舵机的制作方法

本发明属于机器人控制技术领域，更具体地说，是涉及一种舵机。

背景技术：

机器人有许多个关节，每一个关节我们称为一个自由度。一般的机体，都有十几个自由度，这样才能够保证动作的灵活性，在机器人机体上，通常使用舵机作为每一个关节的连接部分，它可以完成每个关节的定位和运动，其控制结构简单，精度高，反应速度快且省电，可以说，舵机是机器人控制过程中必不可少的动力元件。现有舵机的输出轴一般需要与电位计进行实际的接触才能实现角度的检测，通常是将输出轴底部的部分凸起伸入电位计中，以使输出轴转动引起电位计阻值发生变化进而达到检测角度变化的目的，但在安装过程中输出轴需要穿过壳体外壁才能进一步与电位计进行安装，安装过程定位难度大，不利于实现自动化组装，且输出轴在运行过程中也容易造成转动动作不稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种舵机，旨在解决现有技术中存在的输出轴的组装过程定位难度大，且容易运行不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种舵机，包括：壳体、电机、减速齿轮组、输出齿轴、角度检测装置及控制电路板，所述电机设于所述壳体内部，所述电机通过所述减速齿轮组与所述输出齿轴啮合，所述输出齿轴的前端伸出所述壳体，所述输出齿轴位于所述壳体内部的后端与所述角度检测装置连接，所述控制电路板分别与所述电机及所述角度检测装置连接，所述角度检测装置包括设于所述控制电路板上的磁传感器及与所述输出齿轴的后端连接且位于所述磁传感器正前方的磁铁，所述壳体内部设有齿轴支撑定位结构。

进一步地，还包括舵盘，所述舵盘与所述输出齿轴伸出所述壳体的前端连接。

进一步地，所述舵盘套装于所述输出齿轴前端的外周，所述输出齿轴的前端部的外周及所述舵盘内部设有相互配合的齿轮连接结构。

进一步地，所述输出齿轴的后端设有向后开口的容置腔，所述磁铁设于所述容置腔内。

进一步地，所述输出齿轴的后端设有转接孔，所述磁铁通过转接件与所述转接孔连接。

进一步地，所述转接件包括转接体及与所述转接孔配合的转接凸台，所述转接体后侧设有能容纳所述磁铁的安装孔。

进一步地，所述壳体包括从前向后依次设置的前壳体、中壳体及后壳体，所述前壳体与所述中壳体之间形成前容腔，所述中壳体与所述后壳体之间形成后容腔。

进一步地，所述齿轴支撑定位结构包括套装于所述输出齿轴的齿轮部前侧的前垫圈及套装于所述输出齿轴齿轮部后侧的后垫圈，所述前壳体后侧设有用于容纳所述前垫圈且与所述前垫圈过盈配合的前环槽，所述中壳体前侧设有用于容纳所述后垫圈且与所述后垫圈过盈配合的后环槽，所述前垫圈与所述后垫圈均与所述输出齿轴间隙配合。

进一步地，所述输出齿轴为分体式，包括输出轴及套装于所述输出轴外侧的输出齿轮，所述输出轴上还套设有齿轮离合器。

进一步地，所述输出齿轮上设有内齿槽，所述内齿槽的齿牙围绕所述输出轴的中轴均匀分布，所述齿轮离合器设于所述内齿槽中，所述齿轮离合器包括与所述输出轴固接的连接套筒、至少两个围绕所述连接套筒中轴均匀设置且能与所述内齿槽啮合的弹性离合结构，所述输出齿轮套装于所述连接套筒外侧且与所述连接套筒过盈配合。

本发明提供的舵机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明舵机通过设置非接触式的角度检测装置，对安装角度没有要求，在组装过程中定位更加方便，适用于自动化的生产，且利用磁传感器进行检测可以在360°范围内进行测试，无检测死角，通过感应磁场的变化来感应角度的变化，没有接触式的电位计的虚位造成的误差，精度高；通过设置齿轴支撑定位结构能使输出齿轴运的转动动作更加顺畅。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的舵机的主视结构示意图；

图2为图1的A部放大图；

图3为本发明实施例一提供的舵机的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例一所采用的输出齿轴及齿轮离合器的爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的舵机的主视结构示意图；

图6为图5的B部放大图。

图中：1、壳体；1001、前壳体；1002、中壳体；1003、后壳体；1004、前容腔；1005、后容腔；2、电机；3、减速齿轮组；4、输出齿轴；41、输出轴；42、输出齿轮；5、角度检测装置；51、磁铁；52、磁传感器；6、控制电路板；7、舵盘；8、容置腔；9、转接孔；10、转接件；101、转接体；102、转接凸台；103、安装孔；11、齿轮连接结构；12、定位凸起；13、定位槽；14、前垫圈；15、后垫圈；16、加固螺钉；17、内齿槽；18、齿轮离合器；181、连接套筒；182、弹性离合结构；1821、弹性环；1822、啮合凸起；1823、缓冲凸起。

