舵机及机器人的制作方法

本发明属于舵机技术领域，尤其涉及一种具有过载保护功能的舵机以及装有该舵机的机器人。

背景技术：

目前，服务类机器人上的各个关节部位一般都是由舵机来驱动，舵机一般包括用于提供动力的马达、与外部机构连接的输出轴以及将马达动力传递至输出轴的齿轮组，齿轮组中包括与输出轴固定连接的输出齿轮，在服务类机器人工作的过程中，难免会出现摔倒或者碰撞的情况，此时，舵机的输出轴会瞬间承受很大的扭矩，由于舵机内的输出齿轮与舵机的输出轴固定，一般是通过键连接，输出齿轮由于与马达联动，其无法通过瞬间转动来消除扭矩，这样，就会造成输出齿轮由于负载过大而造成损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种舵机及具有该舵机的机器人，旨在解决现有技术中舵机的输出轴在受到过大的扭矩时，输出齿轮容易遭到损坏的技术问题。

本发明是这样实现的，一种舵机，包括马达、用于驱动外部机构运动的输出轴以及一侧与所述马达啮合另一侧与所述输出轴配合且用于将所述马达的动力传递至所述输出轴的齿轮组，所述齿轮组包括环套于所述输出轴的输出齿轮，所述输出齿轮设有套设于所述输出轴的轴孔，所述轴孔具有面向所述输出轴的内圆面，所述输出轴具有与所述内圆面相面对的外圆面；所述舵机还包括套设于所述输出轴且位于所述内圆面和所述外圆面之间的定位滑圈，所述定位滑圈的外侧与所述内圆面抵接，所述定位滑圈的内侧与所述输出轴的外圆面抵接；所述定位滑圈于所述输出轴承受的负载小于临界负载时，所述定位滑圈能够相对于所述输出齿轮和所述输出轴固定配合；所述定位滑圈于所述输出轴的负载大于临界负载时，所述定位滑圈能够相对于所述输出齿轮和/或所述输出轴滑动配合。

进一步地，所述舵机还包括用于限制所述定位滑圈沿所述输出轴的轴向方向移动的限位机构，所述限位机构与所述定位滑圈配合。

进一步地，所述限位机构设置在所述输出齿轮的内圆面，所述限位机构包括由所述内圆面向所述输出轴突出设置的第一抵挡环，所述定位滑圈位于所述第一抵挡环的一侧。

进一步地，所述限位机构还包括由所述内圆面向所述输出轴突出设置且与所述第一抵挡环间隔距离设置的第二抵挡环，所述定位滑圈位于所述第一抵挡环和所述第二抵挡环之间。

进一步地，所述限位机构设置在所述输出轴的外圆面，所述限位机构包括由所述外圆面向所述内圆面突出设置的第三抵挡环，所述定位滑圈位于所述第三抵挡环的一侧。

进一步地，所述限位机构还包括由所述外圆面向所述内圆面突出设置且与所述第三抵挡环间隔距离设置的第四抵挡环，所述定位滑圈位于所述第三抵挡环和所述第四抵挡环之间。

进一步地，所述输出齿轮在所述轴孔靠近输出轴与外部机构连接的顶端的开口内侧边缘处呈倒圆角。

进一步地，所述输出轴上设有角度检测装置；

所述角度检测装置包括设于所述输出轴端部的磁铁、及与所述磁铁相对设置以检测所述磁铁转动角度的磁编码器；

或者，所述角度检测装置为设置于所述输出轴一侧的电位器。

进一步地，所述定位滑圈的硬度大于所述输出轴的硬度，所述输出轴的硬度大于所述输出齿轮的硬度。

进一步地，所述定位滑圈包括开口弹性环、及于所述开口弹性环的中部沿径向朝外凸出形成的外凸部，所述开口弹性环绕设于所述输出轴的外圆面，所述外凸部抵接于所述轴孔的内圆面。

