CN214352536U - 双轴输出舵机及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人配件技术领域，尤其涉及一种双轴输出舵机及机器人。该双轴输出舵机中，将两个驱动机构集成在一个壳体上，两个驱动机构的轴线呈预定角度错开设置。同一个驱动机构中，电机组件与减速组件分别安装于壳体的两侧，且电机组件的轴线与减速组件的输出端转动中轴线重合，驱动机构的动力经过传动组件传递至减速组件以输出转动。两个驱动机构工作以输出两个方向的转动。第一被感应件与第一感应件配合能实时检测出减速组件输出端的转动信息，再反馈到系统以精确控制电机轴的输出，而且不会影响到减速组件输出端跟外部机构的装配。该双轴输出舵机及机器人结构简单，集成度较高，可模块化使用，占用空间较小，成本较低。

Description

双轴输出舵机及机器人

技术领域

本申请属于机器人配件技术领域，尤其涉及一种双轴输出舵机及机器人。

背景技术

目前，一些机器人为了实现丰富的功能往往需要具有较多的运动自由度，比如髋关节有3自由度，踝关节有2自由度，并且这些多自由度关节的转动轴是交叉设置的。为了能在有限的空间内实现对应的功能，常规的解决方案是每个转动轴配置一台单轴输出舵机与一套传动机构，传动机构可以是同步带机构或者连杆机构，通过单轴输出舵机驱动传动机构进而带动转动轴转动，这样增加了成本、重量和系统复杂度。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种双轴输出舵机及机器人，以解决现有多自由度关节结构复杂、成本较高的技术问题。

本申请实施例提供一种双轴输出舵机，包括：壳体与两个驱动机构；每个所述驱动机构包括电机组件、传动组件与减速组件，所述电机组件与所述减速组件分别安装于所述壳体的相对两侧；所述传动组件连接于所述电机组件与所述减速组件之间，以使所述电机组件的动力传递至所述减速组件；所述电机组件的轴线与所述减速组件的输出端转动的中轴线重合；两个所述驱动机构中的减速组件的输出端转动的中轴线共面且呈预定角度错开；同一个所述驱动机构中，所述减速组件的输出端固定有连接轴，所述连接轴朝向所述电机组件的一端设有第一被感应件，所述壳体内设有第一感应件，所述第一被感应件与所述第一感应件配合以检测所述减速组件的输出端的角位移。

可选地，每个所述电机组件包括安装于所述壳体上的安装座、转动安装于所述安装座的电机轴、固定于所述安装座的定子，以及固定于所述电机轴的转子，所述定子与所述转子同轴设置，所述传动组件的输入端与所述电机轴连接。

可选地，所述安装座包括筒状体及连接于所述筒状体的外壁的环状体，所述环状体固定于所述壳体；

所述电机轴包括轴部及连接于所述轴部的一端的盘状部；所述轴部通过第一轴承支承在所述筒状体内，所述定子固定于所述筒状体的外周，所述转子套设于所述定子的外周，所述转子的一端固定于所述盘状部。

可选地，所述电机轴朝向所述减速组件的一端设有第二被感应件，所述壳体内设有第二感应件，所述第二被感应件与所述第二感应件配合以检测所述电机轴的角位移。

可选地，所述传动组件包括传动轴、第一传动模组与第二传动模组，所述传动轴转动安装于所述壳体，所述传动轴的轴线与所述减速组件的输入端轴线平行间隔设置；

所述第一传动模组连接于所述电机轴与所述传动轴的第一端之间，用于将所述电机轴的动力传递至所述传动轴；

所述第二传动模组连接于所述传动轴的第二端与所述减速组件的输入端之间，用于将所述传动轴的动力传递至所述减速组件。

可选地，所述减速组件包括由所述传动组件驱动的太阳轮、固定于所述壳体的内齿圈、转动安装于所述壳体的行星架，以及转动安装于所述行星架的行星轮，所述行星轮同时与所述太阳轮、所述内齿圈啮合传动，所述太阳轮作为所述减速组件的输入端，所述行星架作为所述减速组件的输出端。

可选地，所述太阳轮具有支撑轴，所述支撑轴的两端分别通过第二轴承支承在所述壳体与所述行星架。

可选地，两个所述驱动机构中的减速组件的输出端转动的中轴线之间的夹角范围是60°至120°。

可选地，所述壳体具有两个第一安装槽与两个第二安装槽，所述第一安装槽与所述第二安装槽一一对应相背对设置，且两个所述第一安装槽与两个所述第二安装槽依次分布于所述壳体的四周；

