一种带位置反馈的小型直线驱动器的制作方法

本发明涉及一种直线驱动装置，具体来说，是一种可以将小型电机输出轴的旋转运动转化为直线运动并可反馈位置的机电装置。

背景技术：

当今关节型机器人发展迅速，仿人型家用机器人作为家庭娱乐、教育消费品，大量涌入市场。这些仿人型机器人的关节大多采用舵机直接驱动，高性能的舵机虽然也能够使机器人有不错的表现，但是其弊端也非常明显。舵机的尺寸和外形与仿人机器人关节的仿真度存在着矛盾，使机器人的拟人程度难以进一步提高，妨碍了机器人形象的突破。由于人体的旋转关节是由肌肉的直线伸缩牵引带动的，然而直线型驱动器却往往具有结构复杂、价格昂贵或者驱动力小等缺点，不适合使用在家庭娱乐机器人领域。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种带位置反馈的小型直线驱动器，具有承载力大、结构简单、成本低和便于位置控制等优点，可代替舵机，用于小型仿人机器人等领域。

本发明带位置反馈的小型直线驱动器，包括外壳、电机、减速器、螺杆和推杆。

所述外壳内由后至前依次设置电机、减速器与推杆；其中，减速器采用微型行星减速器用于将电机输出轴的运动减速后输出至与外壳间轴承连接的螺杆；推杆螺纹套接于螺杆上，且被外壳限制推杆周向转动；由此将电机旋转转化为推杆伸缩的直线运动。

上述推杆后端外侧壁上安装有电刷，同时在外壳内壁上安装有条形滑片电阻，使电刷与滑片电阻接触；在推杆移动过程中，电刷在滑片电阻的表面沿壳体轴向滑动，通过读取电刷的电阻值变化来监测推杆的伸出长度。

本发明具有以下优点：

1、本发明带位置反馈的小型直线驱动器，能够将电机旋转转化为伸缩的直线运动，可以用来驱动关节。

2、本发明带位置反馈的小型直线驱动器，采用了微型行星齿轮减速箱，使得整体尺寸较小，输出力较大。

3、本发明带位置反馈的小型直线驱动器，内部具有滑片电阻，通过读取电阻的数值，即可监测驱动器输出的伸缩距离。

4、本发明公开的一种带位置反馈的小型直线驱动器，使用了普通的直流电机，成本较低。

附图说明

图1为本发明带位置反馈的小型直线驱动器的机构整体结构示意图；

图2为本发明带位置反馈的小型直线驱动器的收缩状态剖面示意图；

图3为本发明带位置反馈的小型直线驱动器的减速器结构示意图；

图4为本发明带位置反馈的小型直线驱动器的减速器爆炸示意图；

图5为本发明带位置反馈的小型直线驱动器的伸出状态剖面示意图；

图中：

1-外壳 2-电机 3-减速器

4-螺杆 5-推杆 6-轴承

7-螺母 8-电刷 9-滑片电阻

101-后端盖 102-电机外壳 103-减速箱外壳

104-推杆外壳 105-前端盖 301-太阳轮

302-行星轮 303-行星架

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明带位置反馈的小型直线驱动器，包括外壳1、电机2、减速器3、螺杆4和推杆5，如图1、图2所示。

所述外壳1由后端盖101、电机外壳102、减速箱外壳103和推杆外壳104、前端盖105构成。后端盖101、电机外壳102、减速箱外壳103与推杆外壳104与前端盖105由后至前依次通过外螺钉同轴连接形成筒状结构，电机外壳102后端与后端盖101螺纹连接，由后端盖101密封，形成整体外壳1结构，能够被容纳在51mm x 15mm x 10mm的立方体空间内。上述电机外壳102、减速箱外壳103和推杆外壳104内分别安装有电机2、减速器3与推杆5；且减速箱外壳103左端设计有定位台肩用来定位电机2，推杆外壳104前端与前端盖105螺纹连接，且前端盖105端面上开有通孔，为推杆伸缩孔，并用于周向定位推杆5，为推杆5的伸缩运动导向。

所述电机2的后端与后端盖101贴合，实现电机2轴向定位；电机2的输出轴连接减速器3。减速器3采用微型行星减速器，由安装于减速箱外壳103内的行星齿轮轮系构成，如图3、图4所示，实现电机2输出轴运动降速。

