机器人手臂关节电机的制作方法

本发明属于仿人机器人关节电机技术领域，尤其是涉及一种机器人手臂关节电机。

背景技术：

随着机器人制造水平的不断提高，传感技术、智能技术、网络技术和云计算技术的持续突破，具有感知、决策、执行等系列功能的智能机器人应运而生，深受各大科技公司和资本市场青睐。电机是智能机器人产业链上关键的一环，随着智能机器人的技术提高，对电机提出了更高要求。

在智能机器人中，有一类具有仿人形手臂的机器人，可以模仿人类手臂做出各种动作，实现这些动作的核心就是各个关节电机及其控制系统。要实现多自由度灵活动作，需要各个关节电机协同控制，并且电机需要力矩大、响应速度快、控制精度高，以实现各种流畅的动作。

现有智能机器人用的伺服关节电机大多为电机+减速齿轮箱+位置传感器+驱动器，其中电机为直流无刷电机(或更低端的直流有刷电机)，位置传感器置于齿轮箱输出轴上端部。驱动器根据位置传感器反馈信号控制电机运转，实现关节各种动作。但是这种方式，由于传感器反馈的是齿轮箱输出轴位置而非电机轴位置，不能直接用作电机换向，在手臂做低速动作时，很容易出现控制不稳，从而造成手臂抖动不稳定现象，严重影响使用。目前智能机器人厂家采用的解决方法是加阻尼装置或者避开低速动作。采用加阻尼装置的方式的成本高，而且效果并不理想。无论哪种方式，都不是智能机器人生产厂家的理想解决方案，急需在电机端本身解决低速抖动问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人手臂关节电机，本电机运转流畅自如，无抖动，且本电机具有噪音低、寿命长、扭力大和降低客户系统成本等优点。

根据本发明的一个方面，提供了一种机器人手臂关节电机，包括电机主体、位置传感器、齿轮箱和驱动器，所述电机主体包括机壳以及设于机壳内的定子、转子和电机pcb板，所述定子包括固定于机壳内壁的定子铁芯和定子绕组，所述转子包括转子铁芯和转轴，所述转子铁芯的外圆周布置有永磁铁，所述转子铁芯固定于转轴的外圆周，所述转轴的一端与齿轮箱连接，所述转轴的另一端与位置传感器连接，所述位置传感器包括磁环和磁编码器，所述磁环固设于转轴的末端，所述磁编码器与磁环轴向相对设置，且所述磁编码器的中心轴与磁环的中心轴位于同一直线上，所述电机pcb板与驱动器电连接，所述驱动器与位置传感器通信连接，并依据位置传感器传递的位置信息控制电机主体工作。

本发明的有益效果是：由于磁环固设于转轴的末端，磁编码器与磁环轴向相对设置，且所述磁编码器的中心轴与磁环的中心轴位于同一直线上，如此在电机旋转时，磁编码器感应到安装在转轴上磁环的旋转磁场，产生位置信息，通过位置传感器与驱动器通讯，驱动器能接收到位置传感器传递的位置信息，由于所述电机pcb板与驱动器电连接，驱动器在接收到位置传感器传递的位置信息后控制电机主体工作，由此使电机运转无抖动，运转流畅自如；相较于采用加阻尼装置的电机而言，使用本电机的系统成本低；由于本电机无阻尼装置，没有因阻尼机械摩擦带来的机械磨损，本电机的使用寿命长，大大提高了关节系统的可靠性，也方便客户装配，为客户简化了关节部位的结构，更延长客户机器人关节的使用寿命；本电机没有阻尼的机械摩擦，大大降低了电机的噪音。

在一些实施方式中，所述位置传感器还包括位置传感器pcb板，所述磁编码器安装于位置传感器pcb板上。

在一些实施方式中，所述磁编码器为高分辨率的绝对式磁编码器，由此，本电机的位置传感器所检测出的位置信息的精准度比传统霍尔元件做的位置传感器所检测出的位置信息精准度高千倍，因此本电机的控制更精准，扭力更大。

在一些实施方式中，所述驱动器包括运算控制模块、驱动模块、通讯模块和功率开关模块，所述驱动模块和通讯模块均与运算控制模块电性连接，所述驱动模块和功率开关模块电性连接，所述功率开关模块与电机pcb板连接，所述运算控制模块与位置传感器pcb板电性连接。由此，驱动器能配合既定的算法来控制电机主体工作，提高控制精度。

