一种舵机的齿轮传动机构、舵机以及机器人的制作方法

本发明涉及齿轮传动机构，具体涉及一种舵机的齿轮传动机构、舵机以及机器人。

背景技术：

在目前的舵机中，齿轮组作为传动机构而具备非常广泛的应用。齿轮组通常由多个齿轮组合在一起形成，其中的多个齿轮位置排布杂乱，导致齿轮组整体不够紧凑，占用体积较大。并且使得齿轮组的整体形状与体积也不容易被控制与设计。困于前述缺陷，众多应用舵机的机械设备在发展中受到了诸多的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于，至少提供一种舵机的齿轮传动机构、舵机以及机器人，以解决上述问题。本发明的齿轮传动机构结构紧凑；舵机以及机器人中齿轮传动机构与舵机中电机的整体形状匹配，使得舵机整体结构紧凑，占用体积小；本发明的舵机还可以解决舵机内部线路排布杂乱的问题。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

应当要强调的是，本发明的第一方面是从多个维度对齿轮传动机构的整体形状与内部结构进行改进设计的，例如齿轮传动机构的高度、长度、宽度，以及齿轮传动机构内部主动齿轮与从动齿轮的位置与排列关系等；具体方案如下详述：

本发明的第一方面提供了一种舵机的齿轮传动机构，包括：

动力输出齿轮；以及

相互之间依次传动连接的多个齿轮组，每个齿轮组包括相互之间传动连接的至少一个主动齿轮与至少一个从动齿轮；

其中，所述动力输出齿轮与所述多个齿轮组之间传动连接，所述多个齿轮组中的多个齿轮与所述动力输出齿轮以轴向一致的方式设置成多列，

在列向上，沿着第一列的高度方向朝所述第一列两端延伸一定距离形成预定高度，除第一列外的其他列齿轮设置在所述预定高度覆盖的区域范围内。

在一些实施例中，在所述齿轮传动机构的宽度方向上设置预定宽度，所有齿轮设置在所述预定宽度覆盖的区域范围内。

在一些实施例中，在所述列向上，所述多个齿轮按照主动齿轮与从动齿轮相互间隔的方式排列。

在一些实施例中，在所述列向上，每一列的数个齿轮同轴设置。

在一些实施例中，所述多个齿轮组包括：

位于第一列的第一齿轮组，包括第一主动齿轮与第一从动齿轮；

位于第二列的第二齿轮组，包括第二主动齿轮与第二从动齿轮；

位于第三列的第三齿轮组，包括第三主动齿轮与第三从动齿轮；以及

位于第二列的第四齿轮组，包括第四主动齿轮与第四从动齿轮；

其中，所述第一齿轮组、所述第二齿轮组、所述第三齿轮组、所述第四齿轮组依次啮合连接，所述动力输出齿轮与所述第四从动齿轮啮合连接。

本发明的第二方面

结合前述第一方面的齿轮传动机构，本发明的第二方面提出一种舵机，包括：

本体；

上述的齿轮传动机构；

电机，所述电机的高度大于或者等于所述预定高度；

动力输入齿轮，其设置于所述电机输出轴上，所述动力输入齿轮与所述第一列末端设置的主动齿轮啮合连接；

其中，沿所述电机的高度方向，所述齿轮传动机构设置在所述电机的高度内。

在一些实施例中，所述本体包括：

分别与所述齿轮传动机构连接的电机与电位器；

分别与所述电位器的引脚、所述电机的引脚电连接的电路板；

其中，所述电位器的引脚的连接端与所述电机的引脚的连接端位于同一平面上，所述电路板与所述平面平行设置。

在一些实施例中，所述本体还包括与所述电路板连接的接线端子；

其中，所述电机与所述电位器之间设置预定间距，所述接线端子设置于所述预定间距内。

在一些实施例中，所述电路板设置在所述平面上；

其中，所述电机的引脚、所述电位器的引脚以及所述接线端子的引脚焊接在所述电路板上。

本发明的第三方面

第三方面提供了一种机器人，包含上述的舵机。

需要说明的是，在本发明中，齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。可以理解的是，本技术方案中的齿轮包括上述定义中的齿轮及形状类似上述定义中齿轮的齿轮性构件。