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至图6，现对本发明提供的舵机进行说明。所述舵机，包括壳体1、电机2、减速齿轮组3、输出齿轴4、角度检测装置5及控制电路板6，电机2设于壳体1内部，电机2通过减速齿轮组3与输出齿轴4啮合，输出齿轴4的前端伸出壳体1，输出齿轴4位于壳体1内部的后端与角度检测装置5连接，控制电路板6分别与电机2及角度检测装置5连接，角度检测装置5包括设于控制电路板6上的磁传感器52及与输出齿轴4的后端连接且位于磁传感器52正前方的磁铁51，壳体1内部设有齿轴支撑定位结构。需要注意的是，本发明中提及的前后方向以输出齿轴4位于壳体1内部的一端到输出齿轴4位于壳体1外部的另一端的方向为向前的方向，反之，则为向后的方向。

本发明提供的舵机，与现有技术相比，通过设置非接触式的角度检测装置，对安装角度没有要求，在组装过程中定位更加方便，适用于自动化的生产,尤其对于普通的自动化生产线的组装；之前普遍使用的电位计具有旋转死角，死角的范围比较小，也能够实现大多数动作，但利用磁传感器进行检测可以在360°范围内进行测试，无检测死角，能够实现所有动作；由于电位计是接触式定位，结构上肯定有虚位，造成检测精度上的误差，但通过感应磁场的变化来感应角度的变化，没有接触式的电位计的虚位造成的误差，精度高；通过设置齿轴支撑定位结构能使输出齿轴传动时受到的摩擦力降低，进而使转动动作更加顺畅，且同时能够对壳体1进行一定的支撑，增强壳体1的强度。

进一步地，请一并参阅图1至图6，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，还包括舵盘7，舵盘7与输出齿轴4伸出壳体1的前端连接。舵盘7主要用于与外部进行连接传递扭矩。

进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，舵盘7套装于输出齿轴4前端的外周，输出齿轴4的前端部的外周及舵盘7内部设有相互配合的齿轮连接结构11。通过齿轮连接结构11，舵盘7与输出齿轴4之间能通过啮合的结构传递扭矩，使舵盘7的输出更加稳定。

进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轴4的前端面上设有定位凸起12，舵盘7内部设有与定位凸起12配合的定位槽13。通过定位凸起12与定位槽13相配合，能够进一步实现输出齿轴4与舵盘7在输出齿轴4的轴向方向上的定位，进一步提高舵机输出扭矩的稳定性。

进一步地，请一并参阅图1，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轴4的后端设有向后开口的容置腔8，磁铁51设于容置腔8内。磁铁51与输出齿轴4之间可为插接，装配结构简单，装配稳定性好，还便于制造。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轴4的后端设有转接孔9，磁铁51通过转接件10与转接孔9连接。由于输出齿轴4多为金属材质，与磁铁51进行插接可能比较困难，因此，可使用弹性较大的转接件10在输出齿轴4与磁铁51之间进行插接转接,实现磁铁51与输出齿轴4的固定。

具体地，图中未示出，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，转接件10采用塑料材质。制造成本低，成型比较简单，弹性好,便于与金属等硬质材质进行插接连接。

进一步地，参阅图5及图6，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，为了方便与输出齿轴4及磁铁51之间的插接连接，并使磁铁51能始终保持在磁传感器52的正前方，转接件10包括转接体101及与转接孔9配合的转接凸台102，转接体101后侧设有能容纳磁铁51的安装孔103。转接凸台102与输出齿轴4之间为过盈配合，在与输出齿轴4进行插接时，容易发生形变进而达到过盈插接的目的，拆卸时拔出也比较方便，转接体101与磁铁51之间的插接也是同样的原理。

进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，舵盘7正中部设有套装阶梯孔，输出齿轴4的前端设有内螺纹孔，套装阶梯孔的后段内径小于前段内径，套装阶梯孔后段套装于输出齿轴4的前端的外周，且套装阶梯孔前段的后端面与输出齿轴4的前端面平齐，锁紧螺钉的螺帽部分的后端面能与套装阶梯孔前段的后端面抵接，在轴向上对舵盘7进行进一步的定位。

进一步地，请参阅图1至图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，壳体1的前端面上设有舵盘定位槽，舵盘定位槽套装于舵盘7后端的外周，起到装配后定位作用，使舵盘7运行更平稳。

