多自由度电机的制作方法

本发明属于电机技术领域，更具体地说，是涉及一种多自由度电机。

背景技术：

偏转式多自由度电机自产生到如今已有了很大的进步，目前出现的偏转式多自由度电机结构多为球形电机结构，该种结构的电机磁场多为三维磁场，很难简化为二维磁场，导致控制运算复杂。同时，为实现电机的多自由度偏转运动，每个不同的自由度都需要设置不同的电磁场关系，致使各自由度间存在复杂的耦合关系，而这些耦合关系会严重影响电机的运动的稳定性，因此现有偏转式多自由电机控制困难、稳定性差，在实际应用领域有着很大的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多自由度电机，旨在解决现有偏转式多自由度电机结构控制复杂且难以实现的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种多自由度电机，包括：

电机本体；

推进杆，不少于三个，所述推进杆与电机本体球铰接；

气压箱，与所述推进杆数量相匹配，所述气压箱上设有杆套，所述杆套上设有通孔，所述通孔通入所述气压箱的内腔，所述杆套内套设所述推进杆，所述气压箱内设有活塞，所述活塞与气压箱滑动连接；

推进器，设于所述气压箱内，用于推动所述活塞压缩气压箱内空气，从而带动所述推进杆上下移动。

进一步地，所述推进器包括第一铁芯及第一线圈，所述第一线圈缠绕于第一铁芯上，所述活塞靠近所述第一线圈端设有第一磁体，所述第一磁体的n级或s级朝向所述第一线圈。

进一步地，所述气压箱背离所述推进器端开设有透气孔，所述气压箱内的侧壁上设有滑槽，所述滑槽上滑动设置堵头，所述堵头可覆盖所述透气孔，所述气压箱外设有驱动器，所述驱动器用于驱动所述堵头沿滑槽移动。

进一步地，所述驱动器包括第二铁芯及第二线圈，所述第二线圈缠绕于第二铁芯上，所述堵头较靠近第二线圈端设有第二磁体，所述第二磁体的n级或s级朝向所述第二线圈。

进一步地，所述堵头包括底板和凸台，所述第二磁体设于所述凸台上，所述凸台可套设于所述透气孔内。

进一步地，所述底板上设有连接杆，所述堵头借助于所述连接杆与所述滑槽滑动连接。

进一步地，所述推进杆外壁上设有凸起，所述凸起可搭接于所述杆套上端面。

进一步地，所述推进杆底端设有压力传感器。

进一步地，所述电机本体包括：

电机壳，一端面设有输出孔，所述电机壳内壁上沿圆周方向固设有若干定子绕组；

转轴，一端与所述输出孔转动连接，另一端与电机壳底端内壁球连接，所述转轴上设有齿轮；

转子铁芯，外壁上设有若干的磁瓦，所述转子铁芯中心处设有齿轮槽，所述齿轮插设于齿轮槽内。

进一步地，所述转轴底端及电机壳底端内壁中心处均设有弧形凹槽，所述转轴底端与所述电机壳底端的弧形凹槽通过滚珠球相连。

本发明提供的多自由度电机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明多自由度电机在单自由度电机本体外球铰接推进杆，推进杆根据电机本体偏转自由的需要设置数量和位置，应至少设置三个，并将推进杆套设于与气压箱内腔相连的杆套通孔中，气压箱内设有推进器及活塞，通过推进器控制活塞压缩空气控制推进杆的上下移动实现电机本体的偏转自由度。在实现将电机偏转自由度的同时，将电机本体的自身转动与其偏转运动分开控制，避免了各自由度间电磁关系的耦合，使得控制更加简单、易于实现，降低了控制成本，更容易市场化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多自由度电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多自由度电机的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的气压箱结构示意图；

图4为沿图3中a-a线的剖视结构图；

图5为本发明实施例提供的堵头结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电机结构示意图；

图7为沿图6中b-b线的剖视结构图；

图8为本发明实施例提供的转子连接结构示意图；

图9为本发明实施例提供的转轴结构示意图。

图中：1、电机本体；2、推进杆；3、杆套；4、气压箱；5、驱动器；6、活塞；7、堵头；8、第一磁体；9、推进器；10、支架；11、转轴；12、定子绕组；13、磁瓦；14、转子铁芯；15、滚珠；16、齿轮；17、电机壳；101、连接耳；401、穿线孔；402、滑槽；403、透气孔；701、连接杆；702、底板；703、凸台。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的多自由度电机进行说明。所述多自由度电机，包括电机本体1、推进杆2、气压箱4、推进器9。推进杆2数量不少于三个且均与电机本体1球铰接。气压箱4与推进杆2数量相匹配，气压箱4上设有杆套3，杆套3上设有通孔，通孔通入气压箱4的内腔，杆套3内套设推进杆2，气压箱4内设有活塞6，活塞6与气压箱4滑动连接；推进器9设于所述气压箱4内，用于推动活塞6压缩气压箱4内空气，从而带动所述推进杆2上下移动。

本发明提供的多自由度电机，与现有技术相比，在单自由度电机本体1外转动球铰接推进杆2，推进杆2根据电机本体1偏转自由的需要设置数量和位置，应至少设置三个，并将推进杆2套设于与气压箱4内腔相连的杆套3通孔中，气压箱4内设有推进器9及活塞6，通过推进器9控制活塞6压缩空气控制推进杆2的上下移动实现电机本体1的偏转自由度。在实现将电机偏转自由度的同时，将电机本体1的自身转动与其偏转运动分开控制，避免了各自由度间电磁关系的耦合，使得控制更加简单、易于实现，降低了控制成本，更容易市场化。

