一种舵机及机器人的制作方法

本实用新型属于电机减速传动设备技术领域，具体涉及一种舵机及机器人。

背景技术：

舵机是实现机器人关节功能的重要元件，其主要包括电机、控制电路板、减速齿轮组、输出轴和传感器等基本元件。其控制方法为：设置控制信号，控制信号通过控制电路板传输到电机，控制电机的转轴进行转动，通过减速齿轮组减速传动后经输出轴输出力矩。在机器人停止运动后，现有的舵机通过持续输入电流来保持电机产生的力矩，从而使机器人保持运动停止时的动作，而在某些情况下，如机器人关机和舵机断电，内部电机失去电力支持，从而无法产生足够的力矩，此时由于机器人持续受到外力作用，比如机器人腿部的舵机受到机器人自身重力作用，舵机输出轴会因受力发生转动，从而导致机器人在该舵机位置发生一定角度偏移，机器人无法保持断电前的站立动作，甚至会发生机器人倾倒的现象，故采用现有舵机的机器人停止运动后稳定性不够，影响用户体验。

技术实现要素：

针对现有舵机存在断电后发生输出轴转动，影响机器人稳定性的问题，本实用新型提供了一种舵机及机器人，能够在舵机断电后对电机的转轴进行锁位，有利于机器人的动作保持。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种舵机，包括舵机壳体以及设置于所述舵机壳体中的电机、减速齿轮组和锁位结构；

所述电机具有转轴，所述减速齿轮组连接所述转轴，用于电机的减速输出；

所述锁位结构在电机处于断电状态时，限制所述转轴的转动；

所述锁位结构在电机处于通电状态时，解除对所述转轴的转动的限制。

进一步的，所述锁位结构包括旋转件、限位件和线圈，所述线圈的通断电与所述电机的通断电联动设置，所述旋转件固定于所述转轴上，所述旋转件上设有第一卡合部，所述限位件上设有第二卡合部，所述限位件至少部分为铁磁材料，所述线圈位于所述限位件背离所述第二卡合部的一侧；

所述限位件弹性在线圈断电时，压合至所述旋转件，第一卡合部和第二卡合部相互卡合锁位；

所述限位件在线圈通电时，由所述线圈吸引，第一卡合部和第二卡合部脱离，所述限位件与所述旋转件脱离。

进一步的，所述舵机还包括控制电路板，所述电机和线圈均电连接至所述控制电路板。

进一步的，所述旋转件为转盘，所述第一卡合部设置在所述转盘的外缘，所述转轴连接于所述转盘的中心位置。

进一步的，所述第一卡合部为凹陷口，所述第二卡合部为与所述凹陷口形状相适配的突出部。

进一步的，所述旋转件的两侧均设有限位件和线圈，所述线圈位于所述限位件背离所述旋转件的一侧，所述线圈在电机处于断电状态时与限位件之间相互间隔，所述两个限位件之间连接有第一弹簧，所述第一弹簧处于伸长状态；

所述锁位结构还包括滑槽，所述滑槽固定于所述电机外壳或所述舵机壳体上，所述限位件上远离所述第二卡合部的一端限位于所述滑槽中，所述限位件可沿所述滑槽滑动，所述限位件的第二卡合部压合在所述旋转件上。

进一步的，所述限位件为弹性形变件，所述弹性形变件上远离所述第二卡合部的一端固定于所述舵机壳体上，所述弹性形变件的第二卡合部压合在所述旋转件上。

进一步的，所述锁位结构还包括支撑件，所述支撑件固定于所述电机外壳或所述舵机壳体上，所述限位件上远离所述第二卡合部的一端铰接在所述支撑件上，所述限位件与支撑件之间连接有第二弹簧，所述限位件的第二卡合部压合在所述旋转件上。

进一步的，所述舵机还包括舵机壳体，所述电机和减速齿轮组设置于所述舵机壳体中。

进一步的，所述舵机还包括用于检测减速齿轮组输出轴旋转角度的角度传感器。

一种机器人，包括如上所述的舵机。

根据本实用新型提供的舵机，在电机的转轴上设有锁位结构，通过联动设置，在电机转动时，所述锁位结构解除对转轴的锁位，当电机断电停止时，所述锁位结构对转轴进行锁位，避免转轴发生进一步的转动，从而避免机器人发生进一步的动作，使得机器人能够保持断电前的动作，防止发生断电后机器人由于自身重力作用或其他外力作用发生动作变形或者倾倒的情况，在一定程度上避免机器人摔倒损坏，提升了用户体验。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的舵机的转动状态示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的舵机的停止状态示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的电机的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的限位件的结构示意图；

图5是本实用新型实施例1提供的滑槽的剖面示意图；

图6是本实用新型实施例2提供的锁位结构的结构示意图；

图7是本实用新型实施例3提供的锁位结构的结构示意图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、电机；11、转轴；2、锁位结构；21、旋转件；211、第一卡合部；22、限位件；221、第二卡合部；23、线圈；24、第一弹簧；25、滑槽；26、支撑件；3、控制电路板；4、舵机壳体。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参见图1～图3所示，本实施例提供了一种舵机的实施方式，所述舵机包括电机1、减速齿轮组(未图示)和锁位结构2；