进一步地，参阅图1、图3及图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，为了方便装配，壳体1设置成分体式，包括从前向后依次设置的前壳体1001、中壳体1002及后壳体1003，前壳体1001与中壳体1002之间形成前容腔1004，中壳体1002与后壳体1003之间形成后容腔1005。其中的电机2设于后容腔1005内，电机2的输出轴贯穿到前容腔1004内，减速齿轮组3设于前容腔1004内，输出齿轴4从壳体1的前侧依次贯穿壳体1到后容腔1005内，其中的齿轮部分位于前容腔1004内，角度检测装置5设于后容腔1005内，这样的布局使得壳体1内部空间能够得到充分利用，缩小了舵机的整体体积。

进一步地，请参阅图1、图3及图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，齿轴支撑定位结构包括套装于输出齿轴4的齿轮部前侧的前垫圈14及套装于输出齿轴4齿轮部后侧的后垫圈15，前壳体1001后侧设有用于容纳前垫圈14且与前垫圈14过盈配合的前环槽，中壳体1002前侧设有用于容纳后垫圈15且与后垫圈15过盈配合的后环槽，前垫圈14与后垫圈15均与输出齿轴4间隙配合。

具体地，请参阅图1、图3及图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，前垫圈14及后垫圈15均为耐磨树脂材质。输出齿轴4在转动过程中直接与壳体1接触摩擦力较大，不仅阻碍转动动作，还容易造成零部件的磨损，且由于壳体1比较硬，输出齿轴4与壳体1之间存在一定间隙，在转动过程中输出齿轴4的转动可能不平稳，影响舵机工作的整体稳定性，最主要的是，由于舵机体积非常小，设置轴承不容易实现。通过设置能与壳体1相对固定的树脂材质的垫圈结构，能够对输出齿轴4起到非常好的稳定作用，且于输出齿轴4之间的摩擦力降低，使得输出齿轴4的转动更加平稳，提高扭矩的输出效率。

进一步地，请参阅图1及5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，为了提高垫圈结构与壳体1之间进一步的固定效果，前端圈14及后垫圈15的一侧均分别设有限位切面，前环槽及后环槽的内侧壁上均分别设有与限位切面配合的限位平台，避免前端圈14及后垫圈15分别与前环槽及后环槽之间发生转动。

进一步地，图中未示出，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，为了提高垫圈结构与壳体1之间进一步的固定效果，前端圈14及后垫圈15的一侧均分别设有限位凸起，前环槽及后环槽的内侧壁上均分别设有与限位凸起配合的限位凹槽，避免前端圈14及后垫圈15分别与前环槽及后环槽之间发生转动。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轴为分体式，包括输出轴41及套装于输出轴41外侧的输出齿轮42，输出轴41上还套设有齿轮离合器18。由于输出齿轴4遇到外力堵转，容易损伤齿轴，设置能够保护齿轴的齿轮离合器18。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轮42上设有的内齿槽17，内齿槽17的齿牙围绕输出轴41的中轴均匀分布，齿轮离合器18设于内齿槽17中，齿轮离合器18包括与输出轴41固接的连接套筒181、至少两个围绕连接套筒181中轴均匀设置且能与内齿槽啮合的弹性离合结构182，输出齿轮42套装于连接套筒181外侧且与连接套筒181过盈配合。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，弹性离合结构182包括弹性环1821、设于弹性环1821外侧面的啮合凸起1822及设于啮合凸起1822侧面的缓冲凸起1823。正常工作状态下，输出轴41、齿轮离合器18与输出齿轮42之间保持位置的相对稳定；当遇到堵转，有足够大的外力作用于输出轴41或者输出齿轮42时，输出齿轮42仍然具有相对连接套筒181发生转动的趋势，由于弹性环1821具有弹性，啮合凸起1822和缓冲凸起1823与内齿槽17之间具有相对转动的趋势，此时弹性环1821发生压缩形变，使得啮合凸起1822和缓冲凸起1823与内齿槽17之间发生相对转动，进而使得输出齿轮42可以进一步的相对连接套筒181发生转动，可以有效保护齿轮或电机在堵转等情况发生时不被损坏。

优选地，图中未示出，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，啮合凸起1822在连接套筒181径向面上的高度大于缓冲凸起1823在连接套筒181径向面上的高度。缓冲凸起1823在正常工作时起到限位固定作用，在堵转的时候与内齿槽17的啮合作用小，转动的阻碍作用集中于啮合凸起1822上，能够使输出齿轮42在电机及齿轮受到破坏之前就能发生转动，起到更好的保护作用。

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。