舵机及机器人的制作方法

本发明属于舵机技术领域，更具体地说，是涉及舵机及机器人。

背景技术：

舵机是机器人动力输出的核心元器件，其通常包括壳体、电机、减速器等部件。现有的舵机中电机置于舵机壳体内，电机输出轴通过花键、齿轮与减速器齿接，这种结构的舵机由于电机和减速器分离设置，因此舵机整体体积较大，不利于舵机体积、重量的小型化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供舵机及机器人，以解决现有舵机整体体积较大的技术问题。

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；

安装于所述壳体的电机组件，其包括穿设于所述壳体的电机输出轴，所述电机输出轴为空心轴；

谐波减速器，其包括柔轮、固定于所述电机输出轴的一端的波发生器、及具有内齿圈的刚轮，所述柔轮包括筒状部及于所述筒状部的一端边缘延伸形成的环形部，所述筒状部套接于所述波发生器的外部，所述筒状部的外侧面设有与所述内齿圈相啮合的外齿圈；

用于将输出部件支承于固定部件的第一轴承，以所述柔轮作为固定部件并以所述刚轮作为输出部件，或者以所述刚轮作为固定部件并以所述柔轮作为输出部件；

固定于所述输出部件的支柱，所述支柱穿设于所述电机输出轴；

设于所述支柱远离所述输出部件的一端的第一传感组件；以及

控制电路板，所述控制电路板上设置有与所述第一传感组件配合的第一感应芯片。

进一步地，所述电机组件包括定子组件及转子组件，所述定子组件包括设于所述壳体内的定子、及用于将所述定子固定于所述壳体的固定环，所述转子组件包括穿设于所述定子的转子，所述转子与所述电机输出轴同步转动连接；所述转子包括底座及均匀安装于所述底座的外侧面的若干磁铁。

进一步地，所述转子组件还包括固定于所述转子的转接环，所述转接环穿设于所述底座。

进一步地，所述第一传感组件包括固定于所述支柱的端部的第一磁铁，所述第一感应芯片用于检测所述第一磁铁的磁场变化。

进一步地，还包括设于所述电机输出轴远离所述输出部件的一端的第二传感组件；所述控制电路板上设有与所述第二传感组件配合的第二感应芯片。

进一步地，所述第二传感组件包括固定于所述电机输出轴远离于所述谐波减速器的一端的磁铁座、及安装于所述磁铁座上的第二磁铁，所述控制电路板与所述第二磁铁相间隔设置，所述第二感应芯片用于检测所述第二磁铁的磁场变化。

进一步地，所述壳体包括具有贯通槽的中壳、连接于所述中壳的其中一端的第一盖体、及连接于所述中壳远离于所述谐波减速器处的第二盖体，所述第一盖体开设有第一穿孔，所述第二盖体开设有第二穿孔，所述电机输出轴穿设于所述第一穿孔与所述第二穿孔。

