CN210452727U - 一种小型化舵机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于舵机设备技术领域。为了解决常规舵机尺寸过大，使机器人重量增加的问题，本实用新型公开了一种小型化舵机。该舵机包括壳体、马达、行星减速组件、舵盘和控制线缆；马达和行星减速组件位于壳体内部并且马达与行星减速组件的输入端连接；控制线缆的一端位于壳体外部与外界电源和控制设备连接，另一端位于壳体内部与马达连接；壳体上设有舵盘孔，舵盘的一端作为连接端穿过舵盘孔与行星减速组件的输出端连接，另一端作为输出端位于壳体外部与待驱动部件连接，并且舵盘与舵盘孔保持间隙连接。本实用新型的舵机，可以在保证高扭矩输出的情况下减小外形尺寸，实现机器人的轻量化设计，提高机器人的续航能力和驱动精度。

Description

一种小型化舵机

技术领域

本实用新型属于舵机设备技术领域，具体涉及一种用于机器人的小型化舵机。

背景技术

舵机是机器人运动的关键元器件之一，通常将舵机安装在机器人关节支架位置，用于执行机器人的关节运动动作。

随着科学技术的不断发展，机器人的外形设计尺寸也在逐渐减小，然而由于目前的机器人厂家使用的舵机大多是由第三方舵机厂家提供，而舵机厂家为了兼顾无人机市场对舵机的需求，通常提供在安装方式、输出扭矩、驱动速度和外形尺寸方面保持统一的舵机。这样，在小型机器人选用常规舵机作为关节支架的驱动设备时，就会由于舵机尺寸过大而使整个机器人的重量增加，并且由此导致机器人续航能力降低、步态控制精度降低等一系列问题，使机器人的整体性能大大降低。

实用新型内容

为了解决由于常规舵机尺寸过大，而使整个机器人重量增加的问题，本实用新型提出了一种小型化舵机。该舵机，包括壳体、马达、行星减速组件、舵盘和控制线缆；其中，所述马达和所述行星减速组件位于所述壳体内部，并且所述马达与所述行星减速组件的输入端连接；所述控制线缆的一端位于所述壳体外部与外界电源和控制设备连接，另一端位于所述壳体内部与所述马达连接；所述壳体上设有舵盘孔，所述舵盘的一端作为连接端穿过所述舵盘孔伸入至所述壳体内部与所述行星减速组件的输出端连接，另一端作为输出端位于所述壳体外部与待驱动部件连接，并且所述舵盘与所述舵盘孔保持间隙连接。

优选的，所述舵盘与所述行星减速组件的输出端通过固定螺栓连接；其中，所述舵盘的中心位置设有台阶形通孔，用于插装和定位所述固定螺栓，所述行星减速组件的输出端的端面设有内螺纹，用于连接固定螺栓。

进一步优选的，所述行星减速组件的输出端设有外花键，所述舵盘的台阶形通孔位置设有内花键，并且所述外花键与所述内花键相互匹配连接。

优选的，所述马达选用空心杯马达。

优选的，该舵机还设有磁位计和控制板；其中，所述磁位计的输入端与所述控制线缆连接，所述磁位计的输出端与所述控制板的输入端连接，所述控制板的输出端与所述马达的控制端连接。

进一步优选的，所述控制板选用PWM控制板。

优选的，所述壳体采用分体式结构设计，包括沿竖直方向依次连接的舵机上壳、舵机中壳和舵机下壳；其中，所述舵盘孔位于所述舵机上壳，用于插装所述舵盘，所述舵机中壳设有行星齿轮槽，用于安装所述行星减速组件。

进一步优选的，所述舵机上壳、所述舵机中壳以及所述舵机下壳之间通过紧固螺栓连接。

进一步优选的，所述舵机上壳、所述舵机中壳以及所述舵机下壳之间的连接缝隙通过密封胶进行密封处理。

优选的，所述舵盘的输出端设有连接螺纹，用于与待驱动部件进行螺栓连接。

本实用新型的小型化舵机与常规的舵机相比较，具有以下有益效果：

1、本实用新型的舵机，通过缩短行星减速组件的输出端的轴向长度，使其全部位于壳体内部，并且通过将舵盘的一端伸入至壳体内部与行星减速组件的输出端进行连接，从而将行星减速组件输出的低速高扭矩转动引出至舵机外部，与此同时，在壳体上设置舵盘孔对舵盘提供支撑导向作用。这样可以大大降低整个舵机的轴向尺寸，减小舵机的重量，实现整个机器人的轻量化设计，从而提高机器人的续航能力和驱动精度。与此同时，通过缩短行星减速组件的输出端的轴向长度以及借助舵盘孔对舵盘提供支撑导向作用，可以使得行星减速组件承载和输出更高的扭矩，提升舵机的扭矩输出能力，提高机器人的整体性能。

2、在本实用新型中，通过设置磁位计和控制板，利用磁位计将输入的数字信号转换为角度信号，再由控制板根据角度信号对马达进行转动控制。相较于常规马达的转动控制，借助磁位计和控制板可以大大提高对马达输出转动的控制精度，进而提高该舵机对机器人驱动控制的精度。