进一步地，所述外凸部包括设于所述开口弹性环的外表面的若干顶齿，所述顶齿抵接于所述轴孔的内圆面。

进一步地，所述定位滑圈包括开口弹性环、及于所述开口弹性环的中部沿径向朝内凸出形成的内凸部，所述开口弹性环绕设于所述输出轴的外圆面，所述内凸部抵接于所述输出轴的外圆面，所述开口弹性环的外表面抵接于所述轴孔的内圆面。

进一步地，所述内凸部包括设于所述开口弹性环的内表面的若干顶齿，所述顶齿抵接于所述输出轴的外圆面。

进一步地，所述轴孔的半径小于所述顶齿与所述输出轴的轴线的垂直距离。

进一步地，所述开口弹性环的开口位于相邻两个所述顶齿之间；或者，所述开口弹性环的开口位于其中一个所述顶齿上。

本发明还提供了一种机器人，包括上述舵机。

本发明相对于现有技术的技术效果是：本发明提供的舵机中的输出齿轮和输出轴采用间隙配合，并且输出齿轮和输出轴之间设置有定位滑圈，当输出轴负载过大，即受到过大的扭矩时，定位滑圈会相对于输出齿轮或者输出轴滑动，从而使得输出轴相对于输出齿轮转动，而输出轴相对于输出齿轮转动后，即可降低输出齿轮的负载，避免输出齿轮受到损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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是本发明实施例提供的舵机的剖视图；

图2是本发明实施例提供的输出轴和输出齿轮的剖视图；

图3是本发明提供的第一实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的第一实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的第二实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的第二实施例的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的舵机的立体装配图；

图8是图7的舵机的立体分解图；

图9是图7的舵机的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参见图1和图2，本发明实施例提供一种舵机包括马达40、用于驱动外部机构运动的输出轴10以及一侧与所述马达40啮合另一侧与所述输出轴10配合且用于将所述马达40的动力传递至所述输出轴10的齿轮组50，所述齿轮组50包括环套于所述输出轴10的输出齿轮20，所述输出齿轮20设有套设于所述输出轴10的轴孔21，所述轴孔21具有面向所述输出轴10的内圆面22，所述输出轴10具有与所述内圆面22相面对的外圆面11；所述舵机还包括套设于所述输出轴10且位于所述内圆面22和所述外圆面11之间的定位滑圈30，所述定位滑圈30的外侧与所述内圆面22抵接，所述定位滑圈30的内侧与所述输出轴10的外圆面11抵接；所述定位滑圈30于所述输出轴10承受的负载小于临界负载时，所述定位滑圈30能够相对于所述输出齿轮20和所述输出轴10固定配合；所述定位滑圈30于所述输出轴10的负载大于临界负载时，所述定位滑圈30能够相对于所述输出齿轮20和/或所述输出轴10滑动配合。需要说明的是，所述临界负载，即，输出轴10能够承受的最大负载，当输出轴10承受的负载小于该临界负载时，输出齿轮20与输出轴10相对固定静止，并且会与输出轴10同步转动，当输出轴10承受的负载大于该临界负载时，输出轴10会相对于输出齿轮20转动，以减小输出轴10所承受的负载。

具体地，请参见图1和图2，本发明实施例提供的舵机中的输出齿轮20和输出轴10采用间隙配合，并且输出齿轮20和输出轴10之间设置有定位滑圈30，当输出轴10的负载小于临界负载时，马达40可以依靠定位滑圈30与输出齿轮20及输出轴10之间的摩擦力来驱动输出轴10旋转，当输出轴10负载超过临界负载时，即受到过大的扭矩时，静摩擦转为滑动摩擦，定位滑圈30会相对于输出齿轮20和/或者输出轴10滑动，具体地，在输出轴10负载过大时，定位滑圈30可以相对输出轴10不动而相对于输出齿轮20转动，也可以相对输出轴10转动而相对于输出齿轮20不动，也可以既绕输出轴10滑动同时相对于输出齿轮20转动，总之使得输出齿轮20相对于输出轴10转动，而输出齿轮20相对于输出轴10转动后，即可以有效的降低输出齿轮20的负载，避免输出齿轮20受到损坏。

