CN214493143U - 一种四足机器人准直驱关节执行器 - Google Patents
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Abstract
一种四足机器人准直驱关节执行器，包括驱动板、电机、减速器、编码器和与编码器配合的磁铁，减速器与驱动板分别设在电机的两端，其特征在于，所述的电机为盘式电机，所述的编码器包括轴向编码器和轴侧编码器，所述的磁铁包括磁铁一和磁铁二，所述的磁铁一和轴心编码器设在驱动板与电机之间，且磁铁一与轴向编码器均设与电机的输出轴同轴，所述的磁铁二与轴侧编码器均设在减速器上，所述的磁铁二与减速器输出轴同轴，所述的轴侧编码器设在磁铁二轴心一侧。将编码器设在磁铁的一侧，减少了编码器轴向上的占用尺寸，同时使用盘式电机，进一步减小了装置的轴向尺寸，并且编码器可以保证关节输出的角度精确。
Description
技术领域
本使用新型机器人技术领域，具体涉及一种四足机器人准直驱关节执行器
背景技术
现有的四足机器人为了实现灵活控制，需要使用较多的关节执行器，关节执行器常用的方案有两种：第一种采用电机直驱，此方案虽然结构简单，但输出扭矩小，负载能力严重不足，且齿槽转矩干扰严重，使得采用这种方案的机器人应用范围小，不宜推广；第二种是常规电机和大减速比减速器配合，此方案添加减速器后使得装置整体轴向尺寸过大，而且虽然输出力矩大，但是价高高昂，使得使用这种方案机器人不宜生产和普及使用，并且使用减速器后，减速前后旋转角度相差倍数较大，减速后的输出角度不易确定。因此为了提高控制精度和测量输出转矩，机器人关节通常会使用两个编码器，分别放在关节的电机输出端和减速器后的输出端，但是在关节输出端加装编码器，这又会导致关节驱动模组的尺寸更大，结构设计和走线也更复杂。
因此我们需要一种四足机器人使用的用关节执行器，在不会增加设计和走向复杂程度，使轴向尺寸较小的情况下，既能保证输出较大的力矩，具有较大的承载能力，又能保证关节输出的角度精确，同时生产制造简单，成本较低。
实用新型内容
为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种四足机器人准直驱关节执行器。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括驱动板、电机、减速器、编码器和与编码器配合的磁铁，减速器与驱动板分别设在电机的两端，其特征在于，所述的电机为盘式电机，所述的编码器包括轴向编码器和轴侧编码器，所述的磁铁包括磁铁一和磁铁二，所述的磁铁一和轴心编码器设在驱动板与电机之间，且磁铁一与轴向编码器均设与电机的输出轴同轴，所述的磁铁二与轴侧编码器均设在减速器上，所述的磁铁二与减速器输出轴同轴，所述的轴侧编码器设在磁铁二轴心一侧。
进一步地，所述的磁铁为磁环。
进一步地，所述的电机为盘式无刷电机。
进一步地，所述的减速器采用低减速比减速器，减速器的减速比小于30.
进一步地，所述的减速器的外侧中部设有用于放置磁环的凹槽一，所述的减速器外侧设有用于放置轴侧编码器的凹槽二。
进一步地，所述的驱动板，包括微控制器、驱动模块、电流采集模块和通信模块。
进一步地，所述的微控制器采用GD32控制器。
对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
1.通过使用盘式电机，通过在电机和减速器的转动实现装置输出较大的力矩，通过设置编码器实现对输出角度精度的控制，而盘式电机本身就缩减了装置整体的轴向尺寸，并且将编码器设计在输出轴的一侧，而不是端部，从而减少了编码器的轴向上占用空间，从而保证了装置轴向上尺寸较小。
2.本装置在减速器外设置凹槽，在加工制造本装置时，仅仅需要在电机外开槽设置就可以实现放置编码器和磁铁，能够减少制造成本，且开槽固定更加牢固稳定，可靠性高。
附图说明
附图1是本装置整体结构示意图；
附图2是本装置整体结构示意图；
附图3是本装置内部编码器位置示意图；
附图4是本装置微控制器结构示意图。
附图中所示标号：1-驱动板，2-电机，21-电机后盖，3-减速器，4-编码器，41-轴心编码器，42-轴侧编码器，5-磁铁，51-磁铁一，52-磁铁二，61-凹槽一，62-凹槽二。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1-4所示，一种四足机器人准直驱关节执行器，包括驱动板1、电机2、减速器3、编码器4和与编码器4配合的磁铁5，减速器3与驱动板1分别设在电机2的两端，在本实施例中，所述的驱动板1为FOC驱动板1，驱动板1连接编码器4和电机2，所述的减速器3为低减速比齿轮箱，低减速比减速器3成本较低，且有一定力矩输出能力，启动扭矩小，本实施例中，减速器3的减速比不高于30，当减速比高于30，减速器3静摩擦力难以处理，严重干扰电流环的电流检测，导致无法实现执行器扭矩控制，影响电流反馈检测精度，所述的电机2为盘式无刷电机2，盘式无刷电机2的轴向尺寸较小，同时输出扭矩高，在减少整个关节机构的尺寸的同时可以提供较大的扭矩，齿轮箱和驱动板1分别设在电机2的前后两侧，减速器3连接电机2的转子，驱动板1固定在盘式无刷电机后盖21内，驱动板1与无刷电机2之间设有编码器4，编码器4用于检测电机2的输出角度，所述的编码器4包括轴向编码器4和轴侧编码器42，本实施例中的编码器4均为磁编码器4，每个编码器4对应一个磁铁5，所述的磁铁5包括磁铁一51和磁铁二52，所述的磁铁一51和轴心编码器41设在驱动板1与电机2之间，且磁铁一51与轴向编码器4均设与电机2的输出轴同轴，磁铁一51与轴向编码器4其中一个跟随输出轴转动，另一个固定在电机2上，在本实施例中，磁铁一51设在电机2输出轴的端部，磁铁一51设在驱动板前方，所述的磁铁二52与轴侧编码器42均设在减速器3上，所述的磁铁二52与减速器3输出轴同轴，所述的轴侧编码器42设在磁铁二52一侧且与磁铁二52在同一平面上，磁铁二52跟随减速器3输出轴转动，轴侧编码器42固定在减速器3上。在本实施例中，所述的编码器4采用非接触式、绝对角度输出数字编码器，优选采用选用MPS公司的MA730，MA730支持径向和轴向两种检测安装方式，所以无需使用新的算法来计算径向时的输出角度，编码器4只需要将检测信息发送给驱动板1即可。
