CN220741230U - 一种转向机构和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械设备控制技术领域，特别是一种转向机构和机器人，该转向机构包括固定件，以及分别设置在固定件上的驱动组件、转向齿轮和角度测量组件；角度测量组件包括传动齿轮、行星减速机构和单圈绝对值编码器，传动齿轮和行星减速机构连接，行星减速机构的行星架上设置有与单圈绝对值编码器对应的感应部，以使单圈绝对值编码器通过感应部对行星架的转动圈数进行计数；转向齿轮与固定件转动连接，驱动组件与转向齿轮传动连接，以带动转向齿轮相对固定件转动，行星减速机构的减速比等于转向齿轮与传动齿轮之间的减速比。该转向机构能够使单圈绝对值编码器连接在输出轴侧边时，掉电后无需重新校准零位，以提升使用时的适用性。

Description

一种转向机构和机器人

技术领域

本实用新型涉及机械设备控制技术领域，特别是一种转向机构和机器人。

背景技术

编码器，是一种用来测量机械旋转或位移的传感器。随着科技的发展，越来越多的机械设备及机械运动需要精确控制，比如机器人的关节等转向机构，其中编码器充当角度的读取装置，实时反馈角度值到控制器以实现旋转运动的精确控制。

在编码器与转向机构配合使用时，通过转向机构上较大的转向齿轮与转向轴直接连接，并利用与转向齿轮传动连接的传动齿轮将转向齿轮的转动角度位置传递给编码器，以使编码器相对转向齿轮偏置设置。

由于转向齿轮和传动齿轮的大小不一致而存在传动比差异，通常需要使用多圈绝对值编码器间接读取输出轴的角度位置。但是由于多圈绝对值编码器的价格昂贵、应用成本较高，现有技术中常采用电子计数器和成本较低的单圈绝对值编码器配合使用，这种设置方式存在掉电后需要重新校准零位的问题。即使为电子计数器增设电池，仍然需要在电池到达使用寿命时更换电池并重新校准零位，从而使得单圈绝对值编码器的适用性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种转向机构，能够使单圈绝对值编码器连接在输出轴侧边时，掉电后无需重新校准零位。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

本实用新型提供了一种转向机构，包括固定件，以及分别设置在固定件上的驱动组件、转向齿轮和角度测量组件。

角度测量组件包括传动齿轮、行星减速机构和单圈绝对值编码器，转向齿轮通过传动齿轮和行星减速机构连接，行星减速机构的行星架上设置有与单圈绝对值编码器对应的感应部，以使单圈绝对值编码器通过感应部对行星架的转动圈数进行计数。

转向齿轮与固定件转动连接，驱动组件与传动齿轮传动连接，以带动转向齿轮相对固定件转动，行星减速机构的减速比等于转向齿轮与传动齿轮之间的减速比。

可选地，固定件上开设有走线孔，转向齿轮上设置有与走线孔对应的过孔，以使线缆分别从走线孔和过孔穿过。

可选地，行星减速机构包括输入轴、端盖、底座、内齿圈、中心轮、行星轮、行星轴和行星架；端盖通过内齿圈与底座连接，输入轴与端盖转动连接，输入轴与中心轮连接，中心轮与行星轮啮合。

内齿圈设置在底座上，且内齿圈的内齿与行星轮啮合；行星轴设置在行星架上，以使行星架通过行星轴与行星轮啮合。

可选地，行星减速机构还包括第一轴承、第一卡簧和第二卡簧；第一轴承的内圈套设在行星架上，且第一轴承的外圈与底座连接，第一轴承的两端分别设置有第一卡簧和第二卡簧。

可选地，行星减速机构还包括第二轴承和第三卡簧；第二轴承套设在输入轴上，输入轴上间隔设置有限位槽和环形凸起，第三卡簧设置在限位槽内，以使第二轴承位于第三卡簧和环形凸起之间。