本发明的实施例至少具备以下有益效果：

在一些实施例中，从多个方面对齿轮传动机构整体形状、内部结构进行了一系列的改进与设计，提高了齿轮传动机构的结构紧凑度。

在一些实施例中，舵机中的电机与齿轮传动机构整体形状相互匹配，从而使得所述齿轮传动机构、所述电机与本体组成的舵机整体结构紧凑，占用体积小，减少空间的浪费。

在一些实施例中，通过将电位器的引脚、电机的引脚设置于同一平面上，使得电位器、电机与电路板连接时的电线排布更加简单，减小电线资源的消耗。

在一些实施例中，将通过将电位器的引脚、电机的引脚以及电路板设置于同一平面上，再将电位器的引脚、电机的引脚焊接在电路板上，完全避免了电路板上的走线，大幅简化了舵机内部的线路排布结构。

附图说明

图1为本发明的舵机的齿轮传动机构的一些实施例中的结构示意图；

图2为本发明的舵机的齿轮传动机构的一些实施例中的爆炸示意图；

图3为本发明的舵机的齿轮传动机构的一些实施例中的俯视示意图；

图4表示齿轮传动机构与电机配合时的一些实施例中的结构示意图；

图5为本发明的舵机的一些实施例中的结构示意图；

图6为本发明的舵机的一些实施例中的爆炸示意图；

图7为传统舵机的一些实施例中的电位器、电路板以及电机的排布示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的解释说明。

本发明通过如下多个方面的技术方案实现：

本发明的第一方面

第一实施例主要用于说明本发明第一方面提供的技术方案。具体如下：

请参照图1，第一实施例提供了一种舵机的齿轮传动机构100，包括：

动力输出齿轮10；以及

相互之间依次传动连接的多个齿轮组20，每个齿轮组包括相互之间传动连接的至少一个主动齿轮与至少一个从动齿轮；

其中，所述动力输出齿轮10与所述多个齿轮组之间传动连接，所述多个齿轮组20中的多个齿轮与所述动力输出齿轮10以轴向一致的方式设置成多列，

在列向上，沿着第一列l1的高度方向朝所述第一列l1两端延伸一定距离形成预定高度h，除第一列l1外的其他列齿轮设置在所述预定高度h覆盖的区域范围内。

前文已经简要阐明了本发明第一方面的构思，下文将通过具体的技术方案对第一方面的构思逐步阐述，以使得本领域技术人员知悉。

这里首先主要是对齿轮传动机构100的高度进行了优化设计，从而使得齿轮传动机构100的整体形状限制在预定范围内。详述如下：

首先，相互之间依次传动连接的多个齿轮组20，应当是容易被理解的，例如：如果设计从1-5个齿轮组，那么齿轮的传动顺序也就是从第1个齿轮组依次传递至第5个齿轮组。

接着，对于每个齿轮组包括相互之间传动连接的至少一个主动齿轮与至少一个从动齿轮来说，最简单的方式就是将每个齿轮组设计成一个双联齿轮，当然也可以通过传动轴分别与主动齿轮、从动齿轮的同轴连接实现齿轮组的内部传动，在此基础上，每个齿轮组可以作其他延伸性的设计。

进一步需要说明的是，将所述多个齿轮组20中的多个齿轮与所述动力输出齿轮10以轴向一致的方式设置成多列。在这里可以按照如下方式作业，例如将15个齿轮平均分成三列，那么每一列上就设置5个齿轮，当然在分列的时候不必均分齿轮，可以根据需要任意设置；“轴向一致”指的是所有齿轮的轴向平行，同一列的齿轮可以进一步同轴设计，这样的话增加齿轮传动机构的紧凑度。

而对于所述预定高度h，在本实施例中，其数值大于或者等于第一列l1的高度。一般来说，预定高度h与第一列l1的高度应当大致相等，这样的话，可以使得齿轮传动机构的结构更加紧凑。至于预定高度h可以稍微大于第一列l1的高度的目的在于：使得对齿轮传动机构的设计更加灵活，例如在这种构思下，第二列的高度可以稍微大于第一列l1的高度，但是整体上又不影响齿轮传动机构的外部形状。预定高度h与第一列l1的高度之差具体设计为多少，是根据实际需要确定的，例如两者之差可以设定为预定高度h的五十分之一至二十分之一。

进一步地，如果要使得齿轮传动机构的设计更加简便，可以设定预定高度h与第一列l1的高度相等，这样只要将除第一列之外的其他每个列向的齿轮都限定在预定高度h覆盖的区域范围内，就可以保证齿轮传动机构在高度方向(也就是列向)上比较紧凑。

