WO2023051816A1

WO2023051816A1 - 电动执行器、机械臂与机器人

Info

Publication number: WO2023051816A1
Application number: PCT/CN2022/123477
Authority: WO
Inventors: 罗程; 方鑫; 韩振; 黄晓庆; 孔兵
Original assignee: 达闼机器人股份有限公司
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2023-04-06
Also published as: CN113858174A

Abstract

一种电动执行器、机械臂与机器人，一种电动执行器包括驱动模块（60）及传动模块（10），驱动模块（60）包括电机（62）及电机安装主体（61），电机（62）固定在电机安装主体（61）内；传动模块（10）包括传动组件及传动连接传动组件的输出件（50）；传动组件包括与电机安装主体（61）固定连接的传动外壳；输出件（50）设有中心通孔（54）以供导线穿过；传动外壳上设有连通中心通孔（54）并贯穿至电动执行器侧面的第一导线槽。

Description

电动执行器、机械臂与机器人

本申请基于申请号为“202111166953.1”、申请日为2021年09月30日的中国专利申请提出，并要求该中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此以引入方式并入本申请。

技术领域

本申请实施例涉及执行器技术领域，特别涉及一种电动执行器、机械臂与机器人。

背景技术

随着智能机器人技术的不断发展，机器人涉及得分领域越来越广泛，在某些领域要求机器人能够完成更多的动作，因此要求机器人有较高的自由度，例如工业机器人、医疗机器人以及仿生机器人等。

然而，相关技术的电动执行器中至少存在如下问题：机器人具有多个关节因此需要设置多个电动执行器，而在进行执行器之间的串联控制时，导线需沿执行器的外表面布线并固定，但执行器的输出端在转动时可能导致导线缠绕或者破损。

发明概述

本申请的实施方式提供了一种电动执行器，包括驱动模块及传动模块，所述驱动模块包括电机及电机安装主体，所述电机固定在所述电机安装主体内；所述传动模块包括传动组件及传动连接传动组件的输出件；所述传动组件包括与电机安装主体固定连接的传动外壳；所述输出件设有中心通孔以供导线穿过；所述传动外壳上设有连通所述中心通孔并贯穿至所述电动执行器侧面的第一导线槽。

另外，所述驱动模块还包括连接端子，所述电机安装主体设有连通所述第一导线槽的第二导线槽，所述驱动模块中的连接端子露出在所述第二导线槽中。

另外，所述连接端子的数量为多个，所述第二导线槽包括竖向部分及横向部分；所述第二导线槽的横向部分连接在若干竖向部分之间，而若干竖向部分分别有所述连接端子外露于其中。

另外，所述传动外壳包括与所述电机安装主体固定连接的内齿圈；所述电机的输出轴固定有主驱动件，所述传动组件还包括一级行星架、枢接在该一级行星架上的一级行星齿轮、与一级行星架固定连接的二级太阳齿轮；所述一级行星齿轮与所述主驱动件以及内齿圈啮合，所述二级太阳齿轮与所述输出件传动连接。

另外，所述传动外壳还与包括该内齿圈固定连接的双联齿保持架，所述二级太阳齿轮枢接在该双联齿保持架上；所述输出件包括输出齿圈，所述传动组件还包括二级行星齿轮及三级行星齿；所述二级行星齿轮与所述二级太阳齿轮啮合；所述三级行星齿与二级行星齿轮固定连接并分别枢接设置在所述双联齿保持架的上端与下端；所述三级行星齿与所述输出齿圈啮合。

另外，所述传动外壳还包括与所述双联齿保持架固定连接的输出固定盖，所述输出件还包括固定于所述输出齿圈的输出法兰，所述输出法兰枢接在所述输出固定盖内，所述输出法兰的中间开设所述中心通孔。