进一步地，在以所述柔轮作为固定部件、以所述刚轮作为输出部件时，所述环形部固定于所述壳体，所述第一轴承的内圈固定于所述刚轮，所述第一轴承的外圈固定于所述环形部。

进一步地，所述刚轮固定有输出座，所述支柱固定于所述输出座的内侧面。

进一步地，所述第一盖体的第一穿孔处设有用于支承所述电机输出轴的第二轴承，所述输出座设有用于支承所述波发生器的第三轴承。

进一步地，所述第三轴承的高度小于所述波发生器的高度。

进一步地，在以所述刚轮作为固定部件、以所述柔轮作为输出部件时，所述刚轮固定于所述壳体，所述环形部固定于所述第一轴承的内圈，所述第一轴承的外圈固定于所述壳体。

进一步地，所述环形部固定有转接盘，所述支柱的一端固定于所述转接盘。

进一步地，所述电机输出轴内设有用于支承所述支柱的底部的支承轴承。

进一步地，所述第一盖体的第一穿孔处设有用于支承所述电机输出轴的第二轴承；所述第二盖体的第二穿孔处设有用于支承所述电机输出轴的第三轴承。

进一步地，所述壳体还包括设于所述中壳背离于所述第一盖体的一端的第三盖体，所述第三盖体设有凹槽，所述凹槽内设有第四轴承。

本发明提供一种机器人，包括上述的舵机。

本发明相对于现有技术的技术效果是：电机组件安装于壳体，电机组件的电机输出轴穿设于壳体，电机输出轴端部连接于谐波减速器的波发生器，刚轮的内齿圈与柔轮的外齿圈啮合。第一轴承将输出部件支承于固定部件。工作时，电机输出轴带动波发生器高速转动，波发生器使得柔轮产生柔性变形，柔轮与刚轮啮合传动，通过输出部件输出动力，作低速转动。输出部件固定有支柱，支柱穿设于空心的电机输出轴。支柱的一端设有第一传感组件，配合控制电路板的第一感应芯片以检测输出部件的转角。舵机结构紧凑、体积小，有利于降低舵机及机器人的体积、重量。

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性的前提下，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舵机的主视图；

图2为图1的舵机的沿a-a线的剖视图；

图3为图1的舵机中应用的转子的立体结构图；

图4为本发明另一实施例提供的舵机的主视图；

图5为图4的舵机的沿b-b线的剖视图。

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。

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。

请一并参阅图1、图2，先对本发明提供的舵机进行说明。舵机包括壳体10、电机组件20、谐波减速器30、第一轴承41、支柱71、第一传感组件50、控制电路板60。电机组件20安装于壳体10，电机组件20包括穿设于壳体10的电机输出轴21，电机输出轴21为空心轴；谐波减速器30包括固定于电机输出轴21的一端的波发生器31、柔轮32、及具有内齿圈的刚轮33，柔轮32包括筒状部321及于筒状部321的一端边缘延伸形成的环形部322，筒状部321套接于波发生器31的外部，筒状部321的外侧面设有与内齿圈相啮合的外齿圈；第一轴承41用于将输出部件支承于固定部件。以柔轮32作为固定部件并以刚轮33作为输出部件(如图1、图2所示)，或者以刚轮33作为固定部件并以柔轮32作为输出部件(如图4、图5所示)。

工作时，电机输出轴21带动波发生器31高速转动，波发生器31使得柔轮32产生柔性变形，柔轮32与刚轮33啮合传动，通过输出部件输出动力，作低速转动。舵机结构紧凑、体积小，有利于降低舵机及机器人的体积、重量。

波发生器31为径向长度不同的凸轮，凸轮外设有滚动轴承。筒状部321套接于波发生器31的外部，波发生器31转动会使柔轮32产生柔性变形。

第一轴承41为交叉滚子轴承，交叉滚子轴承是一种内圈分割、外圈旋转的轴承，刚性大，轴承间隙可调整，能获得高精度旋转运动。

支柱71固定于输出部件，支柱71与输出部件同轴设置，支柱71外径小于电机输出轴21内径，支柱71穿设于电机输出轴21。

第一传感组件50设于支柱71远离输出部件的一端，控制电路板60上设置有与第一传感组件50配合的第一感应芯片62，以检测输出部件的转角。

控制电路板60设于壳体10，便于装配，结构紧凑。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，电机组件20包括定子组件22及转子组件23，定子组件22包括设于壳体10内的定子221、及用于将定子221固定于壳体10的固定环222。定子221上绕有线圈，线圈在通电时产生变化电磁场。固定环222设于壳体10内远离于谐波减速器30处。固定环222通过紧固件固定于壳体10，容易装配。

请参阅图3，转子组件23包括穿设于定子221的转子231，转子231与电机输出轴21同步转动连接；转子231包括底座2311及均匀安装于底座2311的外侧面的若干磁铁2312。转子231呈中空的柱状结构。底座2311的外侧面开设有若干安装位，磁铁2312对应固定于各个安装位。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，转子组件23还包括固定于转子231的转接环232，转接环232穿设于底座2311。转接环232为中空结构，转接环232固定套接于电机输出轴21，与电机输出轴21同步转动，转接环232穿设于固定环222，容易装配。转接环232具有用于使转子231轴向限位的限位凸缘2325。

进一步地，请参阅图2、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，第一传感组件50包括固定于支柱71的端部的第一磁铁53，第一感应芯片62用于检测第一磁铁53的磁场变化。该结构紧凑，容易装配。第一磁铁53与第一感应芯片62配合，检测第一磁铁53的磁场变化，进而可以准确检测舵机输出部件的输出角度。

