机器人及其舵机、过载保护结构的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其提供一种机器人及其舵机、过载保护结构。

背景技术：

在智能机器人关节微型伺服舵机传动系统中，一般都是通过多级齿轮减速，将电机的高转速低转矩，转变为低转速高转矩，以达到驱动机器人关节的目的。伺服舵机在某个关节上承受的力矩是有一定范围的，当负载力矩超过规定的值或负载完全让舵机堵转，舵机就需要能够自我保护，以避免舵机过载堵转造成电机烧坏或结构件的损坏。

现有舵机一般是通过检测电机的电流超过预设值来断电保护舵机。但是当关节伺服舵机在使用过程中遇到瞬间冲击过载时，通过上述保护机制则不能很好地保护舵机，因为舵机从检测到电流上升再作出响应需要一定的时间，而瞬间冲击时间极短的，等舵机做出响应，舵机结构件早已因瞬时冲击而损坏。所以迫切需要从结构上进行改进，以消除这种瞬时冲击造成的损坏。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种舵机过载保护结构，旨在解决现有技术中舵机在遇到瞬间冲击受到损坏的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种舵机过载保护结构，包括第一齿轮以及与所述第一齿轮同轴连接的第二齿轮，还包括设于所述第一齿轮与所述第二齿轮之间的离合结构，所述离合结构包括套设于所述第一齿轮上的弹片以及设于所述第二齿轮上的用于容纳所述弹片的容纳腔，所述弹片外边缘相对所述容纳腔的中心对称设置至少一组第一凸起，所述容纳腔内壁对称设有可供所述至少一组第一凸起配合卡入的至少一组凹陷，每个凹陷的一侧设有朝向所述容纳腔中心方向凸起的第二凸起。

进一步地，每组第一凸起的数量为两个，每组凹陷的数量为两个，每组两个所述第一凸起及每组两个所述凹陷均以所述容纳腔的中心对称设置，每组对称设置的两第一凸起之间的距离大于位于每组对称设置的两凹陷中同一侧的两所述第二凸起之间的距离。

进一步地，各所述凹陷的内壁向远离所述容纳腔中心方向凸起以相对所述容纳腔的中心形成凹陷，各所述第二凸起朝向所述容纳腔中心方向凸起以在所述第一凸起滑出所述凹陷时抵顶所述第一凸起，所述第一凸起的外壁面、所述凹陷的内壁面以及所述第二凸起的外壁面均为圆弧面。

进一步地，每个所述第一凸起的两侧对称设有朝向所述容纳腔中心凸起的过渡台面。

进一步地，所述凹陷与所述第二凸起的数量相对应，每一凹陷和每一第二凸起沿容纳腔内壁交替均匀设置。

进一步地，所述弹片中心设有与所述第一齿轮配合安装的中心孔，在所述中心孔两侧还对称设有两镂空槽，两所述镂空槽分别位于各所述第一凸起内侧且围绕所述第一齿轮，且各所述镂空槽呈向外凸的弯折状，其外凸方向与所述第一凸起方向一致。

进一步地，所述第一齿轮包括连接部以及位于所述连接部一端的齿形部，所述第二齿轮上设有与所述容纳腔连通的安装孔，所述连接部穿过所述容纳腔固定于所述安装孔内，所述弹片的中心孔套设固定于所述连接部上。

