CN214446405U - 机器人关节本体驱动器及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，本实用新型提出了一种机器人关节本体驱动器及具有其的机器人，包括控制单元、外壳、安装在外壳内的电机和一级行星减速器以及二级行星减速器，一级行星减速器与电机同轴设置，一级行星减速器的输入端与电机的输出端同轴连接，二级行星减速器与一级行星减速器同轴，二级行星减速器的输入与一级行星减速器的输出端同轴连接，控制单元与电机电连接，控制单元用于控制电机的启闭和转速。本实用新型提出的机器人关节本体驱动器采用二级行星减速器与电机集成布置，结构紧凑，设计的紧凑度高，极大减小了整体的体积，整体转矩输出能力强，噪声小，精度高，提升整体转矩输出密度，提高机器人驱动器的动态物流交互性能。

Description

机器人关节本体驱动器及具有其的机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人关节本体驱动器。本实用新型还涉及一种机器人。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

随着科技的发展，各式各样的机器人出现在人们的生活中。目前机器人领域中，使用的关节驱动器大多是采用常规电机、高减速比减速箱、高刚度力矩传感器、位置传感器的组合。但是主要的缺陷包括整体体积较大，动态物理交互性能差，无法满足机器人轻量化设计的需求，正在逐步被取代。而本体驱动器指的是一种新型的机器人关节驱动器，驱动器中集成减速器、电机、电机驱动电路、力矩传感器、位置传感器等元器件的高集成度单元。现阶段的本体驱动器正在蓬勃发展，但是存在转矩输出密度不足、噪音大、精度低等问题，仍不能满足机器人产品的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决现有技术中机器人关节本体驱动器转矩输出密度不足、噪音大、精度低的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的第一方面提出了一种机器人关节本体驱动器，包括：

外壳；

安装在所述外壳内的电机；

安装在所述外壳内的一级行星减速器，所述一级行星减速器与所述电机同轴设置，所述一级行星减速器的输入端与所述电机的输出端同轴并且固定连接；

安装在所述外壳内的二级行星减速器，所述二级行星减速器与所述一级行星减速器同轴设置，所述二级行星减速器的输入端与所述一级行星减速器的输出端同轴并且固定连接；

控制单元，所述控制单元与所述电机电连接，所述控制单元用于控制所述电机的启闭和转速。

本实用新型提出的机器人关节本体驱动器采用二级行星减速器与电机集成布置，结构紧凑，设计的紧凑度高，极大减小了整体的体积，整体转矩输出能力强，噪声小，精度高，提升整体转矩输出密度，提高机器人驱动器的动态物流交互性能。

另外，根据本实用新型的机器人关节本体驱动器，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述一级行星减速器包括第一级上齿圈、第一级下齿圈、至少一个第一级上行星齿轮、与所述第一级上行星齿轮数量相同的至少一个下行星齿轮、第一级上太阳齿轮、第一级下太阳齿轮、第一级上行星架和第一级下行星架、所述第一级上行星齿轮和所述第一级下行星齿轮的直径与模数均相同、并且所述第一级上行星齿轮和所述第一级下行星齿轮的齿型形成人字形结构，所述第一级上太阳齿轮和所述第一级上齿圈的齿型与所述第一级上行星齿轮的齿型相适配，所述第一级下太阳齿轮和所述第一级下齿圈的齿型与所述第一级下行星齿轮的齿型相适配；

在本实用新型的一些实施例中，所述二级行星减速器包括第二级上齿圈、第二级下齿圈、至少一个第二级上行星齿轮、与所述第二级上行星齿轮数量相同的至少一个下行星齿轮、第二级上太阳齿轮、第二级下太阳齿轮、第二级上行星架和第二级下行星架、所述第二级上行星齿轮和所述第二级下行星齿轮的直径与模数均相同、并且所述第二级上行星齿轮和所述第二级下行星齿轮的齿型形成人字形结构，所述第二级上太阳齿轮和所述第二级上齿圈的齿型与所述第二级上行星齿轮的齿型相适配，所述第二级下太阳齿轮和所述第二级下齿圈的齿型与所述第二级下行星齿轮的齿型相适配。

在本实用新型的一些实施例中，所述电机包括定子、绕组、转子和与所述转子同轴连接的销轴、所述销轴与所述一级行星减速器的所述太阳轮轴同轴连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述机器人关节本体驱动器还包括安装在所述第三安装腔中的减速器支撑座，所述电机的所述定子及所述绕组与所述减速器支撑座的外壁同轴固定连接，所述一级行星减速器和所述二级行星减速器均安装在所述减速器支撑座内。