所述电机1具有转轴11，所述减速齿轮组连接所述转轴11，用于电机1的减速输出；

所述锁位结构2设置于所述转轴11位置，且所述锁位结构2与所述电机1联动设置；所述锁位结构2在电机1处于断电状态时，限制所述转轴11的转动；

所述锁位结构2在电机1处于通电状态时，解除对所述转轴11的转动的限制。

在电机1的转轴11上设有锁位结构2，通过联动设置，在电机1转动时，所述锁位结构2解除对转轴11的锁位，当电机1断电停止时，所述锁位结构2对转轴11进行锁位，避免转轴11发生进一步的转动，从而避免机器人发生进一步的动作。需要说明的是，所述锁位结构2可以是现有的各种具有锁位作用的机械或电控结构，目的是实现对电机1的转轴11进行旋转锁定；本领域技术人员也可根据需要选择其他类型的锁位结构2进行替换，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

在本实施例中，还公开了所述锁位结构2的优选实施方式，具体如下。

所述锁位结构2包括旋转件21、限位件22和线圈23，所述线圈23的通断电与所述电机1的通断电联动设置。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“联动设置”应做广义理解，比如，在本实施例中线圈232的通断电和所述电机1的通断电联动设置，指的是通过直接电性连接或设置控制模块间接的电控制，当电机1的通断电状态发生改变时，能够将其通断电状态的改变作为所述线圈232电流导通和断开的控制条件。

所述旋转件21固定于所述转轴11上，所述转轴11的转动带动所述旋转件21以所述转轴11为中心轴线转动，所述旋转件21上设有第一卡合部211，所述限位件22上设有第二卡合部221，所述限位件22至少部分为铁磁材料，所述线圈23位于所述限位件22背离所述第二卡合部221的一侧。

本实施例采用线圈23作为限位件22的控制模块，其作用原理与电磁阀类似，线圈23通电形成电磁场，对铁磁材料具有一定的磁力吸引作用，进而能够吸引所述限位件22设有第二卡合部221的一端朝远离所述旋转件21的方向运动，限位件22在线圈23作用下脱离旋转件21，具有反应快速、可控的优点，在其他实施例中，也可采用实现所述限位件22运动方向的结构进行替换，如电磁阀。

所述限位件22在线圈23断电时，弹性压合至所述旋转件21，第一卡合部211和第二卡合部221相互卡合锁位，将所述旋转件21固定，进而避免所述电机1的转轴11转动；

所述限位件22在线圈23通电时，由所述线圈23吸引，第一卡合部211和第二卡合部221脱离，所述限位件22与所述旋转件21脱离，所述旋转件21可随着所述电机1的转轴11转动，所述限位件22不对旋转件21产生干涉。

在本实施例中，所述舵机还包括控制电路板3，所述电机1和线圈23均电连接至所述控制电路板3上，所述控制电路板3用于传输控制信号以驱动所述电机1进行转动，当外部的主控制器的控制信号输入时，控制电路板3根据控制信号导通电机1电源，同时控制电机1的输入电压和输入时长，从而控制舵机输出轴的旋转角度，在接通电机1电源的同时接通所述线圈23的电源，从而实现上述线圈23对限位件22的电磁吸引。

所述旋转件21与所述转轴11可以是分体式结构，其连接方式为过盈配合、键连接、螺纹连接或其他常见方式，所述旋转件21与所述转轴11也可以是一体成型结构。

在本实施例中，所述旋转件21为转盘，所述转盘具有类圆形的外部轮廓，所述第一卡合部211设置于所述转盘的外缘，所述转轴11连接于所述转盘的中心位置。

所述第一卡合部211为凹陷口，所述第二卡合部221为与所述凹陷口形状相适配的突出部，在其他实施例中，所述第一卡合部211和第二卡合部221可互换，即第一卡合部211为突出部，第二卡合部221为凹陷口；所述第一卡合部211和第二卡合部221也可以是其他形式的限位结构，如卡扣结构等。

当电机1由运行状态转变为断电状态时，电机1上的转轴11仍可继续旋转，此时线圈23电流断开，磁场消失，所述限位件22设置有第二卡合部221的一端在弹性的作用下压合到所述旋转件21的外缘，所述旋转件21随所述转轴11旋转，当旋转件21上的第一卡合部211旋转至第二卡合部221的时候，所述第二卡合部221陷入所述第一卡合部211中，所述旋转件21由于第二卡合部221的限位停止旋转，所述转轴11在电机1停止后最大可能转动范围为1圈，为了减小转轴11在电机1断电后的旋转角度，可在旋转件21的外缘设置多个第一卡合部211；在其他实施例中，所述旋转件21也可设置为齿轮状结构。由于电机1的转轴11连接有减速齿轮组，电机1的转轴11和减速齿轮组的输出轴之间的传动比大，故即使转轴11转动一圈，实际输出的转角也会很小。