在同一所述驱动机构中，所述电机组件的至少一部分容置于所述第一安装槽，所述减速组件的至少一部分容置于与所述第一安装槽对应的所述第二安装槽；

所述壳体具有第三安装槽，所述第三安装槽位于所述第一安装槽与所述第二安装槽之间；所述传动组件的至少一部分容置于所述第三安装槽。

本申请实施例提供一种机器人，包括上述的双轴输出舵机。

本申请实施例提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该双轴输出舵机中，将两个驱动机构集成在一个壳体上，两个驱动机构的轴线呈预定角度错开设置。同一个驱动机构中，电机组件与减速组件分别安装于壳体的两侧，且电机组件的轴线与减速组件的输出端转动中轴线重合，驱动机构的动力经过传动组件传递至减速组件以输出转动。两个驱动机构工作以输出两个方向的转动。第一被感应件与第一感应件配合能实时检测出减速组件输出端的转动信息，再反馈到系统以精确控制电机轴的输出，而且不会影响到减速组件输出端跟外部机构的装配。该双轴输出舵机及机器人结构简单，集成度较高，可模块化使用，占用空间较小，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的双轴输出舵机的立体装配图；

图2为图1的双轴输出舵机的立体分解图；

图3为图2的双轴输出舵机中的电机组件的立体分解图；

图4为图2的双轴输出舵机中的减速组件的立体分解图；

图5为图1的双轴输出舵机沿A-A线的剖视图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例中，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。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申请实施例中的具体含义。

请参阅图1及图2，本申请实施例提供一种双轴输出舵机，包括：壳体100与两个驱动机构200；每个驱动机构200包括电机组件210、传动组件220与减速组件230，电机组件210与减速组件230分别安装于壳体100的相对两侧；传动组件220连接于电机组件210与减速组件230之间，以使电机组件210的动力传递至减速组件230；结合图5，电机组件210的轴线与减速组件230的输出端230a转动的中轴线230b重合；两个驱动机构200中的减速组件230的输出端230a转动的中轴线230b共面且呈预定角度错开。同一个驱动机构200中，减速组件230的输出端230a固定有连接轴332，连接轴332朝向电机组件210的一端设有第一被感应件330，壳体100内设有第一感应件340，第一被感应件330与第一感应件340配合以检测减速组件230的输出端230a的角位移。

本申请提供的双轴输出舵机，将两个驱动机构200集成在一个壳体100上，两个驱动机构200的轴线呈预定角度错开设置。同一个驱动机构200中，电机组件210与减速组件230分别安装于壳体100的两侧，且电机组件210的轴线与减速组件230的输出端230a转动中轴线230b重合，驱动机构200的动力经过传动组件220传递至减速组件230以输出转动。两个驱动机构200工作以输出两个方向的转动。第一被感应件330与第一感应件340配合能实时检测出减速组件230输出端230a的转动信息，再反馈到系统以精确控制电机轴212的输出，而且不会影响到减速组件230输出端230a跟外部机构的装配。该双轴输出舵机结构简单，集成度较高，可模块化使用，占用空间较小，成本较低。

示例性的，第一被感应件330为磁铁，第一感应件340为磁性编码芯片。在减速组件230输出端230a旋转时，输出端230a、连接轴332与磁铁同步旋转，磁铁的旋转会引起磁场强度的变化，磁性编码芯片检测到磁场强度的变化后，将磁铁的旋转运动转换为脉冲输出以反映当前转角。此外，可配置第一固定座331来固定磁铁，第一固定座331可直接或间接同轴固定在减速组件230输出端230a上，磁铁可粘接或其它方式安装在第一固定座331上。

示例性的，第一被感应件330为光电码盘，第一感应件340为光电检测装置。光电码盘是在一定直径的圆板上等分地开设若干个长方形孔。光电检测装置包括分别设于光电码盘两侧的发光二极管和光敏管。在减速组件230输出端230a旋转时，输出端230a、连接轴332与光电码盘同步旋转，发光二极管发出光信号，光敏管接收经过光电码盘长方形孔的光信号，光电检测装置输出若干脉冲信号，通过计算光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前转角。