本实施例中，在电机本体1的圆周方向均布四个推进杆2，每个推进杆2配设一个气压箱4、杆套3、活塞6及推进器9。当推进器9不动作时，电机本体1沿竖直方向自转。当想要电机本体1在不同的高度竖直自转时，通过控制四个的推进器9同时推动活塞6压缩空气，空气压缩产生气压力推动推进杆2沿杆套3向上同时移动，复位时，推进驱动活塞6收回复位，实现电机本体1的上下移动。若想要电机进行偏转自转时，通过控制不同的推进器9推动活塞6移动不同的位移，因活塞6位移不同对于气压箱4内气体的压缩量不同，从而导致推进杆2移动的距离不同，形成电机本体1不同方向的偏转。

作为本发明提供的多自由度电机的一种具体实施方式，请参阅图2，推进器9包括第一铁芯及第一线圈，第一线圈缠绕于第一铁芯上，活塞6靠近第一线圈端设有第一磁体8，第一磁体8的n级或s级朝向第一线圈。

根据电生磁原理，对第一线圈通不通方向的电流会产生不同的磁场，电流大小不同磁场的强度也不同，当第一线圈产生的磁场与第一磁体8朝向第一线圈的磁极相互排斥时，活塞6受力向远离推进器9方向移动；当第一线圈产生的磁场与第一磁体8朝向第一线圈的磁极相互吸引时，活塞6受力向靠近推进器9方向移动；从而实现推进杆2的上下移动。气压箱4的推进器9安装面上设有穿线孔401，方便推进器9的电连接。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2至图5，气压箱4背离推进器9端开设有透气孔403，气压箱4内的侧壁上设有滑槽402，滑槽402内滑动设置堵头7，堵头7可覆盖透气孔403，气压箱4外设有驱动器5，驱动器5用于驱动堵头7沿滑槽402移动。正常情况下堵头7处于覆盖透气孔403的状态，整个气压箱4密封，当电机本体1需要复位时，为快速复位驱动器5驱动堵头7沿滑槽402朝背离透气孔403方向移动，透气孔403通气，电机本体1复位。将电机本体1的偏转动作控制与复位动作控制分离开来，更加方便控制的实现。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1及图2，驱动器5包括第二铁芯及第二线圈，第二线圈缠绕于第二铁芯上，堵头7较靠近第二线圈端设有第二磁体，第二磁体的n级或s级朝向第二线圈。

当第二线圈通电产生的磁场与第二磁体朝向第二线圈的磁极相互排斥时，堵头7受力朝背离透气孔403方向移动；当第二线圈通电产生的磁场与第二磁体朝向第二线圈的磁极相互吸引时，堵头7重新覆盖透气孔403。气压箱4外设有支架10，驱动器5通过支架10固定在气压箱4外且正对透气孔403。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图4至图5，堵头7包括底板702和凸台703，第二磁体设于凸台703上，凸台703可套设于透气孔403内。凸台703套设透气孔403的方式覆盖透气孔403密封更加严密。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图4至图5，底板702上设有连接杆701，堵头7借助于连接杆701与滑槽402滑动连接。

本实施例中，气压箱4内壁上的滑槽402对称设置为两个，滑槽402的底端为球形。连接杆701在堵头7上相应对称设置为两个，连接杆701端面上设有球形头。当堵头7覆盖透气孔403时，连接杆701的球形头与滑槽402的底端球形相贴合。滑槽402设置两个使得堵头7沿滑槽402滑移更稳定。将连接杆701端部设为球形头有利于减小滑移摩擦力。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，推进杆2外壁上设有凸起，凸起可搭接于杆套3上端面。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，推进杆2底端设有压力传感器。设置压力传感器可以感受气压箱4内空气压缩作用与推进杆2的作用力，压力传感器将压力值传递给多自由度电机的控制器，通过换算可以得到推进杆2移动的距离从而确定电机本体1的偏转状态。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图6至图9，电机本体1包括电机壳17、转轴11、转子铁芯14。电机壳17一端面设有输出孔，电机壳17内壁上沿圆周方向固设有若干定子绕组12；转轴11一端与输出孔转动连接，另一端与电机壳17底端内壁球连接，转轴11上设有齿轮16；转子铁芯14外壁上设有若干的磁瓦13，转子铁芯14中心处设有齿轮槽，齿轮16插设于齿轮槽内。

本实施例中，磁瓦13是永磁体中的一种，主要用在永磁电机上的瓦状磁铁。若干磁瓦13在转子铁芯14上按一定方式n级、s级交替排布。电机壳17外设有与推进杆2对应数量的连接耳101，推进杆2通过连接耳101与电机壳17球铰接。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图6至图9，转轴11底端及电机壳17底端内壁中心处均设有弧形凹槽，转轴11底端与电机壳17底端的弧形凹槽通过滚珠15球相连。电机本体1的转子由转子铁芯14及磁瓦13构成，早电机本体1发生偏转转动时可能会产生偏心问题，通过滚珠15支撑转轴11，通过一端球连接的方式调节，有利于减缓电机本体1的转子的偏心率。

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