一种舵机及带有该舵机的机器人关节及机器人的制作方法

1.本发明涉及电传动技术领域，具体是涉及一种舵机及带有该舵机的机器人关节及机器人。


背景技术：

2.舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型及遥控机器人中已经得到了普遍应用。
3.专利号为201520689042.0的中国实用新型专利公开了一种双输出轴机器人专用舵机，舵机外壳安装有电动机，电动机一端设有电动机输出端齿轮；舵机外壳安装有电位器，电位器的一端安装有电位器轴端齿轮；舵机外壳安装有主控芯片；变速齿轮组由轴、从动大齿轮和小齿轮组成，从动大齿轮和小齿轮分别安装在轴上，从动大齿轮与小齿轮之间留有距离，轴通过调心球轴承与舵机外壳相连接；电动机输出端齿轮与从动大齿轮相互啮合。该舵机通过将支撑部分与动力传动部分分开设计并且采用双端输出轴，降低了舵机电机的功率。但是，该舵机应用在机器人关节时容易导致两个关节之间的闭合不够彻底。
4.申请号为zl201910117476.6的中国发明专利申请公开了一种并联式舵机余度角度反馈系统，包括舵机本体、轴承端盖、舵机输出轴、转接齿轮和并联齿轮组，轴承端盖安装在所述舵机本体上，从而与所述舵机本体共同形成外壳载体；转接齿轮包括一体成型的转接齿轮本体和两根转接齿轮轴；该并联齿轮组包括两组角度反馈单元，每组角度反馈单元均包括反馈齿轮、销轴和角度传感器，角度传感器通过销轴与所述反馈齿轮本体固定连接；每个反馈齿轮本体分别与转接齿轮啮合。该舵机中的两反馈齿轮上的两角度传感器通过反馈齿轮采用并联布局的方式，虽然可以保证在一个发生故障的情况下切换，采集另一个角度传感器位置反馈，使电动伺服系统无间隙正常工作，大大提高电动伺服系统可靠性。但是，该舵机采用一个舵机输出轴带动两根转接齿轮轴的技术方案容易导致舵机的体积增大，制造成本增加且通用性较差。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种舵机。该舵机结构简单、设计巧妙、通用性较强且能够满足机器人关节的设计要求。
6.为实现上述目的本发明的第一个技术方案是，一种舵机，包括壳体以及收容在所述壳体内的电机、pcb 电路板、舵机输出轴及齿轮传动机构。所述壳体，包括上壳体、中壳体和下壳体。所述舵机输出轴的数量为两个，分别为第一舵机输出轴和第二舵机输出轴；所述电机的输出轴上固定连接的马达齿；所述马达齿一方面通过所述齿轮传动机构与所述第一舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合，另一方面通过所述齿轮传动机构及所述换向齿与所述第二舵机输出轴上输入齿轮活动啮合或者是所述马达齿一方面通过所述齿轮传动机构与所述第二舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合，另一方面通过所述齿轮传动机构及所述换向齿与所述第一舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合；所述第一舵机输出轴和所述第二舵机输
出轴同步同速且反向转动。
7.所述壳体采用上壳体、中壳体和下壳体的结构设计的有益效果在于，便于所述齿轮传动机构、所述pcb 电路板的装配。
8.优选的是，所述齿轮传动机构，包括一级齿轮组、二级齿轮组、三级齿轮组、四级齿轮组、五级齿轮组；所述马达齿与所述一级齿轮组的上的大齿轮活动啮合，所述一级齿轮组上的小齿轮与所述二级齿轮组上的大齿轮活动啮合；所述二级齿轮组上的小齿轮与所述三级齿轮组上的大齿轮活动啮合，所述三级齿轮组上的小齿轮与所述四级齿轮组上的大齿轮活动啮合；所述四级齿轮组上的小齿轮与所述五级齿轮组上的大齿轮的活动啮合。
9.在上述任一方案中优选的是，所述五级齿轮组的小齿轮一方面通过所述换向齿与所述第一舵机输出轴的输入齿轮活动啮合，另一方面与所述第二舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合。