进一步地，所述安装孔呈台阶状，所述连接部通过设于所述安装孔处的轴套固定。

本实用新型还提供了一种舵机，包括壳体以及设于所述壳体内的多级齿轮传动机构，所述多级齿轮传动结构中具有上述的舵机过载保护结构。

本实用新型还提供了一种机器人，包括舵机，所述舵机为上述的舵机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的过载保护结构中，第一齿轮上的弹片卡设于第二齿轮的容纳腔内，当第一齿轮与第二齿轮之间传递的扭矩在预设范围内时，第一齿轮与第二齿轮同轴转动，当其中第二齿轮遇到外部阻力停止转动时，第一齿轮与第二齿轮之间的扭矩不断增加，第一齿轮的弹片发生形变于容纳腔内滑动，弹片上的第一凸起脱离凹陷，弹片停止转动，第一齿轮发生打滑现象继续空转，从而切断二齿轮之间的动力传输，避免两齿轮及与两齿轮动力连接的其他零件在扭矩与外阻力作用下受到损坏，形成可靠的过载保护；上述过载保护结构应用于机器人时，适用于电机正向驱动时的堵转保护和舵机反向驱动时的过载保护，尤其当机器人关节外上的负载力矩突然增大或机器人摔倒瞬间产生的冲击都容易造成舵机结构的损坏，而上述的过载保护机构能够有效避免瞬时冲击造成的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构的正视图；

图3为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构中弹片的正视图；

图4为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构中弹片的立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构中弹片与容纳腔脱离时的结构示意图；

图6为图2中A-A剖视图；

图7为本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构的分解示意图；

图8为本实用新型实施例提供的舵机结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的舵机分解示意图；

其中，图中各附图标记：

10-第一齿轮；11-连接部；12-齿形部；20-第二齿轮；21-容纳腔；22-凹陷；23-第二凸起；25-安装孔；30-弹片；31-第一凸起；32-过渡台面；33-中心孔；34-镂空槽；40-轴套；50-舵机；51-壳体；52-多级齿轮传动机构。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

请参考图1至图7，本实用新型实施例提供的舵机过载保护结构，包括第一齿轮10、与第一齿轮10同轴连接的第二齿轮20，还包括设于第一齿轮10与第二齿轮20之间的离合结构。具体地，离合结构包括套设于第一齿轮10上的弹片30以及设于第二齿轮20上的用于容纳弹片30的容纳腔21，弹片30外边缘相对容纳腔21的中心对称设置至少一组第一凸起31，容纳腔21内壁对称设有可供至少一组第一凸起31配合卡入的至少一组凹陷22。

本实用新型实施例中，第一齿轮10上的弹片30固定于第一齿轮10上，并容纳于第二齿轮20的容纳腔21内，当第一齿轮10与第二齿轮20之间传递的扭矩在预设范围内时，第一齿轮10连同弹片30与第二齿轮20同轴转动，以输出与电机控制信号相对应的驱动力。当第一齿轮10与第二齿轮20之间传递的扭矩因电机瞬间电流冲击过大、舵机输出轴受外界负载力过大或机器人瞬间跌倒等任意一种瞬间冲击的情况而超出预设扭矩范围时，弹片30连同第一齿轮10与第二齿轮20之间产生相互作用力，弹片30的第一凸起31在径向上被压缩，并形变于容纳腔21内滑动，弹片30连同第一齿轮10一同相对第二齿轮20发生空转，从而切断二齿轮之间的动力传输，避免两齿轮及与两齿轮动力连接的其他零件在扭矩与大负载力作用下受到损坏，形成可靠的过载保护。

进一步地，参照图2至图5，弹片30整体呈圆片状，其中心设有中心孔33用于与第一齿轮10配合安装，每组第一凸起31的数量为两个，两第一凸起31以中心孔33为中心对称设置。每组凹陷22的数量与每组第一凸起31的数量对应，也为两个。每组凹陷22中两个凹陷22以容纳腔的中心对称设置，每个凹陷22的一侧设有一第二凸起23，每个第二凸起23位于每个凹陷22圆周方向的同一侧。容纳腔21为圆形结构，以顺时针为参考，本实施例中，每个第二凸起23均位于对应凹陷22的右侧。

进一步地，参照图2、图5，各凹陷22的内壁向远离容纳腔21中心方向凸起以相对容纳腔21的中心形成凹陷，各第二凸起23朝向容纳腔21中心方向凸起以在第一凸起31滑出凹陷22时抵顶第一凸起31，第一凸起31的外壁面、凹陷22的内壁面以及第二凸起23的外壁面均为圆弧面，如此，方便弹片30形变时在容纳腔21内转动。弹片30置于容纳腔21时，弹片30上对称设置的两第一凸起31分别与容纳腔21内的一组凹陷22中对称设置的两凹陷22对应装配。当第一齿轮10与第二齿轮20之间的扭矩增加超过预设范围时，弹片30发生形变于容纳腔21内滑动，第一齿轮10与第二齿轮20之间相对转动，弹片30上的第一凸起31的位置由凹陷22转动至第二凸起23，第一凸起31受第二凸起23的挤压而变形并继续转动，导致弹片30连同第一齿轮10空转，从而切断二齿轮之间的动力传输。