本发明减速器可设计为具有一级或多级结构相同的行星齿轮齿轮系(本实施例中减速器具有两级行星齿轮轮系)，随减速器所采用行星齿轮轮系数量的增加，可使电机2输出轴运动速度下降幅度增加，进而使最终推杆输出力增加。上述行星齿轮轮系包括一个太阳轮301、三个行星轮302与一个行星架303；同时设计减速箱外壳103的内部周向上设计有内齿结构304，作为减速器3的内齿轮。上述各个齿轮(行星轮、太阳轮、内齿轮)均为0.2模，采用微型行星齿轮设计方法设计。

当减速器设计具有一级行星齿轮轮系时，具体安装方式为：三个行星轮302周向均布，通过转轴安装于行星架303后侧面上；行星架前侧面同轴安装螺杆4。太阳轮301固定安装于电机2的输出轴上；且太阳轮301与三个行星轮302啮合，同时三个行星轮302均与减速箱外壳103内部周向内齿结构304啮合。由此，电机2的输出轴运动可带动太阳轮301转动，由太阳轮301带动三个行星轮302转动，进而带动行星架303与螺杆4转动；最终使电机2输出轴的运动经过行星齿轮轮系减速后传递至螺杆4。

当减速器设计具有一级以上的行星齿轮轮系时，具体安装方式为：各级行星齿轮轮系由后至前设置。为便于说明，令由后至前各级行星齿轮轮系分别为1、2、3、……、i、……、n级行星齿轮轮系；其中太阳轮分别为1、2、3、……、i、……、n级太阳轮；行星轮分别为1、2、3、……、i、……、n行星轮；行星架分别为1、2、3、……、i、……、n级行星架。则1级行星齿轮轮系中，三个1级行星轮302周向均布，通过转轴安装于1级行星架303后侧面上；1级行星架303前侧面同轴安装2级太阳轮301。1级太阳轮301固定安装于电机2的输出轴上；且1级太阳轮301与三个1级行星轮302啮合。n级行星齿轮轮吸中，三个n级行星轮302周向均布，通过转轴安装于n级行星架303后侧面上；n级行星架303前侧面同轴安装螺杆4。而对于相邻两级行星齿轮轮系间的连接方式为：i+1级行星齿轮轮系中，i+1级太阳轮301与壳体1同轴设置，固定安装于i级行星架303前端面上，且与三个i级行星轮啮合。上述各级齿轮轮系中的三个行星轮302均与减速箱外壳103内部周向内齿结构304啮合。由此，电机2的输出轴运动可带动1级太阳轮301转动，由1级太阳轮301带动三个1级行星轮302转动，进而带动1级行星架303及2级太阳轮301转动，由2级太阳轮301带动三个2级行星轮302转动，最终带动2级行星轮架303转动，3～n级行星齿轮减速器的传动方式同1级与2级间的传动方式，因此最终会带动n级行星架303与螺杆4转动；最终使电机2输出轴的运动经过n级行星齿轮轮系减速后传递至螺杆4。

所述螺杆4后端与推杆外壳104周向上通过轴承6连接，轴承6外圈的左右定位分别通过在减速箱外壳103前端和推杆外壳104后端内壁周向上设计的台肩实现；轴承6内圈的左右定位分别通过二级行星架302a前侧面以及螺杆4上套接的定位螺母7实现。螺杆6的输出端为外螺纹段，绝缘材料推杆5与螺杆4输出端间螺纹套接，使螺杆4与推杆5间形成螺旋传动。推杆5后端设计为矩形截面，同时将推杆外壳104内设计为与推杆5后端截面相同的矩形通道，由此通过推杆5后端与推杆外壳104内壁面间配合，限制了推杆5在推杆外壳104内的转动运动，由此螺杆4的转动仅可带动推杆5沿壳体轴向直线运动，使推杆5由前端盖105上的推杆伸缩孔处伸缩；且当推杆5处于收缩状态时，推杆5前端端面与前端盖105的前端面齐平如图2所示；推杆6处于伸出状态时如图个5所示。

上述推杆5后端外侧壁上安装有电刷8，同时在推杆外壳104内壁上安装有条形滑片电阻9，沿推杆外壳104轴向设置；且使电刷8与滑片电阻9接触。由此，在推杆移动过程中，电刷8可在滑片电阻9的表面沿壳体1轴向滑动，且电刷8的引脚电阻会发生变化，从而可以反映出推杆5的位置，最终通过读取电刷8的电阻值变化来监测推杆5的伸出长度。