在本实用新型的一些实施例中，所述机器人关节本体驱动器还包括设于所述外壳的轴向方向的第一端的尾轴承座，所述电机还包括尾轴承，所述转子通过所述尾轴承与所述尾轴承座连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壳为阶梯型圆柱单开口薄壁结构，所述外壳沿轴向方向分为第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的直径尺寸大于所述第二安装腔的直径尺寸，所述电机安装在所述第一安装腔内，所述电机内形成第三安装腔，所述一级行星减速器安装在所述第三安装腔内，所述二级行星减速器安装在所述第二安装腔内。

在本实用新型的一些实施例中，所述一级行星减速器和所述二级行星减速器的直径与齿轮模数相同。

在本实用新型的一些实施例中，所述控制单元包括控制板，所述机器人关节本体驱动器还包括与所述电机的所述转子同轴设置的磁环，所述控制板包括磁编码器和电机驱动电路，所述磁编码器与所述磁环同轴设置，所述磁编码器用于感应所述磁环的磁极位置和所述定子及所述绕组的电枢电流，所述电机驱动电路用于控制所述电机的启停。

本实用新型的第二方面提出了一种机器人，包括：

机器人机体；

第一肢体，所述第一肢体的第一端与所述机器人机体连接；

第二肢体；

本实用新型第一方面提出的机器人关节本体驱动器，所述机器人关节本体驱动器的所述外壳与所述第一肢体固定连接，所述二级行星减速器的输出端与所述第二肢体固定连接。

本实用新型第二方面提出的机器人具有和本实用新型第一方面提出的机器人关节本体驱动器相同的有益效果在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的机器人关节本体驱动器的结构示意图。

图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的机器人关节本体驱动器的结构示意图。

图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的机器人关节本体驱动器的剖视示意图。

图4示意性地示出了根据本实用新型实施方式的机器人关节本体驱动器的分解结构示意图。

图5示意性地示出了根据本实用新型实施方式的机器人关节本体驱动器的分解结构示意图。

附图中各标记表示如下：

1：减速器模组、2：电机、3：控制板、4：外壳、5：尾轴承座、6：顶盖、7：后盖、21：定子、22：转子、23：尾轴承、24：磁环、25：销轴；

11：一级行星减速器、12：二级行星减速器、13：轴承端盖、14：交叉滚子轴承、15：减速器支撑座、16：尾轴承座；

111：第一级上齿圈、112：第一级下齿圈、113：第一级上行星齿轮、114：第一级下行星齿轮、115：第一级上太阳齿轮、116：第一级下太阳齿轮、117：第一级上行星架、118：第一级下行星架；

121：第二级上齿圈、122：第二级下齿圈、123：第二级上行星齿轮、124：第二级下行星齿轮、125：第二级上太阳齿轮、126、第二级下太阳齿轮、127：第二级上行星架、128：第二级下行星架。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至5所示，本实用新型的第一方面提出了一种机器人关节本体驱动器，包括：

外壳4；

安装在外壳4内的电机2；

安装在外壳4内的一级行星减速器11，一级行星减速器11与电机2同轴设置，一级行星减速器11的输入端与电机2的输出端同轴并且固定连接；

安装在外壳4内的二级行星减速器12，二级行星减速器12与一级行星减速器11同轴设置，二级行星减速器12的输入与一级行星减速器11的输出端同轴并且固定连接；

控制单元，控制单元与电机2电连接，控制单元用于控制电机2的启闭和转速。

本实用新型提出的机器人关节本体驱动器的减速器模组1采用二级行星减速器12，通过二级行星减速器12与电机2集成布置，使机器人关节本体驱动器设计的紧凑度高，极大减小了整体的体积，整体转矩输出能力强，噪声小，精度高，提升整体转矩输出密度，提高机器人驱动器的动态物流交互性能。

在本实用新型的一些实施例中，一级行星减速器11包括第一级上齿圈111、第一级下齿圈112、至少一个第一级上行星齿轮113、至少一个第一级下行星齿轮114、第一级上太阳齿轮115、第一级下太阳齿轮116、第一级上行星架117和第一级下行星架118，第一级上齿圈111与第一级下齿圈112同轴布置，第一级上行星齿轮113与第一级下行星齿轮114同轴布置，第一级上行星齿轮113与第一级上齿圈111相互啮合，第一级下行星齿轮114与第一级下齿圈112相互啮合，第一级上太阳齿轮115与第一级下太阳齿轮116同轴布置，第一级上太阳齿轮115与第一级上行星齿轮113相互啮合，第一级下太阳齿轮116与第一级下行星齿轮114相互啮合，第一级上行星架117与第一级下行星架118同轴固定。

第一级上行星齿轮113和第一级下行星齿轮114的直径与模数均相同、并且第一级上行星齿轮113和第一级下行星齿轮114的齿型形成人字形结构，第一级上太阳齿轮115和第一级上齿圈111的齿型与第一级上行星齿轮113的齿型相适配，第一级下太阳齿轮116和第一级下齿圈112的齿型与第一级下行星齿轮114的齿型相适配，第一级下齿圈112与减速器尾轴承座16固定。