本装置内的编码器4在生产时，只需要减速器3的外壳处增加两个开槽，后将磁铁二52和轴侧编码器42安装在对应的开槽中，使轴侧编码器42固定在磁铁二52的一侧，通过算法即可实现轴侧编码器的信息检测，制造简单，成本低。
作为详细描述，所述的磁铁5的形状可以为圆柱形，也可以为环形，在本实施例中，所述的磁铁5优选为磁环。
作为详细描述，所述的减速器3的外侧中部设有用于放置磁环二的凹槽一61，所述的减速器3外侧设有设有用于放置轴侧编码器42的凹槽二62，凹槽的设计既能方便放置磁环和编码器4，又能缩减磁环和编码器4的轴向占用空间，减少装置轴向上的尺寸，磁环二和轴侧编码器42可以通过固定盖固定到相应的凹槽上进行固定，也可以通过粘胶固定。
作为详细描述，所述的驱动板1包括微控制器、驱动模块、电流采集模块和通信模块。
所述的驱动模块包括驱动芯片和NMOS组成的驱动电路，用于驱动电机2。
所述的电流采用模块采集电机2电流信息，并通过SPI接口传递数据给微处理器。电流采集模块采用三电阻采样法，微控制器通过反馈电流估算出力矩大小，同时减速器3的启动转矩小，对力矩估算影响不大，可以精确的实现电机2的力矩控制。
所述的通信模块用于实现两个编码器4与驱动模块的通讯，微控制器通过通信模块连接轴向编码器4和轴侧编码器42，所述通信接口支持串口及SPI总线方式，两个编码器4和通信模块上均设有SPI接口。
所述的微控制器采用GD32系列，微控制器获取轴向编码器4和轴侧编码器42的位置反馈信息，以及电流采样模块反馈的电流信息，通过FOC算法和PID算法实现电机2的位置、速度和力矩控制。
Claims (7)
1.一种四足机器人准直驱关节执行器，包括驱动板(1)、电机(2)、减速器(3)、编码器(4)和与编码器(4)配合的磁铁(5)，减速器(3)与驱动板(1)分别设在电机(2)的两端，其特征在于，所述的电机(2)为盘式电机(2)，所述的编码器(4)包括轴向编码器(4)和轴侧编码器(42)，所述的磁铁(5)包括磁铁一(51)和磁铁二(52)，所述的磁铁一(51)和轴心编码器(41)设在驱动板(1)与电机(2)之间，且磁铁一(51)与轴向编码器(4)均设与电机(2)的输出轴同轴，所述的磁铁二(52)与轴侧编码器(42)均设在减速器(3)上，所述的磁铁二(52)与减速器(3)输出轴同轴，所述的轴侧编码器(42)设在磁铁二(52)轴心一侧。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的磁铁(5)为磁环。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的电机(2)为盘式无刷电机(2)。
4.根据权利要求1所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的减速器(3)采用低减速比减速器(3)，减速器(3)的减速比小于30。
5.根据权利要求1或4所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的减速器(3)的外侧中部设有用于放置磁环的凹槽一(61)，所述的减速器(3)外侧设有用于放置轴侧编码器(42)的凹槽二(62)。
6.根据权利要求1所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的驱动板(1)包括微控制器、驱动模块、电流采集模块和通信模块。
7.根据权利要求6所述的一种四足机器人准直驱关节执行器，其特征在于，所述的微控制器采用GD32控制器。
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| CN202120767042.3U CN214493143U (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 一种四足机器人准直驱关节执行器 |
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| CN202120767042.3U CN214493143U (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 一种四足机器人准直驱关节执行器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114378801A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-22 | 苏州艾利特机器人有限公司 | 一种集成编码器的减速器组件及多关节机器人 |
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- 2021-04-14 CN CN202120767042.3U patent/CN214493143U/zh active Active
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| CN114378801A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-22 | 苏州艾利特机器人有限公司 | 一种集成编码器的减速器组件及多关节机器人 |
| CN114378801B (zh) * | 2022-01-19 | 2023-11-14 | 苏州艾利特机器人有限公司 | 一种集成编码器的减速器组件及多关节机器人 |
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