请参见图1和图2，进一步地，所述舵机还包括用于限制所述定位滑圈30沿所述输出轴10的轴向方向移动的限位机构60，所述限位机构60与所述定位滑圈30配合。具体地，当输出轴10的负载处于正常范围之内时，马达40依靠定位滑圈30与内圆面22及外圆面11之间的静摩擦来驱动输出齿轮20旋转，当输出轴10负载过高时，内圆面22和/或者外圆面11即会相对于定位滑圈30滑动，以使得输出齿轮20相对于输出轴10旋转。本发明实施例提供的舵机包括可以限制定位滑圈30沿输出轴10轴向方向移动的限位机构60，该限位机构60可以抵挡定位滑圈30，这样可以避免定位滑圈30脱离输出轴10与输出齿轮20之间的位置之后而无法传递扭矩的技术问题。

第一实施例：

请参见图3，所述限位机构60设置在所述输出齿轮20的内圆面22，所述限位机构60包括由所述内圆面22向所述输出轴10突出设置的第一抵挡环23，所述定位滑圈30位于所述第一抵挡环23的一侧。优选的，所述定位滑圈30的一侧抵持于所述第一抵挡环23。基于此结构，第一抵挡环23可以将定位滑圈30限制在内圆面22和外圆面11之间，避免定位滑圈30沿输出轴10的轴向方向滑动，使其有效的通过摩擦力传递扭矩。

请参见图4，进一步地，所述限位机构60还包括由所述内圆面22向所述输出轴10突出设置且与所述第一抵挡环23间隔距离设置的第二抵挡环24，所述定位滑圈30位于所述第一抵挡环23和所述第二抵挡环24之间。优选的，所述定位滑圈30的两端分别抵持于所述第一抵挡环23和所述第二抵挡环24。定位滑圈30位于第一抵挡环23和第二抵挡环24之间，进一步地，避免了定位滑圈30沿输出轴10的轴向方向滑动，从而使得定位滑圈30始终保持在内圆面22和外圆面11之间以进行扭矩的传递。需要说明的是，第一抵挡环23和第二抵挡环24可以与输出齿轮20通过注塑一体成型设置，也可以通过固定件，例如螺钉，与输出齿轮20固定设置。

第二实施例：

请参见图5，进一步地，所述限位机构60设置在所述输出轴10的外圆面11，所述限位机构60包括由所述外圆面11向所述内圆面22突出设置的第三抵挡环12，所述定位滑圈30位于所述第三抵挡环12的一侧。优选的，所述定位滑圈30的一侧抵持于所述第三抵挡环12。基于此结构，第三抵挡环12可以将定位滑圈30限制在内圆面22和外圆面11之间，避免定位滑圈30沿输出轴10的轴向方向滑动，使其有效的通过摩擦力传递扭矩。

请参见图6，进一步地，所述限位机构60还包括由所述外圆面11向所述内圆面22突出设置且与所述第三抵挡环12间隔距离设置的第四抵挡环13，所述定位滑圈30位于所述第三抵挡环12和所述第四抵挡环13之间。优选的，所述定位滑圈30的两端分别抵持于所述第三抵挡环12和所述第四抵挡环13。定位滑圈30位于第三抵挡环12和第四抵挡环13之间，进一步地，避免了定位滑圈30沿输出轴10的轴向方向滑动，从而使得定位滑圈30始终保持在内圆面22和外圆面11之间以进行扭矩的传递。需要说明的是，第三抵挡环12和第四抵挡环13可以与输出轴10通过注塑一体成型设置，也可以通过固定件，例如螺钉，与输出轴10固定设置。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出轴10上设有角度检测装置；角度检测装置包括设于输出轴10端部的磁铁71、及与磁铁71相对设置以检测磁铁71的转角的磁编码器72；或者，角度检测装置为设置于输出轴10一侧的电位器(图未示)。角度检测装置还可以是其它类型的用于检测转角的传感器。上述结构容易装配，能实现输出轴10转角的检测，按需选用。