在本申请另一实施例中，请参阅图2、图3、图5，每个电机组件210包括安装于壳体100上的安装座211、转动安装于安装座211的电机轴212、固定于安装座211的定子213，以及固定于电机轴212的转子214，定子213与转子214同轴设置，传动组件220的输入端与电机轴212连接。该电机组件210容易装配。在电机组件210通电时，在定子213的旋转磁场作用下，转子214将会相对定子213转动，带动电机轴212转动以实现动力输出。

在应用时，每个驱动机构200的两端分别跟不同的外部机构连接。对于同一驱动机构200，电机组件210的安装座211用于与第一外部机构转动连接，减速组件230的输出端230a用于与第二外部机构固定连接。示例性的，安装座211包括与电机轴212同轴设置的装配轴2113，装配轴2113通过轴承支承在连接座上，该连接座固定在第一外部机构上，这样实现驱动机构200的一端与第一外部机构转动连接。减速组件230的输出端230a与第二外部机构之间可通过紧固件连接，这样实现驱动机构200的另一端与第二外部机构固定连接。在工作时，电机组件210的动力经过传动组件220与减速组件230，传递至第二外部机构以带动其转动。两个驱动机构200的情况是类似的，从而实现不同外部机构的驱动。两个驱动机构200中的减速组件230的输出端230a转动中轴线230b共面且呈预定角度错开，这样可以使不同机构绕着同一平面的不同轴线转动。

在本申请另一实施例中，请参阅图3、图5，安装座211包括筒状体2111及连接于筒状体2111的外壁的环状体2112，环状体2112固定于壳体100。电机轴212包括轴部2121及连接于轴部2121的一端的盘状部2122。轴部2121通过第一轴承215支承在筒状体2111内，定子213固定于筒状体2111的外周，转子214套设于定子213的外周，转子214的一端固定于盘状部2122。该电机组件210为外转子电机，即转子214套设在定子213外周。转子214位于壳体100内壁与定子213外壁之间，在转子214与壳体100内壁之间、在转子214与定子213外壁之间均形成有间隙，以使转子214能顺利转动，这样结构简单紧凑，零件容易制作与装配。其中，安装座211的筒状体2111与定子213之间可采用胶粘接形式连接。环状体2112可盖设在壳体100的第一安装槽101开口，并固定在壳体100上。转子214与电机轴212的盘状部2122之间可采用胶粘接或其它机械连接形式连接。电机轴212的轴部2121末端采用螺丝216和端盖217配合锁紧固定，端盖217沿轴向压紧于相邻第一轴承215内圈。

在本申请另一实施例中，请参阅图2、图5，电机轴212朝向减速组件230的一端设有第二被感应件310，壳体100内设有第二感应件320，第二被感应件310与第二感应件320配合以检测电机轴212的角位移。这样就能实时检测出电机轴212的转动信息，再反馈到系统以精确控制电机轴212的输出。第二被感应件310与第二感应件320为相互配合的元件，类似于第一被感应件330与第一感应件340，可采用磁铁与磁性编码芯片配合，或者是光电码盘与光电检测装置配合，不再赘述。第二被感应件310设置在电机轴212朝向减速组件230的一端，既可实现电机轴212的角位移检测，又不会影响到安装座211跟外部机构的装配。在采用磁铁与磁性编码芯片配合时，在电机轴212上可直接或间接同轴固定第二固定座311，磁铁可粘接或其它方式安装在第二固定座311上，这样便于装配。

在本申请另一实施例中，请参阅图2、图5，传动组件220包括传动轴221、第一传动模组222与第二传动模组223，传动轴221转动安装于壳体100，传动轴221的轴线与减速组件230的输入端轴线平行间隔设置；第一传动模组222连接于电机轴212与传动轴221的第一端之间，用于将电机轴212的动力传递至传动轴221；第二传动模组223连接于传动轴221的第二端与减速组件230的输入端之间，用于将传动轴221的动力传递至减速组件230。这样能实现电机轴212与减速组件230输入端的同轴传动，传动轴221能在电机轴212径向避开电机轴212与减速组件230输入端之间的空间。这样两个驱动机构200集成在同一壳体100，两个驱动机构200的传动路线没有相互干扰，工作可靠。传动轴221可通过第三轴承224支承在壳体100上，便于传动轴221稳定可靠地转动。

其中，第一传动模组222与第二传动模组223相同或不同，分别为齿轮传动模组、同步带传动模组、链条传动模组中的其中一种。这些方式都能将电机组件210的动力传递至减速组件230上。