另外，所述输出固定盖包括自其顶面向下延伸的第一外环和第一内环，所述输出法兰包括自其底面向上延伸的第二外环和第二内环，所述传动模块还包括设置在该第一内环与第二内环之间的第一轴承，以及设置在该第一外环与第二外环之间的第二轴承，所述第一轴承与第二轴承基于所述输出固定盖对所述输出法兰轴向限位。

另外，所述传动模块还包括与所述输出法兰固定的输出安装件，所述第一轴承限制所述输出安装件向下移动，所述第二轴承限制所述输出法兰向上移动，所述输出安装件的中间开设所述中心通孔。

另外，所述第一导线槽包括设置在所述双联齿保持架的第一槽部及内齿圈上的第二槽部；该第一槽部连通所述双联齿保持架的中部及侧壁，所述第一槽部的一端连通至所述中空通孔的下端，另一端连通所述第二槽部。

另外，所述传动模块还包括输出轴编码器，所述输出轴编码包括枢接在所述传动外壳上的第一磁铁以及与所述第一磁铁相对的第一芯片，所述第一磁铁由所述传动组件驱使转动。

另外，所述传动外壳还与包括双联齿保持架；所述输出件包括与传动组件传动连接的输出齿圈；所述输出齿圈的中心端部外周固定有第一计数齿轮；所述双联齿保持架上安装有与所述第一计数齿轮啮合的第二计数齿轮；所述第一磁铁安装在第二计数齿轮中心，所述第一芯片安装在双联齿保持架上。

另外，所述驱动模块包括所述安装主体中的抱闸及抱闸锁定片，所述抱闸锁定片与所述电机的电机轴固定连接，通过抱闸对抱闸锁定片的作用以限制所述电机轴的转动。

另外，所述驱动模块还包括驱动板与电机轴编码器，所述电机轴编码器包括固定于所述电机轴末端的第二磁铁以及固定于所述驱动板并与所述第二磁铁相对的第二芯片。

另外，所述输出件与所述主驱动件同轴设置。

另外，所述电动执行器还包括若干顶丝，所述顶丝连接所述电机安装主体与所述传动模块，以使所述电机安装主体与所述传动模块轴向锁紧。

本申请还提供一种机械臂，包括上述的电动执行器。

本申请还提供一种机器人，包括上述的电动执行器。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请的一些实施例的电动执行器的立体示意图；

图2为图1的电动执行器从左边观察的侧视图，其中隐藏了导线盖板以显示出第一导线槽及第二导线槽；

图3为图1的电动执行器的俯视图；

图4为图3的电动执行器沿线A-A的剖视图；

图5为图3的电动执行器沿线B-B的剖视图；

图6为图1的电动执行器的传动模块的立体分解图；

图7为图1的电动执行器的驱动模块的立体分解图；

图8为图1的电动执行器的传动模块的输出件及输出固定盖的部分组装示意图；

图9为图1的电动执行器的传动模块的上部分的局部示意图。

本发明的实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本申请的一些实施方式涉及一种电动执行器，本申请实施方式的核心在于，包括驱动模块及传动模块，所述驱动模块包括电机及电机安装主体，所述电机固定在所述电机安装主体内；所述传动模块包括传动组件及传动连接传动组件的输出件；所述传动组件包括与电机安装主体固定连接的传动外壳；所述输出件设有中心通孔以供导线穿过；所述传动外壳上设有连通所述中心通孔并贯穿至所述电动执行器侧面的第一导线槽。通过传动外壳的第一导线槽连通输出件的中心通孔及电机安装主体的第二导线槽，有效解决了导线从外部连接而产生的导线缠绕或者破损的问题。本申请还保护一种机械臂及机器人，该机械臂包括上述电动执行器；该机器人包括所述机械臂。

