮轮系减速后传递至螺杆4。

上述的减速器3的每一级的行星齿轮个数也可以为4个，同样为均布布置。

本申请中行星减速器的齿轮的材料为PEEK(聚醚醚酮)，聚醚醚酮的耐磨性能好，可以延长直线驱动器的使用寿命。此外，该行星减速器的齿轮的材料还可为不锈钢或尼龙。

同理，可将推杆5的材料也设置为聚醚醚酮，同时，该推缸5的材料也可为不锈钢或尼龙。

螺杆4后端与推杆外壳104周向上通过轴承6连接，轴承6外圈的左右定位分别通过在减速箱外壳103前端和推杆外壳104后端内壁周向上设计的台肩实现；轴承6内圈的左右定位分别通过2级行星架前侧面以及螺杆4上套接的定位螺母7实现。螺杆4的输出端为外螺纹段，绝缘材料的推杆5与螺杆4输出端间螺纹套接，使螺杆4与推杆5间形成螺旋传动。轴承6为深沟球轴承，能够实现径向和轴箱双向运动。

推杆5后端设计为矩形截面，同时将推杆外壳104内设计为与推杆5后端截面相同的矩形通道，由此通过推杆5后端与推杆外壳104内壁面间配合，推杆5后端的截面也可以为其它非圆形形状(不限定形状)，推杆外壳104内设计为与推杆5后端截面相同的通道，限制了推杆5在推杆外壳104内的转动运动，由此螺杆4的转动仅可带动推杆5沿壳体轴向直线运动，使推杆5由前端盖105上的推杆伸缩孔处伸缩。且当推杆5处于收缩状态时，推杆5前端端面与前端盖105的前端面齐平，如图2所示；推杆5处于伸出状态时如图5所示。

带位置反馈的直线驱动器带有传感器，可以用来反馈位置信息。具体的传感器可以为碳膜电阻式传感器，还可以是容栅式传感器、光栅式传感器或磁栅式传感器，本申请中的传感器安装在推杆5和推杆外壳104之间。所述的传感器还可以直接安装在驱动电机2的输出轴上，直接监测驱动电机2的运动信息。

在一具体实施中，上述的导电部件包括电刷8和滑片电阻9，并按以下形式安装：上述推杆5后端外侧壁上安装有电刷8，同时在推杆外壳104内壁上安装有条形的滑片电阻9，滑片电阻9沿推杆外壳104轴向设置，安装后保证电刷8与滑片电阻9接触。由此，在推杆5移动过程中，电刷8可在滑片电阻9的表面沿外壳1的轴向滑动，且电刷8的引脚电阻会发生变化，从而可以反映出推杆5的位置，最终通过读取电刷8的电阻值变化来监测推杆5的伸出长度。

传感器连接集成电路板，上述的控制器集成在集成电路板上，集成电路板设置于外壳1内，实现对推杆5位置的控制，无需直线驱动器再外接电路板；集成电路板为柔性板，体积小、安装方便、允许变形，以减小直线驱动器的体积，减小关节型机器人的体积。

此外，本申请还公开了一种关节型机器人，包括直线驱动器，其中，该直线驱动器为上述实施例中公开的直线驱动器，因此，具有该直线驱动器的关节型机器人也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述，其中，该直线驱动器为防水直线驱动器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种关节型机器人的直线驱动器，其特征在于，包括：

外壳(1)；

设置在所述外壳(1)内并依次布置驱动电机(2)、减速器(3)、螺杆(4)和推杆(5)，其中，所述驱动电机(2)的输出轴与所述减速器(3)相连，所述螺杆(4)与所述减速器(3)的输出轴连接并与所述减速器(3)的输出轴同步转动，所述螺杆(4)的轴线与所述驱动电机(2)的输出轴共线，所述推杆(5)与所述螺杆(4)螺纹连接并沿所述螺杆(4)的轴线直线运动，所述推杆(5)沿所述螺杆(4)移动时导电部件的电阻值发生变化；

用于获取所述导电部件电阻值的传感器；

与所述驱动电机(2)和所述传感器信号连接的控制模块。

2.根据权利要求1所述的直线驱动器，其特征在于，所述减速器(3)为行星减速器。

3.根据权利要求2所述的直线驱动器，其特征在于，所述行星减速器的齿轮和所述推杆(5)的材料均为聚醚醚酮、不锈钢或尼龙。

4.根据权利要求1所述的直线驱动器，其特征在于，所述螺杆(4)可转动的设置在所述外壳(1)内部的深沟球轴承内。

5.根据权利要求1所述的直线驱动器，其特征在于，所述导电部件包括电刷(8)和滑片电阻(9)，且所述电刷(8)和所述滑片电阻(9)一者设置在所述推杆(5)上，另一者设置在所述外壳(1)内壁。

6.根据权利要求5所述的直线驱动器，其特征在于，所述电刷(8)固定在所述推杆(5)上，所述滑片电阻(9)设置在所述外壳(1)内壁。

7.根据权利要求1所述的直线驱动器，其特征在于，所述传感器安装在所述推杆(5)和所述外壳(1)之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的直线驱动器，其特征在于，所述传感器为碳膜电阻式传感器。

9.根据权利要求1-7任一项所述的直线驱动器，其特征在于，所述控制模块集成在集成电路板上，且所述集成电路板安装在所述外壳(1)内部。

10.一种关节型机器人，包括直线驱动器，其特征在于，所述直线驱动器为如上述权利要求1-9任一项所述的直线驱动器，所述直线驱动器为防水直线驱动器。