3、在本实用新型中，通过将壳体设计为分体式结构，并且将插装舵盘的舵盘孔设置在舵机上壳，将安装行星减速组件的行星齿轮槽设置在舵机中壳，这样不仅可以实现对该舵机的快速组装，提高组装的便捷性，而且还可以根据设计和工况的要求，快速更换舵机上壳和舵机中壳实现对不同尺寸舵盘和不同结构形式行星减速组件的更换安装，从而实现对舵机性能的快速调整。

附图说明

图1为实施例中小型化舵机的拆解爆炸示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本实施例的小型化舵机，包括壳体1、马达2、行星减速组件3、舵盘4和控制线缆5。

马达2和行星减速组件3全部位于壳体1的内部，并且马达2的输出端与行星减速组件3的输入端连接。控制线缆3包括电源线缆和信号线缆，并且控制线缆3的一端位于壳体1的外部与外界电源和控制设备连接，用于引入驱动电源和控制信号，另一端位于壳体1的内部与马达2连接。壳体1上设有舵盘孔111，舵盘4的一端作为连接端穿过舵盘孔111伸至壳体1的内部与行星减速组件3的输出端进行连接，另一端作为输出端位于壳体1的外部并且与待驱动部件连接，其中舵盘4与舵盘孔111之间保持间隙连接。此时，通过控制线缆3 将驱动电源和控制信号引至马达2并且驱动马达2进行转动，马达2的输出端则带动行星减速组件3进行降速增矩转动，进而带动舵盘4进行低速高扭矩的转动，最终实现对外界部件的动作驱动。

在本实施例中，通过将行星减速组件和马达全部设计在壳体内部，缩短行星减速组件中输出端的轴向长度尺寸并借助舵盘将低速高扭矩的转动引出至壳体外部，从而可以大大缩小整个壳体沿轴向(图1中竖直方向)的尺寸，减小整个舵机的外形尺寸，减轻整个机器人的重量，进而在机器人消耗同等电能的情况下，可以获得更好的续航能力，并且轻量化后的机器人还可以获得更高的驱动控制精度。与此同时，轴向尺寸更短的行星减速组件以及舵盘孔对舵盘的辅助支撑导向，可以使该舵机承载和输出更高的扭矩，使舵机获得更高的扭矩输出能力，提升整个机器人的性能。

在本实施例中，行星减速组件采用扁平化设计，即减小齿轮的厚度并增加齿轮间的轴向交错分布。这样可以在控制整个行星减速组件轴向尺寸的情况下，可以最大限度的缩小其长度和宽度尺寸，进而减少对壳体在长度和宽度方向的占用，缩小整个舵机的外形尺寸。此外，在本实施例中，行星减速组件采用的是四级齿轮形式并且四个齿轮沿轴向交错分布连接，同样在他实施例中，根据设计要求可以调整行星减速组件中的齿轮数量和分布连接形式。

此外，在本实施例中，舵盘与舵盘孔之间采用间隙配合连接，借助舵盘孔对舵盘提供辅助支撑导向，保证舵盘转动过程的稳定性和可靠性。同样，在其他实施例中，根据舵盘尺寸的大小以及输出扭矩的大小，还可以采用轴承进行舵盘与舵盘孔之间的转动连接，从而借助轴承为舵盘提供稳定性更强的支撑作用，实现更高扭矩的稳定输出。

结合图1所示，在本实施例中，舵盘4与行星减速组件3的输出端通过固定螺栓61连接。其中，舵盘4的中心位置设有台阶形通孔，用于插装和定位固定螺栓61，在行星减速组件3的输出端的端面则设有内螺纹，用于连接固定螺栓61。此时，将舵盘4插入舵盘孔111后，通过将固定螺栓61放入舵盘4的台阶形通孔并且使其与行星减速组件3的输出端的内螺纹进行连接后就可以将舵盘4压靠在行星减速组件3的输出端上，从而实现舵盘4与行星减速组件3的输出端的连接。

优选的，在舵盘4的输出端的端面上设有多个连接螺纹，用于与待驱动部件进行可拆卸式的螺纹连接，从而可以实现与不同待驱动部件的快速连接安装。同样，在其他实施例中，也可以采用其他方式进行舵盘与待驱动部件的连接，例如卡扣、焊接等。

进一步优选的，在本实施例的行星减速组件3的输出端设有外花键，在舵盘4的台阶形通孔位置设有与外花键相对应连接的内花键，此时通过内花键和外花键之间的插装配合连接，可以实现舵盘与行星减速组件的输出端之间沿圆周方向的定位，从而保证行星减速组件带动舵盘进行低速高扭矩转动的稳定性，提高舵机输出转动的精度，提高对机器人的步态控制精度。同样，在其他实施例中，根据设计和加工的要求，可以采用平键连接的方式进行舵盘与行星减速组件输出端之间沿圆周方向的定位连接。

此外，在本实施例中，马达2选用空心杯马达。这样，相较于常规舵机中使用的铁芯马达，选用空心杯马达不仅可以降低整个舵机的重量，提高对机器人的续航能力和动作控制精度，而且还可以提升马达的使用寿命，保证整个机器人的使用寿命和持续工作的可靠性。