下面对本实施方式的电动执行器的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

请参考图1至图9，为本申请的一些实施例的电动执行器，用于机器人上，尤其是智能机器人如工业机器人、医疗机器人以及仿生机器人等等。该电动执行器包括传动模块10及驱动模块60，驱动模块60包括电机62及电机安装主体61，电机62固定在电机安装主体61内；传动模块10包括传动组件（图未标）及连接传动组件的输出件50；传动组件包括与电机安装主体61固定连接的传动外壳（图未标）；输出件50设有中心通孔54以供导线穿过；所述传动外壳上设有连通所述中心通孔54并贯穿至所述电动执行器侧面的第一导线槽。

在一些实施例中，所述驱动模块60还包括连接端子630，所述电机安装主体设有连通所述第一导线槽的第二导线槽610，所述驱动模块60中的连接端子630露出在所述第二导线槽630中。（图5中箭头显示了导线在中心通孔、第一导线槽、第二导线槽的位置）。

在本申请一些实施例中，连接端子630的数量为多个，第二导线槽610包括竖向部分及横向部分，所述连接端子630分别外露在第二导线槽610内；所述第二导线槽610的横向部分连接在若干竖向部分之间，而若干竖向部分分别有所述连接端子630外露于其中。

在本申请一些实施例中，输出件50与电机62同轴设置，因此该电动执行器也称为H型执行器。

请重点参阅图4至图6，传动外壳包括与电机安装主体61固定连接的内齿圈20、与该内齿圈20固定连接的双联齿保持架30及与双联齿保持架30固定连接的输出固定盖40。输出件50包括输出齿圈51、与输出齿圈51固定连接的输出法兰52及与所述输出法兰52固定的输出安装件53。

电机62的输出轴固定的主驱动件70，传动组件还包括一级行星架31、枢接在该一级行星架31上的一级行星齿轮32、与一级行星架31固定连接的二级太阳齿轮33；一级行星齿轮32与主驱动件70及内齿圈20啮合，二级太阳齿轮33与输出件50传动连接。

在本申请一些实施例中，一级行星齿轮32的数量为三个，一级行星齿轮32围绕主驱动件70均匀设置，各一级行星齿轮32同时与主驱动件70及内齿圈20的内齿啮合。在本申请一些实施例中，主驱动件70为齿轮，相当于一级太阳齿轮。

在本申请一些实施例中，一级行星架31通过二级太阳齿轮33枢接在该双联齿保持架30的中心轴上，从而一级行星架31与双联齿保持架30枢接；传动组件还包括至二级行星齿轮34及三级行星齿41；二级行星齿轮34与二级太阳齿轮33啮合；三级行星齿41与二级行星齿轮34固定连接并分别枢接设置在双联齿保持架30的上端与下端；三级行星齿41与输出齿圈51啮合。

在本申请一些实施例中，三级行星齿41与二级行星齿轮34的数量均为四个。三级行星齿41与输出齿圈51的内齿啮合，从而带动输出齿圈51转动。在本申请一些实施例中，各二级行星齿轮34的中部朝向双联齿保持架30延伸有转动轴，各三级行星齿41与对应的二级行星齿轮34的转动轴穿过双联齿保持架30的一端过盈配合。

所述输出法兰52固定于所述输出齿圈51之内。所述输出法兰52枢接在所述输出固定盖40内，所述输出法兰52的中间开设所述中心通孔54。输出齿圈51枢接在输出固定盖40内。

在本申请一些实施例中，输出固定盖40包括自其顶面向下延伸的第一外环和第一内环，所述输出法兰52包括自其底面向上延伸的第二外环和第二内环，传动模块10还包括设置在该第一内环与第二内环之间的第一轴承11，以及设置在该第一外环与第二外环之间的第二轴承12，所述第一轴承11与第二轴承12基于所述输出固定盖40对所述输出法兰52轴向限位。通过在输出固定盖40的内壁和外壁设置双轴承结构，可减小输出件50的轴向窜动。在本申请一些实施例中，第一轴承11是安装在输出安装件53与输出固定盖40的一朝上的安装面之间，从而对输出安装件53向下的移动进行限制，第二轴承12是安装在输出法兰52与输出固定盖40的一朝下的安装面之间，从而对输出法兰52向上的移动进行限制。输出安装件53的中间同样开设所述中心通孔54。