众所周知，决定一个物体整体占用体积的大小的因素不限于高度方向，还可以从长度，宽度等维度来考量。因此只要齿轮传动机构在前述几个维度的方向上，根据实际需要来作进一步的设计，那么即可将齿轮传动机构整体上的形状设计得更加紧凑，也就使得齿轮传动机构整体占据的空间更小。

除以上所述外，本实施例中，还在齿轮传动机构100的宽度方向上对紧凑性的提高做出如下改进。请参照图3，在所述齿轮传动机构100的宽度方向上设置预定宽度k，所有齿轮设置在所述预定宽度k覆盖的区域范围内。

设置所述预定宽度k其目的在于将多个齿轮组20以及所述动力输出齿轮10中的所有齿轮限定在所述预定宽度k覆盖的区域范围内。从而在宽度方向上限定多个齿轮组20组成的整体的宽度。使得齿轮传动机构100在宽度方向上结构紧凑。

在本实施例中，所述预定宽度k一般应设计为与所述动力输出齿轮10及所述多个齿轮组20中直径最大齿轮的直径相等，可以理解的是，如此设计，可以使得齿轮传动机构100在宽度方向上结构更加紧凑。

当然，预定宽度k也可以稍微大于所述动力输出齿轮10及所述多个齿轮组20中直径最大齿轮的直径。至于这种情形下，预定宽度k与前述直径最大齿轮的直径之差具体设定为多少，由实际需要决定。

为了进一步提高所述齿轮传动机构100在宽度方向上的紧凑性。本实施例中，所述多个齿轮组20以及所述动力输出齿轮10中所有齿轮的转动面的圆心共平面。也就是说，齿轮传动机构100中所有齿轮的转动轴位于同一个平面上，进一步提高了齿轮传动机构100的紧凑性。此种情形下，将预定宽度k设置为等于所有齿轮中直径最大的齿轮直径，不仅便于设计，也能最大限度地提高齿轮传动机构100在宽度方向上的紧凑性。

本实施例中，在所述列向上，所述多个齿轮组20中的所述多个齿轮按照主动齿轮与从动齿轮相互间隔的方式排列。提高齿轮传动机构100的紧凑性。

为了进一步提高齿轮传动机构100的紧凑性。本实施例中，在所述列向上，每一列的数个齿轮同轴设置。提高在长度方向的紧凑性，避免所述多个齿轮组20中的齿轮因非同轴设置造成在长度方向上延伸较长的距离，从而造成所述齿轮传动机构100在长度方向上将紧凑性降低。

进一步地，在上述技术方案的基础之上，本实施例中所述多个齿轮中的直径最大的主动齿轮与直径最小的主动齿轮的直径大致相等。本方案的设计目的是为了进一步提高齿轮传动机构100在宽度方向上的紧凑性。鉴于上述构思，请参照图3，将齿轮传动机构100中的所有主动齿轮的大小设置一致(即直径大致相等)，不仅便于方案的具体设计，更重要的是，在这种设计下，通过主动齿轮与从动齿轮相互交错的排列方式下可以使得各个齿轮之间的排布更加紧密。在这种构思下，主动齿轮的直径大小是根据实际需要决定的，例如：直径最大的主动齿轮与直径最小的主动齿轮之间的直径之差等于直径最大的主动齿轮的直径的二十分之一至十分之一之间，当然这里的具体标准只是为了方便本领域技术人员对于方案的理解，不能视为对于本方案的限制。

同样的，在某些实施例中，从动齿轮的直径也可以参照主动齿轮的构思进行设计。

本实施例还在齿轮传动机构100的长度方向上对紧凑性的提高进行了一系列改进。在所述长度方向上，所述多个齿轮中相互啮合连接的两个齿轮大小不等。由此，所述多个齿轮组20中的直径大的主动齿轮与直径小的从动齿轮彼此交错啮合连接，从而减少齿轮传动机构100在长度方向上因多个齿轮连接时产生的空隙，节约齿轮的排布空间，提高齿轮传动机构100在长度方向上的紧凑性。

综上，通过对所述齿轮传动机构100分别在高度方向，宽度方向和长度方向提高紧凑性，所述齿轮传动机构100的整体形状近似于长方体形，形状更加规则，结构紧凑，便于与其他机械传动机构配合使用。