10.在上述任一方案中可选的是，所述五级齿轮组的小齿轮一方面通过所述换向齿与所述第二舵机输出轴的输入齿轮活动啮合，另一方面与所述第一舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合。
11.在上述任一方案中优选的是，所述一级齿轮组通过第一连接轴可转动地安装在所述壳体内；所述第一连接轴的一端可转动地插入在所述中壳体上的第一凹槽内，另一端可转动地插入在所述上壳体的第二凹槽内。
12.在上述任一方案中优选的是，所述二级齿轮组通过第二连接轴可转动地安装在所述壳体内；所述第二连接轴的一端可转动地插入在所述中壳体上的第三凹槽内，另一端可转动地插入在所述上壳体的第四凹槽内。
13.在上述任一方案中优选的是，所述三级齿轮组通过第三连接轴可转动地安装在所述壳体内；所述第三连接轴的一端可转动地插入在所述中壳体上的第五凹槽内，另一端可转动地插入在所述上壳体的第六凹槽内。
14.在上述任一方案中优选的是，所述换向齿通过第四连接轴可转动地安装在所述壳体内；所述第四连接轴的一端可转动地插入在所述中壳体上的第七凹槽内，另一端可转动地插入在所述上壳体的第八凹槽内。
15.在上述任一方案中优选的是，所述二级齿轮组和所述四级齿轮组通过所述第二连接轴同轴连接。
16.在上述任一方案中优选的是，所述三级齿轮组和所述五级齿轮组通过所述第三连接轴同轴连接。
17.在上述任一方案中优选的是，在所述第一舵机输出轴的上部和下部、所述第二舵机输出轴的上部和下部均套装有轴套。轴套的作用在于提高所述第一舵机输出轴和所述第二输出轴转动的稳定性。
18.在上述任一方案中优选的是，在所述第一舵机输出轴的输出齿轮上和所述第二舵机输出轴上的输出齿轮上均设置有至少一个轴向凹槽，该轴向凹槽为切掉相对应的舵机输出轴上的输出齿轮上的至少一个花键齿形成。在所述第一舵机输出轴和所述第二舵机输出轴上设置轴向凹槽的有益效果是便于在其上安装机器人关节。
19.在上述任一方案中优选的是，在所述中壳体上设置凸出部，在所述凸出部上设置有可容纳所述电机的安装槽；所述安装槽的开口朝向与所述壳体的容纳腔室的开口朝向相
反。此种结构设计的有益效果在于，避免电机和所述齿轮传动机构之间的干涉并且有效保证了所述齿轮传动机构的传递稳定性。
20.本发明的第二目的在于提供一种机器人关节，该机器人关节包括舵机，所述舵机采用本发明中任一项的所述舵机。
21.本发明的第三个目的在于提供一种机器人，该机器人具有本发明中的机器人关节。
22.与现有技术相比本发明的优点在于，通过齿轮传动机构和换向齿实现带动两个舵机输出轴同步同速且反向转动。该舵机应用到机器人关节可缩小机器人关节的闭合角度。
附图说明
23.图1为按照本发明的舵机一优选实施例的立体结构示意图。
24.图2为按照本发明的舵机图1所示实施例的立体装配图。
25.图3为按照本发明的舵机图2所示实施例中齿轮传动机构的立体结构示意图。
26.图4为按照本发明的舵机图1所示实施例的主视结构示意图。
27.图5为按照本发明的舵机图1所示实施例的后视结构示意图。
28.图6为按照本发明的舵机图2所示实施例中上壳体的后视结构示意图。
29.图7为按照本发明的舵机图2所示实施例中中壳体的后视结构示意图。
30.图8为按照本发明的舵机图2所示实施例中中壳体立体结构示意图。
31.图中附图标记为：壳体1、电机2、pcb电路板3、第一舵机输出轴4、第二舵机输出轴5、齿轮传动机构6、第一连接轴7、第二连接轴8、第三连接轴9、第四连接轴10、上壳体11、中壳体12、下壳体13、轴套14、轴向凹槽15、第一凹槽16、凸出部17、第二凹槽18、容纳腔室19、安装槽20、第三凹槽21、第四凹槽22、圆弧形切面23、第七凹槽24、第六凹槽25、第五凹槽27、第八凹槽28、电位器29、第五连接轴30、圆孔31、圆形通孔32、圆形凹槽33、马达齿61、换向齿62、一级齿轮组63、二级齿轮组64、三级齿轮组65、四级齿轮组66、五级齿轮组67。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步阐述说明。