示例性的，参阅图2、图5，第一传动模组222为齿轮传动模组，其包括同轴安装于电机轴212的输出齿轮2221、安装于传动轴221第一端的第一传动齿轮2222，输出齿轮2221与第一传动齿轮2222啮合传动。第二传动模组223为齿轮传动模组，其包括同轴安装于减速组件230的输入端的输入齿轮2231、安装于传动轴221第二端的第二传动齿轮2232，输入齿轮2231与第二传动齿轮2232啮合传动。这样能实现电机轴212与减速组件230输入端的同轴传动。采用齿轮传动模组，可减小精度损失，结构紧凑。通过设置合适的齿数比，可调节驱动机构200的减速比。其中，输出齿轮2221可通过过盈压装、胶粘接或其它方式连接在电机轴212上。

示例性的，第一传动模组采用同步带传动模组，其包括同轴安装于电机轴的第一带轮、安装于传动轴一端的第二带轮，以及绕设于第一带轮与第二带轮外的同步带。类似的，第二传动模组也可以采用同步带传动模组，这样就能实现电机轴与减速组件输入端的同轴传动。

在本申请另一实施例中，减速组件230为谐波减速组件、行星减速组件或者摆线针减速组件的任意一种。这些方式均能实现减速并提升扭矩的效果，具体按需选用。

示例性的，参阅图4、图5，减速组件230为行星减速组件，减速组件230包括由传动组件220驱动的太阳轮231、固定于壳体100的内齿圈232、转动安装于壳体100的行星架233，以及转动安装于行星架233的行星轮234，行星轮234同时与太阳轮231、内齿圈232啮合传动，太阳轮231作为减速组件230的输入端，行星架233作为减速组件230的输出端230a。行星架233大致呈圆柱状，用于与外部机构连接。电机组件210的动力经过传动组件220传递至减速组件230的输入端，太阳轮231转动带动行星轮234公转与自转，进而带动行星架233转动以输出动力。行星减速组件230结构紧凑，能实现大减速比。

在装配减速组件230时，行星架233上设有销轴2331，行星架233轴线、销轴2331轴线、行星轮234轴线相互平行，行星轮234通过第四轴承235支承在销轴2331上，实现行星轮234转动安装于行星架233上。销轴2331可通过过盈压装固定在行星架233上。内齿圈232可安装于壳体100的第二安装槽102开口，内齿圈232上安装有环状壳236。行星轮234、太阳轮231与内齿圈232共面设置。行星架233通过第五轴承237支承在环状壳236内，第五轴承237内圈两端分别抵设于行星架233的外凸缘与锁紧环239以轴向限位，锁紧环239可通过过盈压装方式固定在行星架233外周。第五轴承237的外圈两端分别抵设于内齿圈232端面与环状壳236的内凸缘以轴向限位。最后通过紧固件将环状壳236、内齿圈232与壳体100固定在一起。

在本申请另一实施例中，请参阅图4、图5，太阳轮231具有支撑轴2311，支撑轴2311的两端分别通过第二轴承238支承在壳体100与行星架233。这样利于太阳轮231稳定可靠地相对壳体100转动。在第二传动模组223为齿轮传动模组时，输入齿轮2231与支撑轴2311之间可采用过盈压装连接。

示例性的，减速组件230包括太阳轮231、内齿圈232、行星架233与行星轮234，行星架233朝向电机组件210的一侧同轴固定有连接轴332，连接轴332穿过太阳轮231，连接轴332的一端固定有第一固定座331，第一固定座331内设置有为磁铁，结合磁性编码芯片实现减速组件230输出端230a的位置检测。

在本申请另一实施例中，请参阅图1、图5，两个驱动机构200中的减速组件230的输出端230a转动的中轴线230b之间的夹角范围是60°至120°。依据不同的舵机需求，将两个驱动机构200的轴线设置为不同夹角。示例性的，两个驱动机构200正交布置，即减速组件230的输出端230a转动中轴线230b之间的夹角为90°。

在本申请另一实施例中，请参阅图2、图5，壳体100具有两个第一安装槽101与两个第二安装槽102，第一安装槽101与第二安装槽102一一对应相背对设置，且两个第一安装槽101与两个第二安装槽102依次分布于壳体100的四周。在同一驱动机构200中，电机组件210的至少一部分容置于第一安装槽101，减速组件230的至少一部分容置于与第一安装槽101对应的第二安装槽102。壳体100具有第三安装槽103，第三安装槽103位于第一安装槽101与第二安装槽102之间；传动组件220的至少一部分容置于第三安装槽103。该方案容易装配，整体结构紧凑，集成度较高。