在一些实施方式中，所述磁环为由单对极永磁体制作形成的磁环。

在一些实施方式中，所述机器人手臂关节电机还包括第一引线和第二引线，所述第一引线与电机pcb板连接，所述第二引线与位置传感器pcb板连接。

附图说明

图1是本发明之实施例的组装结构图；

图2是本发明之实施例的侧视图；

图3是图2中a-a处的剖视图；

图4是本发明之实施例的驱动器的原理方框图；

图5是本发明之另一实施例的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参照图1至图4:一种机器人手臂关节电机，包括电机主体1、位置传感器2、齿轮箱3、驱动器4、第一引线5和第二引线6。

所述电机主体1包括机壳11以及设于机壳11内的定子12、转子和电机pcb板13，所述定子12包括固定于机壳11内壁的定子铁芯和定子绕组，所述转子包括转子铁芯14和转轴16，所述转子铁芯14的外圆周布置有永磁铁15，所述转子铁芯14固定于转轴16的外圆周，所述转轴16的一端与齿轮箱3连接，所述转轴16的另一端与位置传感器2连接。

所述位置传感器2包括磁环21和位置传感器pcb板22，所述磁环21套设于转轴16的末端，所述磁环21为由单对极永磁体制作形成的磁环，所述位置传感器pcb板22上安装有磁编码器23，所述磁编码器23与磁环21轴向相对设置，且所述磁编码器23的中心轴与磁环21的中心轴位于同一直线上。所述磁编码器23为高分辨率的绝对式磁编码器，所述位置传感器2通过螺栓固定于电机主体1上。

所述驱动器4设于机器人手臂关节电机的体外，所述驱动器4包括运算控制模块41、驱动模块42和功率开关模块43，所述驱动模块42与运算控制模块41电性连接，所述驱动模块42和功率开关模块43电性连接，所述功率开关模块43通过第一引线5与电机pcb板13连接，所述运算控制模块41通过第二引线6与位置传感器pcb板22电性连接。

如图5所示为发明之另一实施例，其与上述实施例的不同之处在于：所述转轴16与位置传感器2连接一端的末端设有凹槽，所述磁编码器23固定安装于凹槽内。

工作时，电流导通电机主体1的定子绕组，定子绕组通入电流产生磁场，永磁铁17在磁场作用下旋转，并带动转轴16转动；磁环21随同转轴16一起做旋转，由于磁环21旋转的角度不同，其磁场位置则会有相应的变化，而磁编码器23固定不动，磁编码器23因此能获得相应的位置信号，位置传感器pcb板22将该位置信号传输到驱动器4的运算控制模块41中，运算控制模块41通过既定的算法进行运算并向驱动模块42发出相应的指令，驱动模块42根据指令驱动功率开关模块43控制流入定子绕组的电流大小及方向，以此控制转轴16的转动速率及转动方向，使电机运转在任何时候都能运转流畅自如，无抖动现象发生，由此，使用本电机的机器人手臂能流畅完成各种动作。

本电机的有益效果为：由于磁环21固设于转轴16的末端，磁编码器23与磁环21轴向相对设置，且所述磁编码器23的中心轴与磁环21的中心轴位于同一直线上，如此在电机旋转时，磁编码器23感应到安装在转轴上磁环21的旋转磁场，产生位置信息，通过位置传感器2与驱动器4通讯，驱动器4能接收到位置传感器2传递的位置信息，由于所述电机pcb板14与驱动器4电连接，驱动器4在接收到位置传感器2传递的位置信息后控制电机主体1工作，由此使电机运转无抖动，运转流畅自如；相较于采用加阻尼装置的电机而言，使用本电机的系统成本低；由于本电机无阻尼装置，没有因阻尼机械摩擦带来的机械磨损，本电机的使用寿命长，大大提高了关节系统的可靠性，也方便客户装配，为客户简化了关节部位的结构，更延长客户机器人关节的使用寿命；本电机没有阻尼的机械摩擦，大大降低了电机的噪音；由于磁编码器23为高分辨率的绝对式磁编码器，本电机的位置传感器2所检测出的位置信息的精准度比传统霍尔元件做的位置传感器所检测出的位置信息精准度高千倍，因此本电机的控制更精准，扭力更大。

需要说明的是本发明的驱动器4也可以设置于机器人手臂关节电机内。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。