可选地，单圈绝对值编码器为单圈绝对值磁编码器，感应部为磁铁。

可选地，单圈绝对值编码器为单圈绝对值光电编码器，感应部为光电码盘。

可选地，感应部与单圈绝对值编码器之间设置有安装间隙。

可选地，转向齿轮通过第三轴承与固定件转动连接，转向齿轮上开设有安装孔，以使转向齿轮与转向轴连接。

本实用新型还提供了一种机器人，包括转向轴和如上述的转向机构，转向机构通过转向齿轮与转向轴连接。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过单圈绝对值编码器通过感应部对行星架的转动圈数进行计数；而行星减速机构的减速比等于转向齿轮与转接齿轮之间的减速比，这使得行星架的转动圈数与转向齿轮组件的转动圈数相同；此外，由于单圈绝对值编码器和转向齿轮之间通过行星减速机构和传动齿轮传动连接，故这种方式使得单圈绝对值编码器读取的角度值相当于转向齿轮的角度值，无需额外对转向齿轮的转动圈数进行计数，从而使得单圈绝对值编码器无需在掉电后重新校准零位，进而使得单圈绝对值编码器具备较好的适用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本申请实施例提供的转向机构的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的转向机构的结构示意图之二；

图3为本申请实施例提供的角度测量组件的剖视结构示意图；

图4为本申请实施例提供的角度测量组件的分解示意图；

图5为本申请实施例提供的转向齿轮的结构示意图。

图中：110、固定件；111、走线孔；120、驱动组件；130、转向齿轮；131、过孔；132、安装孔；140、角度测量组件；141、传动齿轮；142、行星减速机构；1421、输入轴；1422、端盖；1423、底座；1424、内齿圈；1425、中心轮；1426、行星轮；1427、行星轴；1428、行星架；1429、第一轴承；1430、第一卡簧；1431、第二卡簧；1432、第二轴承；1433、第三卡簧；143、单圈绝对值编码器；144、感应部；150、第三轴承。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种转向机构和机器人，下面结合附图对本实用新型实施例的技术方案及实施例作详细说明。

本实用新型所采用的技术方案如下：

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供了一种转向机构，包括固定件110，以及分别设置在固定件110上的驱动组件120、转向齿轮130和角度测量组件140。

在一种可选实施例中，转向齿轮130设置在固定件110的中心位置，驱动组件120和角度测量组件140分别设置在转向齿轮130的相对两侧。这种设置方式可以使转向机构的重心更接近转向机构的几何中心，从而使得转向机构工作时具有较好的稳定性。

进一步地，角度测量组件140包括传动齿轮141、行星减速机构142和单圈绝对值编码器143，转向齿轮130通过传动齿轮141和行星减速机构142连接，行星减速机构142的行星架1428上设置有与单圈绝对值编码器143对应的感应部144，以使单圈绝对值编码器143通过感应部144对行星架1428的转动圈数进行计数。

具体地，转向齿轮130与固定件110转动连接，驱动组件120与转向齿轮130传动连接，以带动转向齿轮130相对固定件110转动，行星减速机构142的减速比等于转向齿轮130与传动齿轮141之间的减速比。

单圈绝对值编码器143通过感应部144对行星架1428的转动圈数进行计数；而行星减速机构142的减速比等于转向齿轮130与转接齿轮之间的减速比，这使得行星架1428的转动圈数与转向齿轮130组件的转动圈数相同；此外，由于单圈绝对值编码器143和转向齿轮130之间通过行星减速机构142和传动齿轮141传动连接，这种方式使得单圈绝对值编码器143读取的角度值相当于转向齿轮130的角度值，无需额外对转向齿轮130的转动圈数进行计数，从而使得单圈绝对值编码器143无需在掉电后重新校准零位，进而使得单圈绝对值编码器143具备较好的适用性；且上述转向机构可准确读取和反馈转向机构输出轴的当前绝对位置，其结构简单、操作简便、成本低、可满足大部分应用需求。