进一步地，请参阅图2、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，还包括设于电机输出轴21远离输出部件的一端的第二传感组件50a；控制电路板60上设有与第二传感组件50a配合的第二感应芯片61。通过第二传感组件50a与第二感应芯片61配合检测转子231的转动角度，调整定子221线圈中电流以驱动转子231保持转动。

进一步地，请参阅图2、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，第二传感组件50a包括固定于电机输出轴21远离于谐波减速器30的一端的磁铁座51、及安装于磁铁座51上的第二磁铁52，控制电路板60与第二磁铁52相间隔设置，第二感应芯片61用于检测第二磁铁52的磁场变化。第二磁铁52与第二感应芯片61配合，检测第二磁铁52的磁场变化，进而判断电机输出轴21的旋转角度。控制电路板60连接于定子221上的线圈，舵机上电后，定子221产生变化电磁场，转子231在电磁场中受力的作用发生转动，带动电机输出轴21转动。控制电路板60通过第二磁铁52及第二感应芯片61检测转子231的转动角度，调整定子221线圈中电流以驱动转子231保持转动。传感组件还可以是其他类型的用于检测旋转角度的传感器，如光栅编码器、电感编码器。光栅编码器安装时将码盘固定在电机输出轴上，码盘上周向分布有过孔，信号收发装置安装在控制电路板上。光源与受光元件分布于码盘的两侧。光源的光线经过透镜穿过码盘的过孔，由两个受光元件接收，经过信号处理，实现电机输出轴旋转角度的检测。第二磁铁52与第一磁铁53相靠近设置，分别与控制电路板60第二感应芯片61、第一感应芯片62配合，控制电路与编码器电路集成于一体，实现角度检测，整体结构紧凑。

请参阅图2，转接环232包括用安装磁铁座51的第一段2321、穿设于固定环222的第二段2322、用于安装转子231的第三段2323，第一段2321、第二段2322、第三段2323依次相连接，限位台阶2324位于第一段2321与第二段2322之间且用于对磁铁座51轴向限位，限位凸缘2325位于第二段2322与第三段2323之间且用于对转子231轴向限位。该结构容易成型，便于相关部件的装配。

进一步地，请参阅图2、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，壳体10包括具有贯通槽的中壳11、连接于中壳11的其中一端的第一盖体12、及连接于中壳11远离于谐波减速器30处的第二盖体13，第一盖体12开设有第一穿孔121，第二盖体13开设有第二穿孔131，电机输出轴21穿设于第一穿孔121与第二穿孔131。该结构容易装配。第一盖体12可以装配于中壳11的其中一端，或者，中壳11与第一盖体12为一体成型结构。第二盖体13盖合在中壳11远离于谐波减速器30的端部，容易装配，能对电机组件20防尘。第二盖体13通过紧固件固定于中壳11。为了方便安装，第二盖体13可以为若干扇环形结构，也可以为圆环状的整体。

进一步地，请参阅图1、图2，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，在以柔轮32作为固定部件、以刚轮33作为输出部件时，环形部322固定于壳体10，第一轴承41的内圈411固定于刚轮33，第一轴承41的外圈412固定于环形部322。通过刚轮33输出动力，作低速转动。

进一步地，请参阅图1、图2，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，在以柔轮32作为固定部件、以刚轮33作为输出部件时，刚轮33固定有输出座72，支柱71固定于输出座72的内侧面。通过输出座72输出动力。支柱71通过紧固件固定于输出座72，支柱71整体呈悬垂状态。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，在以柔轮32作为固定部件、以刚轮33作为输出部件时，第一盖体12的第一穿孔121处设有用于支承电机输出轴21的第二轴承42，输出座72设有用于支承波发生器31的第三轴承43；该结构将电机输出轴21支承于壳体10，能降低电机输出轴21与外部的摩擦力，提高效率。第一盖体12的第一穿孔121处设有用于放置第二轴承42的第一放置位122，电机输出轴21具有用于对第二轴承42轴向限位的限位台阶，转接环232的端部轴向抵接于第二轴承42。输出座72的内侧面设有用于安装第三轴承43的第二安装位721，波发生器31安装第三轴承43上。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，第三轴承43的高度小于波发生器31的高度。第三轴承43完全没入波发生器31的内部，减少了舵机的轴向长度，有利于结构紧凑。电机输出轴21的一端穿出于壳体10，波发生器31固定于电机输出轴21穿出于壳体10的一端。该结构便于谐波减速器30的装配。