此外，第一感应件340、第一被感应件330、第二感应件320、第二被感应件310，这些检测器件可布置在第三安装槽103内，这样既可实现减速组件230输出端230a与电机轴212的角位移检测，又不会影响到舵机跟外部机构的装配。示例性的，第一感应件340与第二感应件320均为磁性编码芯片，可安装在电路板350上，电路板350可固定在壳体100上，磁性编码芯片容置于第三安装槽103内。第一被感应件330与第二被感应件310为磁铁，靠近第三安装槽103设置，这样就能实现角位移检测。

在本申请另一实施例中，请参阅图1至图5，提供一种机器人，包括上述的双轴输出舵机。由于本机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双轴输出舵机，其特征在于，包括：壳体与两个驱动机构；每个所述驱动机构包括电机组件、传动组件与减速组件，所述电机组件与所述减速组件分别安装于所述壳体的相对两侧；所述传动组件连接于所述电机组件与所述减速组件之间，以使所述电机组件的动力传递至所述减速组件；所述电机组件的轴线与所述减速组件的输出端转动的中轴线重合；两个所述驱动机构中的减速组件的输出端转动的中轴线共面且呈预定角度错开；同一个所述驱动机构中，所述减速组件的输出端固定有连接轴，所述连接轴朝向所述电机组件的一端设有第一被感应件，所述壳体内设有第一感应件，所述第一被感应件与所述第一感应件配合以检测所述减速组件的输出端的角位移。

2.如权利要求1所述的双轴输出舵机，其特征在于，每个所述电机组件包括安装于所述壳体上的安装座、转动安装于所述安装座的电机轴、固定于所述安装座的定子，以及固定于所述电机轴的转子，所述定子与所述转子同轴设置，所述传动组件的输入端与所述电机轴连接。

3.如权利要求2所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述安装座包括筒状体及连接于所述筒状体的外壁的环状体，所述环状体固定于所述壳体；

所述电机轴包括轴部及连接于所述轴部的一端的盘状部；所述轴部通过第一轴承支承在所述筒状体内，所述定子固定于所述筒状体的外周，所述转子套设于所述定子的外周，所述转子的一端固定于所述盘状部。

4.如权利要求2所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述电机轴朝向所述减速组件的一端设有第二被感应件，所述壳体内设有第二感应件，所述第二被感应件与所述第二感应件配合以检测所述电机轴的角位移。

5.如权利要求2所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述传动组件包括传动轴、第一传动模组与第二传动模组，所述传动轴转动安装于所述壳体，所述传动轴的轴线与所述减速组件的输入端轴线平行间隔设置；

所述第一传动模组连接于所述电机轴与所述传动轴的第一端之间，用于将所述电机轴的动力传递至所述传动轴；

所述第二传动模组连接于所述传动轴的第二端与所述减速组件的输入端之间，用于将所述传动轴的动力传递至所述减速组件。

6.如权利要求1至5任一项所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述减速组件包括由所述传动组件驱动的太阳轮、固定于所述壳体的内齿圈、转动安装于所述壳体的行星架，以及转动安装于所述行星架的行星轮，所述行星轮同时与所述太阳轮、所述内齿圈啮合传动，所述太阳轮作为所述减速组件的输入端，所述行星架作为所述减速组件的输出端。

7.如权利要求6所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述太阳轮具有支撑轴，所述支撑轴的两端分别通过第二轴承支承在所述壳体与所述行星架。

8.如权利要求1至5任一项所述的双轴输出舵机，其特征在于，两个所述驱动机构中的减速组件的输出端转动的中轴线之间的夹角范围是60°至120°。

9.如权利要求1至5任一项所述的双轴输出舵机，其特征在于，所述壳体具有两个第一安装槽与两个第二安装槽，所述第一安装槽与所述第二安装槽一一对应相背对设置，且两个所述第一安装槽与两个所述第二安装槽依次分布于所述壳体的四周；

在同一所述驱动机构中，所述电机组件的至少一部分容置于所述第一安装槽，所述减速组件的至少一部分容置于与所述第一安装槽对应的所述第二安装槽；

所述壳体具有第三安装槽，所述第三安装槽位于所述第一安装槽与所述第二安装槽之间；所述传动组件的至少一部分容置于所述第三安装槽。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的双轴输出舵机。

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