进一步地，参看图1和图2，固定件110上开设有走线孔111，转向齿轮130上设置有与走线孔111对应的过孔131，以使线缆分别从走线孔111和过孔131穿过。

线缆穿过走线孔111和过孔131进行走线排布的方式可以避免线缆在传动齿轮141转动时发生缠绕，从而避免因线缆发生破损而影响转向机构的正常工作。

进一步地，如图3和图4所示，行星减速机构142包括输入轴1421、端盖1422、底座1423、内齿圈1424、中心轮1425、行星轮1426、行星轴1427和行星架1428；端盖1422通过内齿圈1424与底座1423连接，输入轴1421与端盖1422转动连接，输入轴1421与中心轮1425连接，中心轮1425与行星轮1426啮合。

内齿圈1424设置在底座1423上，且内齿圈1424的内齿与行星轮1426啮合；行星轴1427设置在行星架1428上，以使行星架1428通过行星轴1427与行星轮1426啮合。

转向齿轮130通过传动齿轮141带动输入轴1421转动，中心轮1425随输入轴1421同步转动且带动行星轮1426沿内齿圈1424的内齿转动，随着行星轮1426的转动，行星架1428也随之转动；由于行星减速机构142的减速比等于转向齿轮130与转接齿轮之间的减速比，故行星架1428的转动圈数与转向齿轮130组件的转动圈数相同，即单圈绝对值编码器143通过感应部144获取的转动圈数与转向齿轮130组件的转动圈数相同。

在一种可选实施例中，行星架1428的材质可以为金属铜，可避免金属部件产生磁场干扰，以提高单圈绝对值编码器143的检测精度。

在一种可选实施例中，端盖1422、底座1423、内齿圈1424、中心轮1425和行星轮1426的材质可以为铝合金，也可以为塑胶等其他材质，从而能够降低行星减速机构142的重量和生产成本。

进一步地，参看图3和图4，行星减速机构142还包括第一轴承1429、第一卡簧1430和第二卡簧1431；第一轴承1429的内圈套设在行星架1428上，且第一轴承1429的外圈与底座1423连接，第一轴承1429的两端分别设置有第一卡簧1430和第二卡簧1431。

第一轴承1429可以保持行星架1428转动时的稳定性，而第一卡簧1430和第二卡簧1431可以限制第一轴承1429的轴向移动，以使行星架1428转动时获得更好的稳定性，从而使得单圈绝对值编码器143通过感应部144获取的转动圈数保持较好的精度。

进一步地，如图3和图4所示，行星减速机构142还包括第二轴承1432和第三卡簧1433；第二轴承1432套设在输入轴1421上，输入轴1421上间隔设置有限位槽和环形凸起，第三卡簧1433设置在限位槽内，以使第二轴承1432位于第三卡簧1433和环形凸起之间。

第二轴承1432能够使输入轴1421在旋转时保持较好的稳定性，而限位槽便于第三卡簧1433的安装定位，降低了安装难度、提高了安装效率；此外，第三卡簧1433和环形凸起能够限制第二轴承1432的轴向位移，从而能够使输入轴1421转动时获得更好的稳定性。

在一种可选实施例中，单圈绝对值编码器143为单圈绝对值磁编码器，感应部144为磁铁。

单圈绝对值磁编码器通过感应磁铁的磁场变化获取感应部144的转动圈数，即行星架1428的转动圈数，且单圈绝对值磁编码器具有抗震动干扰能力强、成本较低的特点。

在一种可选实施例中，单圈绝对值编码器143为单圈绝对值光电编码器，感应部144为光电码盘。

单圈绝对值光电编码器通过检测光电码盘的实际物理位移获取感应部144的转动圈数，即行星架1428的转动圈数。

进一步地，参看图3和图4，感应部144与单圈绝对值编码器143之间设置有安装间隙。该设置方式可以避免感应部144转动过程中与单圈绝对值编码器143发生剐蹭，以保证单圈绝对值编码器143的正常工作和检测准确性。在本申请实施例中，该安装间隙的距离可以为1mm。