在本实用新型的一些实施例中，二级行星减速器12包括第二级上齿圈121、第二级下齿圈122、至少一个第二级上行星齿轮123、至少一个第二级下行星齿轮124、第二级上太阳齿轮125、第二级下太阳齿轮126、第二级上行星架127和第二级下行星架128，第二级上齿圈121与第二级下齿圈122同轴布置，第二级上行星齿轮123与第二级下行星齿轮124同轴布置，第二级上行星齿轮123与第二级上齿圈121相互啮合，第二级下行星齿轮124与第二级下齿圈122相互啮合，第二级上太阳齿轮125与第二级下太阳齿轮126同轴布置，第二级上太阳齿轮125与第二级上行星齿轮123相互啮合，第二级下太阳齿轮126与第二级下行星齿轮124相互啮合，第二级上行星架127与第二级下行星架128同轴固定。

第二级上行星齿轮123和第二级下行星齿轮124的直径与模数均相同、并且第二级上行星齿轮123和第二级下行星齿轮124的齿型形成人字形结构，第二级上太阳齿轮125和第二级上齿圈121的齿型与第二级上行星齿轮123的齿型相适配，第二级下太阳齿轮126和第二级下齿圈122的齿型与第二级下行星齿轮124的齿型相适配。

机器人关节本体驱动器工作时，控制单元控制电机2启动，电机2转子22通过销轴25连接第一级上太阳齿轮115和第一级下太阳齿轮116，整体进行转动，通过齿轮啮合带动第一级上行星齿轮113和第一级下行星齿轮114，进而带动第一级上行星架117和第一级下行星架118转动；第一级上行星架117连接第二级下太阳轮，整体进行转动，通过齿轮啮合带动第二级上行星齿轮123和第二级下行星齿轮124，进而带动第二级上行星架127和第二级下行星架128转动，从而实现两级减速。

电机2转子22转动时，一级行星减速器11与二级行星减速器12的齿轮均为“人”字形结构，当齿轮啮合时，轴向力得到平衡，从而提升整体的运动性能；同时一级行星减速器11与二级行星减速器12的外径和模数相同，使得电机2上部分径向尺寸得到缩小，节约生产成本。

在本实用新型的一些实施例中，电机2包括定子21、绕组、转子22和与转子22同轴连接的销轴25、销轴25与一级行星减速器11的太阳轮轴同轴连接，通过转子22带动销轴25进而带动一级行星减速器11的太阳轮轴转动。

在本实用新型的一些实施例中，机器人关节本体驱动器还包括安装在第三安装腔中的减速器支撑座15，电机2的定子21及绕组与减速器支撑座15的外壁同轴固定连接，一级行星减速器11和二级行星减速器12均安装在减速器支撑座15内，通过设置减速器支撑座15支撑容纳一级行星减速器11和二级行星减速器12，提高机器人关节本体驱动器的结构紧凑度和集成度。

在本实用新型的一些实施例中，机器人关节本体驱动器还包括设于外壳4的轴向方向的第一端的尾轴承座5，电机2还包括尾轴承23，转子22通过尾轴承23与尾轴承座5连接，通过设置尾轴承座5支撑尾轴承23，通过尾轴承23减少转子22转动时的摩擦力，外壳4的轴向方向的第二端设有顶盖6以及轴承端盖13，轴承端盖13与二级行星减速器12之间设有交叉滚子轴承14。

在本实用新型的一些实施例中，外壳4为阶梯型圆柱单开口薄壁结构，外壳4沿轴向方向分为第一安装腔和第二安装腔，第一安装腔的直径尺寸大于第二安装腔的直径尺寸，电机2安装在第一安装腔内，电机2内形成第三安装腔，一级行星减速器11安装在第三安装腔内，二级行星减速器12安装在第二安装腔内，将电机2布置在一级行星减速器11外围，一级行星减速器11和二级行星减速器12沿轴向设置，提高布置紧凑度。

在本实用新型的一些实施例中，一级行星减速器11和二级行星减速器12的直径与齿轮模数相同，减少机器人关节本体驱动器径向方向的占用空间。

在本实用新型的一些实施例中，控制单元包括控制板3，控制板3安装在尾轴承23座5上，外壳4靠近控制板3的一端的开口还设置有后盖7，此处密封性好，有助于保护控制板3。机器人关节本体驱动器还包括与电机2的转子22同轴设置的磁环24，控制板3包括磁编码器和电机驱动电路，磁编码器与磁环24同轴设置，磁编码器用于感应磁环24的磁极位置和定子21及绕组的电枢电流，电机驱动电路用于控制电机2的启停，通过设置磁编码器监控转子22运转，当电机2启动时，磁编码器可以反馈电机2当前的转速、位置、转矩等参数给控制单元。