筒状部321的一端边缘向外延伸形成有环形部322，第一轴承41设于筒状部321的外部，该结构紧凑，占用空间小。环形部322固定于第一盖体12。通过紧固件同时将第一轴承41的外圈412、柔轮32的环形部322与壳体10固定连接在一起，容易装配。

谐波减速器30设于第一盖体12与输出座72之间，整体结构紧凑。电机输出轴21的端部具有安装盘，安装盘通过紧固件固定于波发生器31。

输出座72与刚轮33之间设有垫圈80，柔轮32的环形部322与第一盖体12之间设有垫圈80。垫圈80能提高减速器的密闭性。

进一步地，请参阅图4、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，在以刚轮33作为固定部件、以柔轮32作为输出部件时，刚轮33间接固定于壳体10，环形部322固定于第一轴承41的内圈411，第一轴承41的外圈412固定于壳体10。通过柔轮32输出动力，作低速转动。具体地，刚轮33固定于前壳14，前壳14通过螺丝固定于壳体10。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，环形部322固定有转接盘73，支柱71的一端固定于转接盘73，实现环形部322连接于支柱71。转接盘73通过紧固件固定于第一轴承41的内圈411，容易装配。

进一步地，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，电机输出轴21内设有用于支承支柱71的底部的支承轴承74。实现了对支柱71的两端支撑，舵机工作过程中支柱71转动更稳定，降低了因支柱71摆动产生的角度检测误差。

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，在以刚轮33作为固定部件、以柔轮32作为输出部件时，第一盖体12的第一穿孔121处设有用于支承电机输出轴21的第二轴承42；第二盖体13的第二穿孔131处设有用于支承电机输出轴21的第三轴承43。该结构将电机输出轴21支承于壳体10，能降低电机输出轴21与外部的摩擦力，提高效率。第一盖体12的第一穿孔121处设有用于放置第二轴承42的第一放置位122，电机输出轴21具有用于对第二轴承42轴向限位的限位台阶。第二盖体13的第二穿孔131处设有用于放置第三轴承43的第三放置位132，电机输出轴21具有用于对第三轴承43轴向限位的限位台阶。

第一盖体12处固定有前壳14，谐波减速器30设于前壳14内。筒状部321的一端边缘向内延伸形成有环形部322。第一轴承41位于前壳14远离于中壳11的端部，刚轮33与第一轴承41的外圈412分别固定于前壳14的两端部。该结构容易装配，结构紧凑，占用空间小。柔轮32的环形部322固定连接于第一轴承41内圈411，通过第一轴承41内圈411输出动力。

进一步地，请参阅图2、图5，作为本发明提供的舵机的一种具体实施方式，壳体10还包括设于中壳11背离于第一盖体12的一端的第三盖体15，第三盖体15设有凹槽151，凹槽151内设有第四轴承44。该结构能进一步降低了舵机体积。请参阅图2，舵机工作时，以输出座72和第四轴承44内圈作为支点，实现转动。请参阅图5，舵机工作时，以第一轴承41内圈411和第四轴承44内圈作为支点，实现转动。

本发明还提供一种机器人，包括上述任一实施例的舵机。电机组件20安装于壳体10，电机组件20的电机输出轴21穿设于壳体10，电机输出轴21端部连接于谐波减速器30的波发生器31，刚轮33的内齿圈与柔轮32的外齿圈啮合。第一轴承41将输出部件支承于固定部件。以柔轮32作为固定部件、刚轮33作为输出部件，或者以刚轮33作为固定部件、柔轮32作为输出部件。工作时，电机输出轴21带动波发生器31高速转动，波发生器31使得柔轮32产生柔性变形，柔轮32与刚轮33啮合传动，通过输出部件输出动力，作低速转动。输出部件固定有支柱71，支柱71穿设于空心的电机输出轴21。支柱71的一端设有第一传感组件50，配合控制电路板的第一感应芯片61以检测输出部件的转角。舵机结构紧凑、体积小，有利于降低舵机及机器人的体积、重量。

以上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。