更具体地，本实施例的齿轮的排布方式可以按照如下方式实现。

请参照图1和图2，所述多个齿轮组20包括：

位于第一列l1的第一齿轮组21，包括第一主动齿轮211与第一从动齿轮212；

位于第二列l2的第二齿轮组22，包括第二主动齿轮221与第二从动齿轮222；

位于第三列l3的第三齿轮组23，包括第三主动齿轮231与第三从动齿轮232；以及

位于第二列l2的第四齿轮组24，包括第四主动齿轮241与第四从动齿轮242；

其中，所述第一齿轮组21、所述第二齿轮组22、所述第三齿轮组23、所述第四齿轮组24依次啮合连接，

所述动力输出齿轮10与所述第四从动齿轮242啮合连接。

具体地，所述动力输出齿轮10位于第三列l3，所述第一从动齿轮212与所述第二主动齿轮221啮合，所述第二从动齿轮222与所述第三主动齿轮231啮合，所述第三从动齿轮232与所述第四主动齿轮241啮合。

所述第一齿轮组21、所述第二齿轮组22、所述第三齿轮组23以及所述第四齿轮组24设置为双联齿轮。具体地，其中所述第一齿轮组21设置为第一主动齿轮211与第一从动齿轮212的间隔一定距离的同轴转动的双联齿轮，所述第二齿轮组22、所述第三齿轮组23以及所述第四齿轮组24均设置为主动齿轮与所述从动齿轮之间不设间距的同轴转动的双联齿轮。

需要强调的是，在某些实施例中，多个齿轮组20中齿轮组的个数可以是2个、3个或者更多，不限于本实施例中的4个。

进一步地，本实施例中，动力的传输方向是沿着第一列的高度方向从第一列的顶端传输至底端的齿轮，然后传输至其他齿轮上。更具体地，动力从第一主动齿轮211、第一从动齿轮212依次传向后续连接的第二主动齿轮221、第二从动齿轮222、第三主动齿轮231、第三从动齿轮232、第四主动齿轮241、第四从动齿轮242。

本发明的第二方面

本发明的第二方面是在第一方面的基础上提出的，因此下文结合第一实施例，通过第二实施例说明本发明的第二方面。第二实施例与第一实施例相同之处请参见上文，以下主要阐述不同之处。

第二实施例

请参照图4-6，第二实施例公开了一种舵机200，包括：

本体；

上述的齿轮传动机构100；

电机30，所述电机30高度大于或者等于所述预定高度h；以及

动力输入齿轮11，其设置于所述电机30输出轴上，所述动力输入齿轮11与所述齿轮传动机构100中所述第一列l1末端设置的第一主动齿轮211啮合连接；

其中，沿着所述电机30的高度方向，所述齿轮传动机构100设置在所述电机30高度内。

需要说明的是。第一列l1末端是指在电机30的高度方向上，第一列l1上下两端中的任意一端。

结合图1、图2以及图4所示，本实施例中，将电机30的高度方向与齿轮传动机构100的高度方向大致平行设置，然后将电机30以贴近齿轮传动机构100第一列l1上的齿轮的方式安装在舵机200中。更具体地，电机30输出轴上的动力输入齿轮11与位于第一列l1中的第一主动齿轮连接。

电机30形状一般设置为圆柱形，因而，进一步地将齿轮传动机构100整体形状设置为近似长方体形以便于与电机30的形状匹配，使得所述齿轮传动机构100、所述电机30与本体组成的舵机200整体结构紧凑，占用体积小，减少空间的浪费。

本实施例中，所述本体包括穿设过第一齿轮组21的第一固定轴41(第一齿轮组21绕第一固定轴41转动)，穿设过第二齿轮组22和第四齿轮组24的第二固定轴42(第二齿轮组22和第四齿轮组24绕第二固定轴42转动)，穿设过第三齿轮组23和动力输出齿轮10的第三固定轴43(第三齿轮组23和动力输出齿轮10绕第三固定轴43转动)，外壳等。其中，外壳包括上壳471、中壳472和下壳473。

本发明的动力输出原理如下：电机30的输出扭力由所述动力输入齿轮11经过所述多个齿轮组20减速且增加扭矩后通过所述动力输出齿轮10输出。更具体地，动力输出齿轮10上连接有舵机输出轴，为舵机向外部设备输出动力。

本实施例中的所述舵机200可应用在机器人，汽车模型以及航空模型等对舵机200的整体形状要求紧凑，占用体积小的机械设备中。

继续参照图4至图6，本实施例中所述本体包括：

与所述齿轮传动机构连接的电位器46；

分别与所述电位器46的引脚、所述电机30的引脚电连接的电路板44；

其中，所述电位器46的引脚的连接端与所述电机30的引脚的连接端位于同一平面上，所述电路板44与所述平面平行设置。

请参考图7，在传动舵300中，由于电机303、电路板302以及电位器301的位置设置松散杂乱，电机、电位器与电路板间的电性连接均需要较长的电路走线，造成舵机内部空间的浪费，使得舵机的整体占用体积增大，整体结构不够紧凑。