本实用新型的第二方面提出了一种机器人，包括：

机器人机体；

第一肢体，第一肢体的第一端与机器人机体连接；

第二肢体；

本实用新型第一方面提出的机器人关节本体驱动器，机器人关节本体驱动器的外壳4与第一肢体固定连接，二级行星减速器12的输出端与第二肢体固定连接。

本实用新型第二方面提出的机器人具有和本实用新型第一方面提出的机器人关节本体驱动器相同的有益效果在此不再赘述。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机器人关节本体驱动器，其特征在于，包括：

外壳；

安装在所述外壳内的电机；

安装在所述外壳内的一级行星减速器，所述一级行星减速器与所述电机同轴设置，所述一级行星减速器的输入端与所述电机的输出端同轴并且固定连接；

安装在所述外壳内的二级行星减速器，所述二级行星减速器与所述一级行星减速器同轴设置，所述二级行星减速器的输入端与所述一级行星减速器的输出端同轴并且固定连接；

控制单元，所述控制单元与所述电机电连接，所述控制单元用于控制所述电机的启闭和转速。

2.根据权利要求1所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述一级行星减速器包括第一级上齿圈、第一级下齿圈、至少一个第一级上行星齿轮、与所述第一级上行星齿轮数量相同的至少一个第一级下行星齿轮、第一级上太阳齿轮、第一级下太阳齿轮、第一级上行星架和第一级下行星架，所述第一级上行星齿轮和所述第一级下行星齿轮的直径与模数均相同、并且所述第一级上行星齿轮和所述第一级下行星齿轮的齿型形成人字形结构，所述第一级上太阳齿轮和所述第一级上齿圈的齿型与所述第一级上行星齿轮的齿型相适配，所述第一级下太阳齿轮和所述第一级下齿圈的齿型与所述第一级下行星齿轮的齿型相适配。

3.根据权利要求1所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述二级行星减速器包括第二级上齿圈、第二级下齿圈、至少一个第二级上行星齿轮、与所述第二级上行星齿轮数量相同的至少一个第二级下行星齿轮、第二级上太阳齿轮、第二级下太阳齿轮、第二级上行星架和第二级下行星架，所述第二级上行星齿轮和所述第二级下行星齿轮的直径与模数均相同、并且所述第二级上行星齿轮和所述第二级下行星齿轮的齿型形成人字形结构，所述第二级上太阳齿轮和所述第二级上齿圈的齿型与所述第二级上行星齿轮的齿型相适配，所述第二级下太阳齿轮和所述第二级下齿圈的齿型与所述第二级下行星齿轮的齿型相适配。

4.根据权利要求1所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述电机包括定子、绕组、转子和与所述转子同轴连接的销轴、所述销轴与所述一级行星减速器的太阳轮轴同轴连接。

5.根据权利要求4所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述机器人关节本体驱动器还包括设于所述外壳的轴向方向的第一端的尾轴承座，所述电机还包括尾轴承，所述转子通过所述尾轴承与所述尾轴承座连接。

6.根据权利要求4所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述外壳为阶梯型圆柱单开口薄壁结构，所述外壳沿轴向方向分为第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的直径尺寸大于所述第二安装腔的直径尺寸，所述电机安装在所述第一安装腔内，所述电机内形成第三安装腔，所述一级行星减速器安装在所述第三安装腔内，所述二级行星减速器安装在所述第二安装腔内。

7.根据权利要求6所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述机器人关节本体驱动器还包括安装在所述第三安装腔中的减速器支撑座，所述电机的所述定子及所述绕组与所述减速器支撑座的外壁同轴固定连接，所述一级行星减速器和所述二级行星减速器均安装在所述减速器支撑座内。

8.根据权利要求1至6任一项所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述一级行星减速器和所述二级行星减速器的直径与齿轮模数相同。

9.根据权利要求4所述的机器人关节本体驱动器，其特征在于，所述控制单元包括控制板，所述机器人关节本体驱动器还包括与所述电机的所述转子同轴设置的磁环，所述控制板包括磁编码器和电机驱动电路，所述磁编码器与所述磁环同轴设置，所述磁编码器用于感应所述磁环的磁极位置和所述定子及所述绕组的电枢电流，所述电机驱动电路用于控制所述电机的启停。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

机器人机体；

第一肢体，所述第一肢体的第一端与所述机器人机体连接；

第二肢体；

根据权利要求1至9任一项所述的机器人关节本体驱动器，所述机器人关节本体驱动器的所述外壳与所述第一肢体固定连接，所述二级行星减速器的输出端与所述第二肢体固定连接。

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