进一步地，请参阅图2、图5、图7至图9，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，定位滑圈30包括开口弹性环36、及于开口弹性环36的中部沿径向朝外凸出形成的外凸部31，开口弹性环36绕设于输出轴10的外圆面，外凸部31抵接于轴孔21的内圆面。开口弹性环36具有开口，使得开口弹性环36在装配于输出轴10与输出齿轮20之间后能沿周向滑动，以可靠地绕设于输出轴10的外圆面11。定位滑圈30具有弹性，即输出齿轮20和输出轴10将定位滑圈30弹性压紧，使得定位滑圈30与输出齿轮20及输出轴10之间具有一定大小的最大静摩擦力，从而实现一定大小的扭矩的传递。开口弹性环36与外凸部31通过冲压一体成型，弹性好，能产生弹性变形，定位滑圈30能可靠地弹性压紧在输出齿轮20和输出轴10之间。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，外凸部包括设于开口弹性环36的外表面的若干顶齿37，顶齿37抵接于轴孔21的内圆面22。该结构容易成型与加工。开口弹性环36与顶齿37通过冲压一体成型，弹性好，能产生弹性变形，定位滑圈30能可靠地弹性压紧在输出齿轮20和输出轴10之间。顶齿37位于开口弹性环36的外表面的中间区域，使得开口弹性环36的内表面能与输出轴10的外圆面11充分接触，在开口弹性环36与输出轴10之间形成一定的摩擦力，还便于在过载时使输出轴10相对于开口弹性环36与输出齿轮20转动。顶齿37均布于开口弹性环36的外表面，以可靠地传递扭矩。顶齿37的接触区为光滑接触面，该结构便于开口弹性环36与输出齿轮20之间形成一定的摩擦力。

进一步地，请参阅图3、图4，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，定位滑圈30包括开口弹性环、及于开口弹性环的中部沿径向朝内凸出形成的内凸部31，开口弹性环绕设于输出轴10的外圆面，内凸部31抵接于输出轴10的外圆面，开口弹性环的外表面抵接于轴孔21的内圆面。开口弹性环具有开口，使得开口弹性环在装配于输出轴10与输出齿轮20之间后能沿周向滑动，以可靠地绕设于输出轴10的外圆面11。定位滑圈30具有弹性，即输出齿轮20和输出轴10将定位滑圈30弹性压紧，使得定位滑圈30与输出齿轮20及输出轴10之间具有一定大小的最大静摩擦力，从而实现一定大小的扭矩的传递。开口弹性环与内凸部31通过冲压一体成型，弹性好，能产生弹性变形，定位滑圈30能可靠地弹性压紧在输出齿轮20和输出轴10之间。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，内凸部包括设于开口弹性环的内表面的若干顶齿，顶齿抵接于输出轴的外圆面。该结构容易成型与加工。开口弹性环与顶齿通过冲压一体成型，弹性好，能产生弹性变形，定位滑圈30能可靠地弹性压紧在输出齿轮20和输出轴10之间。顶齿位于开口弹性环的内表面的中间区域，使得开口弹性环能与输出齿轮20的内圆面22充分接触，在开口弹性环与输出齿轮20之间形成一定的摩擦力，还便于在过载时使输出轴10相对于开口弹性环与输出齿轮20转动。顶齿均布于开口弹性环的内表面，以可靠地传递扭矩。顶齿的接触区为光滑接触面，该结构便于开口弹性环与输出轴10之间形成一定的摩擦力。

或者，定位滑圈包括开口弹性环、及设于开口弹性环的外表面与内表面的若干顶齿，开口弹性环绕设于输出轴的外圆面，位于开口弹性环的内表面的顶齿抵接于输出轴的外圆面，位于开口弹性环的外表面的顶齿抵接于轴孔的内圆面。该结构容易成型与加工。开口弹性环与顶齿通过冲压一体成型，弹性好，能产生弹性变形，定位滑圈30能可靠地弹性压紧在输出齿轮20和输出轴10之间。