第一导线槽包括设置在双联齿保持架30的第一槽部35及内齿圈20上的第二槽部25；该第一槽部35连通双联齿保持架30的中部及侧壁，所述第一槽部35的一端连通至所述中空通孔54的下端，另一端连通所述第二槽部25。输出齿圈51为空心结构因此有中心通孔54同样延伸到输出齿圈51中心，该中心通孔54连通第一导线槽的第一槽部35。可以理解地，中心通孔54贯穿所述输出齿圈51、输出法兰52、输出安装件53及输出固定盖40。

当主驱动件70转动，利用啮合关系驱使一级行星齿轮32自转，而由于与内齿圈20啮合，一级行星齿轮32在自转的同时也会沿内齿圈20移动，即绕主驱动件70公转，这一公转就带动了一级行星架31转动，从而驱动二级太阳齿轮33转动。二级太阳齿轮33的转动，通过啮合关系驱使二级行星齿轮34自转，由于三级行星齿41与二级行星齿轮34固定连接并分别枢接设置在所述双联齿保持30的上端与下端，从而带动三级行星齿41的自转。而三级行星齿41通过又通过与输出齿圈51的啮合关系实现输出齿圈51转动，从而实现输出齿圈51、输出法兰52、输出安装件53即输出件50的转动。

请参阅图5、图8及图9，所述传动模块10还包括输出轴编码器，所述输出轴编码包括枢接在所述传动外壳上的第一磁铁36以及与所述第一磁铁36相对的第一芯片37，所述第一磁铁36由所述传动组件驱使转动。在本申请一些实施例中，所述输出齿圈51的中心端部外周固定有第一计数齿轮38；所述双联齿保持架30上安装有与所述第一计数齿轮38啮合的第二计数齿轮39；所述第一磁铁36安装在第二计数齿轮39中心，所述第一芯片37安装在双联齿保持架30上。如图8所示，双联齿保持架30呈圆盘状设置，双联齿保持架30的顶部设有环槽301、多个均匀分布的齿轮槽302及位于中部的所述第一槽部35；各齿轮槽302与所述环槽301连通。环槽301用于配合安装所述输出齿圈51，齿轮槽302用于安装所述三级行星齿41。第一槽部35的外端连通至双联齿保持架30的外侧壁，第一槽部35的内端用于安装第二计数齿轮39。

请一并参阅图7，驱动模块60还包括驱动板63，第二导线槽610用于容置连接电机62及驱动板63的导线。在本申请一些实施例中，第二导线槽610分别连通至电机62及驱动板63的连接端子630；即第二导线槽610用于容置分别连接电机62及驱动板63的导线。驱动模块60还包括电机尾盖64及导线盖板65，电机尾盖64安装在电机安装主体61的底部并对驱动板63进行保护。导线盖板65对应安装盖设在第二导线槽610及第一导线槽的部分上。电机尾盖64呈异形结构设置，电机尾盖具有凹陷弧面，以方便与其他执行器对接。

第二导线槽610包括交错连通的竖向部分及横向部分，连接端子分别外露在第二导线槽610内，以供导线连接所述连接端子630后埋设在第二导线槽610中。第二导线槽610的横向部分连接在若干竖向部分之间，而若干竖向部分则分别有连接端子外露于其中。

所述驱动模块60的上端具有开口，所述主驱动件70从所述开口露出。

所述驱动模块60还包括电机轴编码器；电机62包括电机轴620，该电机轴620贯穿电机62。所述电机轴编码器包括固定于所述电机轴620末端的第二磁铁621以及固定于所述驱动板63并与所述第二磁铁621相对的第二芯片；电机轴620靠近传动模块10的一端安装所述主驱动件70，所述电机轴620的另一端固定有所述第二磁铁621并靠近驱动板63设置，以供驱动板63上的第二芯片记录电机轴620转动的圈数。在本申请一些实施例中，电机轴编码器通过记录第二磁铁621转动使磁场改变的次数，从而记录电机62转动的圈数。