故而，本实施例中，电位器46的引脚的连接端与电机30的引脚的连接端设置于同一平面上，以简化电线排布结构。

需要强调的是，电位器46的引脚的连接端与电机30的引脚的连接端“位于同一平面上”，是指大致位于同一平面上，也就是说，电位器46的引脚的连接端与电机30的引脚的连接端大致平齐。

如上所述，在某些实施例中，如果电位器46的引脚的连接端与所述电机30的引脚的连接端未处于同一平面上，电位器46的引脚与所述电机30的引脚与上述平面之间存在一定距离，但是只要该距离不大，都能实现节省电线资源、简化舵机内部的电线排布结构的效果。至于该距离具体的设定值根据实际需要决定。

综上，本实施例简化了舵机内部的电线排布结构，避免了舵机内部线路的多重缠绕现象(如果电位器的引脚、所述电机的引脚不处于与电路板平行的同一平面上，线路可能要绕过舵机内部的其他诸多机构才能将引脚与电路板连接)，有利于减少电线的消耗，易于舵机安装作业。此外，这种设计还提升了舵机200内部在与所述平面垂直的方向上的紧凑性。

本实施例中，所述本体包括与所述电路板44连接的所述接线端子45，该接线端子45用于连接外部电源，所述电机30与所述电位器46之间设置预定间距，所述接线端子45设置于所述预定间距内。

更具体地，请参照图4与图5，在所述预定间距的基础上，所述电机30、所述电位器46、所述齿轮传动机构100以及所述平面之间形成容纳空间50，所述接线端子45设置于所述容纳空间50内。减小所述电机30、所述电位器46，提高空间利用率，进一步提升舵机200内部结构的紧凑性。

更重要的是，由于接线端子45的位置被限定在所述电机30、所述电位器46之间，其距离电路板44的位置关系也相应地被限定了，所以也接线端子45与电路板44之间的排线也就变得更加简单。

进一步地，本实施例中，所述预定间距等于所述接线端子45的长度。进一步提升了舵机200内部结构的紧凑性。

在某些实施例中，所述预定间距大于所述接线端子45的长度。

本实施例中，所述接线端子45的引脚的连接端位于所述平面上。从而，所述电位器46、电机30和接线端子45的引脚的连接端均设置在同一平面上。使得对电位器46、电机30和接线端子45的电路走线带来便利，有利于减少走线长度。

进一步地，本实施例中所述电路板44设置在所述平面上；其中，所述电机30的引脚、所述电位器46的引脚以及所述接线端子45的引脚分别焊接在所述电路板44上。本技术方案完全避免了走线，使得舵机内部的电路排布更加简单。

在某些实施例中，容许电路板44与所述平面之间存在一些距离，在这种方案中，需要增加焊接处的焊接厚度，以完成电机30的引脚、电位器46的引脚以及接线端子45的引脚与电路板44之间的连接。

请继续参见图4，本实施例中，在所述电机30的高度方向上，所述齿轮传动机构100设置在所述电机高度覆盖的区域范围内。增加了舵机内部结构的紧凑性。

进一步地，请继续参见图4与图5，本实施例中，所述电机高度等于所述100的高度h与所述电位器46的高度之和，其中，在所述电机的高度方向上，所述电位器46位于所述齿轮传动机构与所述电路板44之间。进一步增加舵机内部结构的紧凑性。

再进一步地，参见图5，本实施例中，在所述电机的高度方向上，所述接线端子45的高度等于所述电位器46的高度，所述接线端子45位于所述齿轮传动机构100与所述电路板44之间。增加了舵机内部结构的紧凑性。

接下来请参见图3与图6，本实施例中，在所述电机30的宽度方向上，所述电位器46与所述齿轮传动机构100设置在所述电机30的宽度覆盖的区域内。在本实施例中，舵机200内部的电位器与齿轮传动机构100在宽度方向被限制在电机30的宽度覆盖的区域内，提高了舵机200内部在宽度方向的紧凑性。

进一步地优选，所述电机30的宽度、所述电位器46的宽度与所述齿轮传动机构100的宽度k相等。

本发明的第三方面

本发明的第三方面提供的一种机器人，包含上述实施例提供的舵机。

以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。