请参见图3和图5，进一步地，所述定位滑圈30包括第一滑圈31、位于所述第一滑圈31一侧的第二滑圈32、位于所述第一滑圈31另一侧的第三滑圈33、两侧分别与所述第一滑圈31和所述第二滑圈32连接的第四滑圈34以及两侧分别与所述第一滑圈31和所述第三滑圈33连接的第五滑圈35，所述第一滑圈31与所述第二滑圈32的直径大小不同，所述第一滑圈31和所述第三滑圈33的直径大小不同。具体地，由于第二滑圈32和第三滑圈33与第一滑圈31的直径均不同，并且第一滑圈31与第二滑圈32通过第四滑圈34连接，第一滑圈31与第三滑圈33通过第五滑圈35连接，这样，就使得定位滑圈30具有弹性，即，输出齿轮20和输出轴10将定位滑圈30弹性压紧，使得定位滑圈30与输出齿轮20及输出轴10之间具有一定大小的最大静摩擦力，从而实现一定大小的扭矩的传递。

请参见图3和图5，进一步地，所述第二滑圈32与所述第三滑圈33的直径相同。此结构使得定位滑圈30两侧受力大小相等，避免定位滑圈30沿输出轴10的轴向方向发生倾斜，造成滑圈损坏。

进一步地，请参阅图1、图2、图8，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，输出齿轮20在轴孔21靠近输出轴10与外部机构连接的顶端的开口内侧边缘处呈倒圆角25。该结构容易成型，便于输出轴10及定位滑圈30装配进输出齿轮20的轴孔21内。

定位滑圈30接触于齿轮的内圆面22形成接触区，如图2的第二滑圈32与第三滑圈33、图5的第一滑圈31、图8的顶齿37处。倒圆角25处与输出轴10轴线距离小于接触区与输出轴10轴线的距离。能使定位滑圈30上的接触区嵌入到输出齿轮20内圆面22，增大二者之间的摩擦力，以紧固配合。

进一步地，请参阅图9，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，轴孔21的半径d1小于顶齿37与输出轴10的轴线的垂直距离d2。该结构能使定位滑圈30上的顶齿37嵌入到输出齿轮20内圆面22，增大二者之间的摩擦力，以紧固配合。当外加负载足够大时，输出轴10与定位滑圈30之间的摩擦力被释放，输出轴10相对定位滑圈30及输出齿轮20转动，从而通过切换输出轴10与输出齿轮20之间的连接，形成过载保护。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，定位滑圈30的硬度大于输出轴10的硬度，输出轴10的硬度大于输出齿轮20的硬度。该结构容易成型。定位滑圈30接触于齿轮的内圆面22形成接触区，如图2的第二滑圈32与第三滑圈33、图5的第一滑圈31、图8的顶齿37处。定位滑圈30上的接触区能嵌入到输出齿轮20内圆面22，增大二者之间的摩擦力，以紧固配合；即定位滑圈30与输出轴10之间的摩擦力f1小于定位滑圈30与输出齿轮20之间的摩擦力f2，当外加负载大于f1时，输出轴10与定位滑圈30之间的摩擦力被释放，输出轴10相对定位滑圈30及输出齿轮20转动，从而通过切换输出轴10与输出齿轮20之间的连接，形成过载保护。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，开口弹性环36的开口361位于相邻两个顶齿37之间；或者，开口弹性环36的开口位于其中一个顶齿上。以上两种方案均能让开口弹性环36绕设于输出轴10，并且顶齿37抵接于轴孔21的内圆面22。顶齿37个数为偶数，便于加工。

本发明实施例还提供了一种机器人，包括上述舵机。该舵机与上述各实施例中的舵机具有相同的结构特征，且所起作用相同，此处不赘述。

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。