33.在本发明的描述中需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“轴向”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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例1：
36.如图1-8所示，一种舵机，包括壳体1以及收容在壳体1内的电机2、pcb电路板3、舵机输出轴及齿轮传动机构6。在pcb电路板3上电性连接有电位器29。壳体1，包括上壳体11、中壳体12和下壳体13。在本实施例中，所述舵机输出轴的数量为两个，分别为第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5。电机2的输出轴上固定连接的马达齿61。马达齿61一方面通过齿轮传动机构6与第一舵机输出轴4上的输入齿轮活动啮合，另一方面通过齿轮传动机构6及换向齿62与第二舵机输出轴5上输入齿轮活动啮合。或者是马达齿61一方面通过齿轮传动机构6与第二舵机输出轴5上的输入齿轮活动啮合，另一方面通过齿轮传动机构6及换向齿62与第一舵机输出轴4上的输入齿轮活动啮合。第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5 同步同速且反向转动。
37.实施例2：
38.如图1-7所示，一种舵机，包括壳体1以及收容在壳体1内的电机2、pcb电路板3、舵机输出轴及齿轮传动机构6。在本实施例中，齿轮传动机构6包括一级齿轮组63、二级齿轮组64、三级齿轮组65、四级齿轮组66、五级齿轮组67。在pcb电路板3上电性连接有电位器29。所述舵机输出轴的数量为两个，分别为第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5。在电机2的输出轴上固定连接的马达齿61。马达齿61与齿轮传动机构6的一级齿轮组63的上的大齿轮活动啮合，一级齿轮组63上的小齿轮与二级齿轮组64上的大齿轮活动啮合。二级齿轮组64上的小齿轮与三级齿轮组65上的大齿轮活动啮合，三级齿轮组65上的小齿轮与四级齿轮组66上的大齿轮活动啮合。四级齿轮组66上的小齿轮与五级齿轮组67上的大齿轮的活动啮合。五级齿轮组67的小齿轮一方面通过换向齿62与第一舵机输出轴4的输入齿轮活动啮合，另一方面与第二舵机输出轴上的输入齿轮活动啮合。或者是，五级齿轮组67的小齿轮一方面通过换向齿62 与第二舵机输出轴5的输入齿轮活动啮合，另一方面与第一舵机输出轴4上的输入齿轮活动啮合。电机2 的输出轴转动带动马达齿61输出的动力通过齿轮传动机构6内的六级减速后驱动第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5同步同速且反向转动。所述电机2的输出轴与第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5相互平行设置。
39.壳体1，包括上壳体11、中壳体12和下壳体13。采用分体式壳体1的技术方案的优点是便于所述齿轮传动机构、所述pcb电路板的装配。上壳体11可嵌合地扣接在中壳体12的顶部。下壳体13可嵌合地扣接在中壳体12的底部。壳体1采用金属材料或工程塑料制成。在上壳体11上设置有上开设有两个允许第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5的输出齿轮穿过的圆形通孔32。在中壳体12上设置有两个允许第一舵机输出轴4和第二舵机输出轴5的输入齿轮穿过的圆孔31。在下壳体13上设置有与圆孔31相互对应的圆形凹槽33。在上壳体11的四个顶角上设置有连接孔。同样，在中壳体12的顶部四个顶角上设置有与所述连接孔相互对应的通槽。在所述连接孔上可旋合连接有螺栓或螺钉。上壳体11通过所述螺栓或所述螺钉与中壳体12固定连接。在下壳体13的底部四个顶角上设置有连接通孔。同样，在中壳体12的底部四个顶角上设置有与所述连接通孔相互对应的连接凹槽。在所述连接通孔上可旋合的连接有螺栓或螺钉。下壳体13通过所述连接通孔内的螺栓或螺钉与中壳体12固定连接。