如图3所示，设每组对称设置的两第一凸起31之间的距离为L1，如图5所示，设每组对称设置的两凹陷22中同一侧的对称设置的两第二凸起23之间的距离为L2，自然状态下，L1＞L2。当第一齿轮10与第二齿轮20之间传递的力矩大于预设范围时，第一齿轮10与弹片30组成的紧固件与第二齿轮20之间产生相互力的作用，弹片30的两第一凸起31在径向L2方向上被压缩，弹片30的两第一凸起31分别与两凹陷22之间相对滑动，发生打滑现象，弹片30连同第一齿轮10发生空转，即形成过载保护，从而避免力矩过大而导致第一齿轮10、第二齿轮20及与二者连接其他元件受损。

进一步地，参照图3、图4，各第一凸起31的两侧对称设有朝向中心孔方向凸起的过渡台面32。在第一凸起31两侧设置过渡台面32，一方面有利于弹片30在径向受力变形；另一方面，在一定的压缩量下，弹片30的弹力能控制在较小的范围内，利于打滑力矩的一致性。

本实施例中，第一凸起31为一组，即为两个，对称设置，而凹陷22与第二凸起23的数量相对应，优选为六组，即凹陷22和第二凸起23的数量各有十二个。每一凹陷22和每一第二凸起23沿容纳腔21内壁交替均匀设置。这样，在装配时，弹片30可以任意固定在对称设置的两凹陷22之间，而不需进行特定角度的对位，使装配更简单快捷。当然，凹陷22和第二凸起23的数量可也可以为两组、三组、四组、五组或七组等等，根据实际需要进行设定。

参照图3，弹片30上且位于中心孔33两侧对称设有两镂空槽34，两镂空槽34分别位于各第一凸起31内侧并围绕第一齿轮10，且各镂空槽34呈向外凸的弯折状，其外凸方向与外侧的第一凸起31方向一致。设置上述形状的两镂空槽34，整体上使弹片30质量变轻，弹力更好，且在径向上更易变形。

参照图7，本实施例中，第一齿轮10包括连接部11以及位于连接部11一端的齿形部12，齿形部12上设置齿轮用于与外部动力连接，第二齿轮20上设有与容纳腔21连通的安装孔25，连接部11穿过容纳腔21固定于安装孔25内，弹片30的中心孔33套设固定于连接部11上。

具体地，弹片30的中心孔33截面呈键槽形，连接部11截面形状与安装孔25截面形状匹配。采用这种结构，实现弹片30与连接部11之间的固定连接，避免二者之间发生相对转动。

参照图6、图7，本实施例中，第一齿轮10的连接部11穿过弹片30伸入安装孔25后通过位于连接部11外围的轴套40实现轴向固定。安装孔25呈台阶状，轴套40与安装孔25形状、大小相匹配，轴套40安装于安装孔25内，且第一齿轮10的连接部11伸入轴套40内。在装配时，先将第一齿轮10与第二齿轮20装配到位，再通过专用治具将轴套40沿安装孔25轴向固定，实现轴套40与安装孔25及连接部11的固定。

参照图8、图9，本实用新型实施例还提供了一种舵机50，其包括壳体51以及设于壳体51内的多级齿轮传动机构52，多级齿轮传动结构52中具有上述的舵机过载保护结构。

本实用新型实施例还提供了一种机器人(未图示)，包括具有上述过载保护结构的舵机50。上述过载保护结构，适用于电机正向驱动时的堵转保护和舵机反向驱动时的过载保护，尤其当机器人关节外上的负载力矩突然增大或机器人摔倒瞬间产生的冲击都容易造成舵机结构的损坏，而上述的过载保护机构能够有效避免瞬时冲击造成的损伤。

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