驱动模块60还包括安装在电机安装主体61内的抱闸66及抱闸锁定片67，抱闸锁定片67与电机轴620固定连接，通过抱闸66对抱闸锁定片67的作用以限制电机轴620的转动。在本申请一些实施例中，电机轴620穿过电机62及抱闸66后轴体尾部与抱闸锁定片67固定，通过卡簧将抱闸锁定片67轴向限制在抱闸66中。抱闸包括一摩擦片，抱闸锁定片67与摩擦片周向定位实现同步转动或止动。当抱闸66通电时，摩擦片被放开因而电机轴620可以自由转动，当抱闸66断电时，抱闸66内部磁力消失而将摩擦片夹持并施加摩擦力，限制抱闸锁定片67的转动从而限制住电机轴620的转动。

所述电动执行器还包括若干顶丝90，顶丝90连接电机安装主体61与所述内齿圈20，以使电机安装主体61与内齿圈20锁紧。在本申请一些实施例中，电机安装主体61与所述内齿圈20轴向配合，通过顶丝90锁紧，通过拆卸顶丝90，可以快速的更换传动模块10。

本申请电动执行器，通过传动外壳的第一导线槽连通输出件50的中心通孔54及电机安装主体61的第二导线槽610，方便导线可以顺利分别连接电机62、驱动板63及外部的执行器，避免了导线在工作过程中出现缠绕或者破损的问题。而驱动模块60的主驱动件70与传动模块10的传动组件及输出件50的紧密配合，紧凑小巧。

本申请的主驱动件70与一级行星齿轮32啮合，通过一级行星架31传递至二级太阳齿轮33实现减速比为9:1的减速；而二级行星齿轮34带动三级行星齿41转动后，三级行星齿41通过输出齿圈51传递至输出件50的传动比均为4.5:1，因此主驱动件70最终传递至输出件50的减速比为9×4.5=40.5；从而实现了较大的减速，达到柔性执行的需求。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims

一种电动执行器，包括驱动模块（60）及传动模块（10），所述驱动模块（60）包括电机（62）及电机安装主体（61），所述电机（62）固定在所述电机安装主体（61）内；所述传动模块（10）包括传动组件及传动连接传动组件的输出件（50）；所述传动组件包括与电机安装主体（61）固定连接的传动外壳；所述输出件（50）设有中心通孔（54）以供导线穿过；所述传动外壳上设有连通所述中心通孔（54）并贯穿至所述电动执行器侧面的第一导线槽。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述驱动模块（60）还包括连接端子（630），所述电机安装主体（61）设有连通所述第一导线槽的第二导线槽（610），所述驱动模块（60）中的连接端子（630）露出在所述第二导线槽（610）中。
根据权利要求2所述的电动执行器，其中，所述连接端子（630）的数量为多个，所述第二导线槽（610）包括竖向部分及横向部分；所述第二导线槽（610）的横向部分连接在若干竖向部分之间，而若干竖向部分分别有所述连接端子（630）外露于其中。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述传动外壳包括与所述电机安装主体（61）固定连接的内齿圈（20）；所述电机（62）的输出轴固定有主驱动件（70），所述传动组件还包括一级行星架（31）、枢接在该一级行星架（31）上的一级行星齿轮（32）、与一级行星架（31）固定连接的二级太阳齿轮（33）；所述一级行星齿轮（32）与所述主驱动件（70）以及内齿圈（20）啮合，所述二级太阳齿轮（33）与所述输出件（50）传动连接。
根据权利要求4所述的电动执行器，其中，所述传动外壳还包括与该内齿圈（20）固定连接的双联齿保持架（30），所述二级太阳齿轮（33）枢接在该双联齿保持架（30）上；所述输出件（50）包括输出齿圈（51），所述传动组件还包括二级行星齿轮（34）及三级行星齿（41）；所述二级行星齿轮（34）与所述二级太阳齿轮（33）啮合；所述三级行星齿（41）与二级行星齿轮（34）固定连接并分别枢接设置在所述双联齿保持架（30）的上端与下端；所述三级行星齿（41）与所述输出齿圈（51）啮合。
根据权利要求5所述的电动执行器，其中，所述传动外壳还包括与所述双联齿保持架（30）固定连接的输出固定盖（40），所述输出件（50）还包括固定于所述输出齿圈（51）的输出法兰（52），所述输出法兰（52）枢接在所述输出固定盖（40）内，所述输出法兰（52）的中间开设所述中心通孔（54）。
根据权利要求6所述的电动执行器，其中，所述输出固定盖（40）包括自其顶面向下延伸的第一外环和第一内环，所述输出法兰（52）包括自其底面向上延伸的第二外环和第二内环，所述传动模块（10）还包括设置在该第一内环与第二内环之间的第一轴承（11），以及设置在该第一外环与第二外环之间的第二轴承（12），所述第一轴承（11）与第二轴承（12）基于所述输出固定盖（40）对所述输出法兰（52）轴向限位。
根据权利要求7所述的电动执行器，其中，所述传动模块（10）还包括与所述输出法兰（52）固定的输出安装件（53），所述第一轴承（11）限制所述输出安装件（53）向下移动，所述第二轴承（12）限制所述输出法兰（52）向上移动，所述输出安装件（53）的中间开设所述中心通孔（54）。
根据权利要求5所述的电动执行器，其中，所述第一导线槽包括设置在所述双联齿保持架（30）的第一槽部（35）及内齿圈（20）上的第二槽部（25）；该第一槽部（35）连通所述双联齿保持架（30）的中部及侧壁，所述第一槽部（35）的一端连通至所述中空通孔（54）的下端，另一端连通所述第二槽部（25）。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述传动模块（10）还包括输出轴编码器，所述输出轴编码包括枢接在所述传动外壳上的第一磁铁（36）以及与所述第一磁铁（36）相对的第一芯片（37），所述第一磁铁（36）由所述传动组件驱使转动。
根据权利要求10所述的电动执行器，其中，所述传动外壳还与包括双联齿保持架（30）；所述输出件（50）包括与传动组件传动连接的输出齿圈（51）；所述输出齿圈（51）的中心端部外周固定有第一计数齿轮（38）；所述双联齿保持架（30）上安装有与所述第一计数齿轮（38）啮合的第二计数齿轮（39）；所述第一磁铁（36）安装在第二计数齿轮（39）中心，所述第一芯片（37）安装在双联齿保持架（30）上。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述驱动模块（60）包括所述安装主体（61）中的抱闸（66）及抱闸锁定片（67），所述抱闸锁定片（67）与所述电机（62）的电机轴（620）固定连接，通过抱闸（66）对抱闸锁定片（67）的作用以限制所述电机轴（620）的转动。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述驱动模块（60）还包括驱动板（63）与电机轴编码器，所述电机轴编码器包括固定于所述电机轴（620）末端的第二磁铁（621）以及固定于所述驱动板（63）并与所述第二磁铁（621）相对的第二芯片。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，所述输出件（50）与所述主驱动件（70）同轴设置。
根据权利要求1所述的电动执行器，其中，还包括若干顶丝（90），所述顶丝（90）连接所述电机安装主体（61）与所述传动模块（10），以使所述电机安装主体（61）与所述传动模块（10）轴向锁紧。
一种机械臂，包括如权利要求1-15任意一项所述的电动执行器。
一种机器人，包括如权利要求1-15任意一项所述的电动执行器。