如图4所示，在本实施例中，所述旋转件21的两侧均设有一限位件22和一线圈23，所述限位件22为杆状结构，所述限位件22靠近所述旋转件21的一端设有第二卡合部221，且第二卡合部221朝向所述旋转件21，所述线圈23位于限位件22背离所述旋转件21的一侧，且电机1断电状态下，所述线圈23与限位件22之间相互间隔，所述线圈23与限位件22之间的间隙大于所述第二卡合部221的高度，所述两个限位件22之间连接有第一弹簧24，所述第一弹簧24处于伸长状态。

所述锁位结构2还包括滑槽25，所述滑槽25固定于所述电机1外壳或舵机壳体4上，所述限位件22上远离所述第二卡合部221的一端限位于所述滑槽25中，所述限位件22可沿所述滑槽25滑动，所述两个限位件22相对设置于同一滑槽25中或分别设置于不同的滑槽25中，第一弹簧24具有收缩的趋势，对两端的限位件22具有向内拉伸的力，使得位于旋转件21两侧的限位件22朝向中间的旋转件21移动，所述限位件22的第二卡合部221压合在所述旋转件21上。

如图5所示，所述滑槽25的截面为倒“T”字形，所述限位件22位于所述滑槽25中的端部也为倒“T”字形结构，且限位件22的端部与滑槽25形状相适配，通过该滑槽25对限位件22底部进行限位，避免限位件22脱离所述滑槽25，同时能够沿滑槽25延伸方向滑动。

在本实施例中，所述电机1的转轴11上连接有减速齿轮组，用以降低所述转轴11的转速同时增大输出力矩，经减速齿轮组传动后的力矩由减速齿轮组的输出轴输出，以控制与所述舵机连接的关节件或其他结构件的运动，所述减速齿轮组为谐波减速器、直齿减速器或行星减速器，需要说明的是，本实用新型并不限制所述减速齿轮组的结构，本领域技术人员也可采用适用于舵机的其他减速齿轮组结构进行替换，均属于本实用新型的保护范围之内。

所述舵机还包括舵机壳体4，所述电机1和减速齿轮组设置于所述舵机壳体4中。

所述舵机还包括用于检测减速齿轮组的输出轴旋转角度的角位移传感器，通过角位移传感器能够检测舵机输出轴的实际运动数据，通过输出轴的实际运动数据对电机1的运动进行调控。

实施例2

参见图6所示，本实施例提供了一种锁位结构2的优选实施方式，所述锁位结构2包括旋转件21、限位件22和线圈23，所述旋转件21的中心固定连接于所述转轴11上，所述旋转件21上设有第一卡合部211，所述限位件22上设有第二卡合部221，所述线圈23位于所述限位件22背离所述第二卡合部221的一侧，且舵机处于断电状态时，所述线圈23与所述限位件22之间留有位移间隙。

在本实施例中，所述限位件22为弹性形变件，所述弹性形变件可采用带有铁磁性的金属材料制得，所述弹性形变件为弯曲板状，所述弹性形变件上远离所述第二卡合部221的一端固定于所述舵机壳体4上，所述弹性形变件的第二卡合部221压合在所述旋转件21上，当线圈23通电时，所述限位件22受线圈23吸引产生弹性形变并往线圈23方向弯折，当线圈23断电时，所述限位件22在弹性形变的作用下恢复，限位件22的第二卡合部221压合至旋转件21的外缘，旋转件21上的第一卡合部211旋转至第二卡合部221时相互结合形成限位作用。

实施例3

参见图7所示，本实施例提供了一种锁位结构2的优选实施方式，所述锁位结构2包括旋转件21、限位件22和线圈23，所述旋转件21的中心固定连接于所述转轴11上，所述旋转件21上设有第一卡合部211，所述限位件22上设有第二卡合部221，所述限位件22至少部分为铁磁材料，所述线圈23位于所述限位件22背离所述第二卡合部221的一侧，且舵机处于断电状态时，所述线圈23与所述限位件22之间留有位移间隙。

在本实施例中，所述锁位结构2还包括支撑件26，所述支撑件26固定于所述电机1的外壳或舵机壳体4上，所述限位件22上远离所述第二卡合部221的一端铰接在所述支撑件26，即限位件22可绕其一端部进行旋转，所述限位件22与支撑件26之间连有第二弹簧27，所述第二弹簧27处于伸长状态，所述限位件22的第二卡合部221弹性压合在所述旋转件21上，当线圈23通电时，所述限位件22受线圈23吸引并往线圈23方向转动，当线圈23断电时，所述限位件22在第二弹簧27的作用下转动回程，限位件22的第二卡合部221压合至旋转件21的外缘，旋转件21上的第一卡合部211旋转至第二卡合部221时相互结合形成限位作用。

实施例4

本实施例提供了一种机器人，所述机器人包括如实施例1所述的一种舵机，所述舵机的数量为多个，多个舵机分别设置于机器人的关节活动位置。

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