结合图1所示，在本实施例的舵机中，还设有磁位计7和控制板8。其中，磁位计7的输入端与控制线缆5连接，磁位计7的输出端与控制板8的输入端连接，控制板8的输出端与马达2的控制端连接。此时，借助磁位计7可以将控制线缆5中信号线缆输入的数字控制信号转换为角度信号，并将该角度信号发送至控制板8中，由控制板8根据该角度信号控制马达2的输出转速和圈数，从而精准控制舵盘4的转动角度，大大提高对该机器人的步态控制精度，实现机器人动作的精准控制。在本实施例中，控制板8选用PWM控制板进行角度信号的接收和处理，同样，在其他实施例中，根据马达型号的选择以及控制要求，也可以选用其他形式的控制板进行信号间的转换和控制。

结合图1所示，在本实施例中，壳体1采用分体式结构设计，由沿竖直方向依次连接的舵机上壳11、舵机中壳12和舵机下壳13组成。其中，舵盘孔111 位于舵机上壳11，用于插装舵盘4，舵机中壳12则设有行星齿轮槽121，用于安装行星减速组件3，并且马达2、控制线缆5以及磁位计7分别与舵机中壳2 固定连接。此时，通过将壳体设计为分体式结构，不仅便于进行马达、行星减速组件以及舵盘的安装固定，提高该舵机的组装便捷性，而且将插装舵盘的舵盘孔和安装行星减速组件的行星齿轮槽分别设置在舵机上壳和舵机中壳处，就可以根据设计和使用工况的改变，例如对舵盘的尺寸调整或行星减速组件的结构调整，对舵机上壳或舵机中壳进行快速地单独拆装更换，从而实现对舵机性能的快速调整，甚至还可以将该舵机的零部件标准化，实现部分零部件的通配，从而便于零部件的制备和使用。

结合图1所示，在本实施例中，舵机上壳11、舵机中壳12以及舵机下壳 13均采用不锈钢板状弯制而成，并且三者之间通过四根紧固螺栓62由下向上依次贯穿连接固定。同样，在其他实施例中，根据舵机使用环境的要求，舵机上壳、舵机中壳以及舵机下壳也可以选用其他材质制备，甚至借助密封胶对三者之间的连接缝隙进行密封处理，提高整个舵机的密封性，使其可以在潮湿环境以及液体环境中进行可靠运行工作。

此外，根据整个舵机的轴向尺寸大小，还可以采用两套紧固螺栓分别进行舵机上壳和舵机中壳之间的连接以及舵机中壳和舵机下壳之间的连接，保证舵机上壳、舵机中壳以及舵机下壳三者之间的连接牢固性。

Claims (10)

1.一种小型化舵机，其特征在于，包括壳体、马达、行星减速组件、舵盘和控制线缆；其中，所述马达和所述行星减速组件位于所述壳体内部，并且所述马达与所述行星减速组件的输入端连接；所述控制线缆的一端位于所述壳体外部与外界电源和控制设备连接，另一端位于所述壳体内部与所述马达连接；所述壳体上设有舵盘孔，所述舵盘的一端作为连接端穿过所述舵盘孔伸入至所述壳体内部与所述行星减速组件的输出端连接，另一端作为输出端位于所述壳体外部与待驱动部件连接，并且所述舵盘与所述舵盘孔保持间隙连接。

2.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述舵盘与所述行星减速组件的输出端通过固定螺栓连接；其中，所述舵盘的中心位置设有台阶形通孔，用于插装和定位所述固定螺栓，所述行星减速组件的输出端的端面设有内螺纹，用于连接所述固定螺栓。

3.根据权利要求2所述的舵机，其特征在于，所述行星减速组件的输出端设有外花键，所述舵盘的台阶形通孔位置设有内花键，并且所述外花键与所述内花键相互匹配连接。

4.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述马达选用空心杯马达。

5.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，该舵机还设有磁位计和控制板；其中，所述磁位计的输入端与所述控制线缆连接，所述磁位计的输出端与所述控制板的输入端连接，所述控制板的输出端与所述马达的控制端连接。

6.根据权利要求5所述的舵机，其特征在于，所述控制板选用PWM控制板。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的舵机，其特征在于，所述壳体采用分体式结构设计，包括沿竖直方向依次连接的舵机上壳、舵机中壳和舵机下壳；其中，所述舵盘孔位于所述舵机上壳，用于插装所述舵盘，所述舵机中壳设有行星齿轮槽，用于安装所述行星减速组件。

8.根据权利要求7所述的舵机，其特征在于，所述舵机上壳、所述舵机中壳以及所述舵机下壳之间通过紧固螺栓连接。

9.根据权利要求7所述的舵机，其特征在于，所述舵机上壳、所述舵机中壳以及所述舵机下壳之间的连接缝隙通过密封胶进行密封处理。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的舵机，其特征在于，所述舵盘的输出端设有连接螺纹，用于与待驱动部件进行螺栓连接。

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