进一步地，如图5所示，转向齿轮130通过第三轴承150与固定件110转动连接，转向齿轮130上开设有安装孔132，以使转向齿轮130与转向轴连接。

转向轴用于控制机械设备的水平方向运动，转向齿轮130通过驱动组件120进行驱动，而转向轴与转向齿轮130保持同步运动，并通过角度测量组件140实时获取转向角度。其中，第三轴承150可以减少转向齿轮130与固定件110之间的转动摩擦力，此外，第三轴承150还能提高转向齿轮130的转动稳定性，从而提高转向齿轮130的传输效率。

本实用新型实施例还提供了一种机器人，包括转向轴和如上述的转向机构，转向机构通过转向齿轮与转向轴连接。该机器人包含与前述实施例中的转向机构相同的结构和有益效果，该转向机构的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

机器人需要转向时，转向齿轮130通过驱动组件120进行驱动，而转向轴与转向齿轮130保持同步运动，并通过角度测量组件140实时获取转向角度。在一种可选实施例中，驱动组件120可以是直流有刷电机，也可以是直流无刷电机等其他类型的电机，本申请实施例不对驱动组件120的具体形式做出限定。

以上所描述的仅为本实用新型的较佳实施例，上述具体实施例不是对本实用新型的限制。在本实用新型的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种转向机构，其特征在于，包括固定件，以及分别设置在所述固定件上的驱动组件、转向齿轮和角度测量组件；

所述角度测量组件包括传动齿轮、行星减速机构和单圈绝对值编码器，所述转向齿轮通过所述传动齿轮和所述行星减速机构连接，所述行星减速机构的行星架上设置有与所述单圈绝对值编码器对应的感应部，以使所述单圈绝对值编码器通过所述感应部对所述行星架的转动圈数进行计数；

所述转向齿轮与所述固定件转动连接，所述驱动组件与所述转向齿轮传动连接，以带动所述转向齿轮相对所述固定件转动，所述行星减速机构的减速比等于所述转向齿轮与所述传动齿轮之间的减速比。

2.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于，所述固定件上开设有走线孔，所述转向齿轮上设置有与所述走线孔对应的过孔，以使线缆分别从所述走线孔和所述过孔穿过。

3.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于，所述行星减速机构包括输入轴、端盖、底座、内齿圈、中心轮、行星轮、行星轴和行星架；

所述端盖通过所述内齿圈与所述底座连接，所述输入轴与所述端盖转动连接，所述输入轴与所述中心轮连接，所述中心轮与所述行星轮啮合；

所述内齿圈设置在所述底座上，且所述内齿圈的内齿与所述行星轮啮合；

所述行星轴设置在所述行星架上，以使所述行星架通过所述行星轴与所述行星轮啮合。

4.根据权利要求3所述的转向机构，其特征在于，所述行星减速机构还包括第一轴承、第一卡簧和第二卡簧；

所述第一轴承的内圈套设在所述行星架上，且所述第一轴承的外圈与所述底座连接，所述第一轴承的两端分别设置有所述第一卡簧和所述第二卡簧。

5.根据权利要求3所述的转向机构，所述行星减速机构还包括第二轴承和第三卡簧；

所述第二轴承套设在所述输入轴上，所述输入轴上间隔设置有限位槽和环形凸起，所述第三卡簧设置在所述限位槽内，以使所述第二轴承位于所述第三卡簧和所述环形凸起之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的转向机构，其特征在于，所述单圈绝对值编码器为单圈绝对值磁编码器，所述感应部为磁铁。

7.根据权利要求1-5任一项所述的转向机构，其特征在于，所述单圈绝对值编码器为单圈绝对值光电编码器，所述感应部为光电码盘。

8.根据权利要求1-5任一项所述的转向机构，其特征在于，所述感应部与所述单圈绝对值编码器之间设置有安装间隙。

9.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于，所述转向齿轮通过第三轴承与所述固定件转动连接，所述转向齿轮上开设有安装孔，以使所述转向齿轮与转向轴连接。

10.一种机器人，其特征在于，包括转向轴和如权利要求1-9任一项所述的转向机构，所述转向机构通过所述转向齿轮与所述转向轴连接。