40.pcb电路板3固定安装在中壳体12和下壳体13之间。齿轮传动机构6处于上壳体11和中壳体12之间的容纳腔室19内。在第二舵机输出轴5的底部可拆卸地插入有第五连接轴30。具体是，在第二舵机输出轴5的底部开设有插槽。第五连接轴30的一端可拆卸地插入在所述插槽内，另一端可拆卸地固定插入在电位器29的凹槽内。第二舵机输出轴5转动带动第
五连接轴30转动继而带动电位器29的可动臂转动。或者是，在第一舵机输出轴4的底部可拆卸地插入有第五连接轴30。具体是，在第一舵机输出轴4的底部开设有插槽。第五连接轴30的一端可拆卸地插入在所述插槽内，另一端可拆卸地固定插入在电位器29的凹槽内。第二舵机输出轴5转动带动第五连接轴30转动继而带动电位器29的可动臂转动。第一舵机输出轴4转动带动第五连接轴30转动继而带动电位器29的所述可动臂转动。
41.在中壳体12上设置凸出部17。在凸出部17的侧壁上设置有圆弧形切面23。圆弧形切面23的设置便于齿轮传动机构6的安装。在凸出部17上设置有可容纳电机2的安装槽20。安装槽20的开口朝向与壳体 1的容纳腔室19的开口朝向相反。在本实施例中，一级齿轮组63通过第一连接轴7可转动地安装在壳体 1内。具体是，第一连接轴7的一端可转动地插入在中壳体12上的第一凹槽16内，另一端可转动地插入在上壳体11的第二凹槽18内。第一凹槽16设置在中壳体12上的第一凸台上。在本实施例中，所述第一凸台设置在凸出部17的端面上。第二凹槽18设置在上壳体11的第二凸台上。二级齿轮组64通过第二连接轴8可转动地安装在壳体1内。具体是，第二连接轴8的一端可转动地插入在中壳体12上的第三凹槽 21内，另一端可转动地插入在上壳体11的第四凹槽22内。第三凹槽21设置在中壳体12上的第三凸台上。第四凹槽22设置在上壳体11上的第四凸台上。第三级齿轮组65通过第三连接轴9可转动地安装在壳体1 内。具体是，第三连接轴9的一端可转动地插入在中壳体12上的第五凹槽27内，另一端可转动地插入在上壳体11的第六凹槽25内。第五凹槽27设置在中壳体12的第五凸台上。第六凹槽25设置在上壳体11 的第六凸台上。换向齿62通过第四连接轴10可转动地安装在壳体1内。具体是，第四连接轴10的一端可转动地插入在中壳体12上的第七凹槽24内，另一端可活动地插入在上壳体11的第八凹槽28内。第七凹槽24设置在中壳体12的第七凸台上。第八凹槽28设置在上壳体11的第八凸台上。二级齿轮组64和四级齿轮组66通过第二连接轴8同轴连接。所述三级齿轮组65和五级齿轮组67通过第三连接轴9同轴连接。第一连接轴7，第二连接轴8、第三连接轴9及第四连接轴10相互平行。在第一舵机输出轴4的上部和下部、第二舵机输出轴5的上部和下部均套装有轴套14。轴套14的数量为四个且均采用金属铜材料制成。
42.实施例3：
43.如图1-8所示，在本实施例中与实施例1或实施例2所不同的是，在第一舵机输出轴4的输出齿轮上和第二舵机输出轴5上的输出齿轮上设置有至少一个轴向凹槽15，该轴向凹槽15为切掉所述输出齿轮上的至少一个花键齿形成。此种结构设计的优点在于便于在舵机的输轴上安装舵盘。
44.实施例4：
45.如图1-8所示，一种机器人关节，该关节采用上述任一实施例中的舵机。
46.实施例5：
47.如图1-8所示，一种机器人，该机器人具有实施例4中的所述机器人关节。
48.以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
49.阅读了本说明书后，本领域技术人员不难看出，本发明由现有技术的结合构成，这些构成发明的各部分的现有技术有些在此给予了详细描述，有些则出于说明书简明考虑并
未事无巨细地赘述，但本领域技术人员阅读了说明书后便知所云。而且本领域技术人员也不难看出，为构成本发明而对这些现有技术的结合是饱含大量创造性劳动，是发明人多年理论分析和大量实验的结晶。本领域技术人员同样可以从说明书中看出，这里所披露的每个技术方案以及各个特征的任意组合都属于本发明的一部分。