本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种伺服电机装置及机器人。
背景技术
随着机器人行业的快速发展，国内最近主要的研究类型包括：小型机器人、模块化机器人和组件式机器人。在这些机器人产品中，均应用到了伺服电机装置。
但是，现有的伺服电机装置的工作原理为：由直流或交流电机传动，用机械碰撞限位，微动开关控制停止，使其达到所需转动角度后停止。由于采用机械碰撞限位，所以，现有的伺服电机装置输出的转动角度受限，一般输出45°、60°或者90°的转动角度。因此，如何解决现有的伺服电机装置的输出角度受限问题，是当前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种伺服电机装置，以解决现有的伺服电机装置输出的转动角度受限的问题。此外，作为一种实施方式，本发明还提供了一种具体该伺服电机装置的机器人。
为解决上述问题，作为一种实施方式，本发明提供了一种伺服电机装置，其包括：
壳体，壳体内设置有：
与伺服控制板电性连接，用于接受伺服控制板的控制，以进行转动的电机；
与电机的输出端机械连接，用于将电机的转动速度缩小，且将电机的输出扭矩放大的减速机构；
与减速机构机械连接，用于获取减速机构输出的实际转动角度信息的电位器；
与电位器电性连接，用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制电机的转动，以及根据目标转动角度信息与实际转动角度信息的比较结果进行控制处理的伺服控制板，其中，控制信号包括目标转动角度信息。
作为本发明的进一步改进的实施例，控制信号包括脉宽调制信号，脉宽调制信号的周期为第一预设值，脉冲宽度为预设范围，基准信号宽度为第二预设值，以致电位器不存在间断。
作为本发明的进一步改进的实施例，伺服控制板通过控制信号控制电机，当控制信号的实际信号宽度大于等于基准信号宽度时，控制电机顺时针转动，当控制信号的实际信号宽度小于基准信号宽度时，控制电机逆时针转动。
作为本发明的进一步改进的实施例，减速机构包括变速齿轮组和输出齿轮组，变速齿轮组与电机的输出端连接，变速齿轮组与输出齿轮组齿合，电位器设置于输出齿轮组的底端。
作为本发明的进一步改进的实施例，变速齿轮组和输出齿轮组均由采用高强度耐磨铝材料制备的构件组成。
作为本发明的进一步改进的实施例，变速齿轮组包括第一主齿轮、第二主齿轮、第三主齿轮、副齿轮和齿轮轴，齿轮轴贯穿第一主齿轮、第二主齿轮、第三主齿轮，且第一主齿轮、第二主齿轮、第三主齿轮从上往下依次设置于齿轮轴上，第三主齿轮包括第一大齿盘和第一小齿盘，副齿轮与第一大齿盘齿合，且副齿轮与电机的输出轴同轴连接。
作为本发明的进一步改进的实施例，输出齿轮组包括输出底端齿轮、输出末端齿轮、输出轴和输出轴承，输出轴贯穿输出底端齿轮、输出末端齿轮，且输出末端齿轮、输出底端齿轮从上往下依次设置于输出轴上，输出轴承的一端与输出轴连接，输出轴承的另一端与电位器连接；输出底端齿轮包括第二大齿盘和第二小齿盘，第二大齿盘与第一小齿盘齿合，第二小齿盘与第二主齿轮齿合，第一主齿轮与输出末端齿轮齿合。
作为本发明的进一步改进的实施例，壳体包括顶盖、壳体本体和底盖，顶盖与壳体本体盖合，以形成第一容置腔，第一容置腔用于容置减速机构，底盖与壳体本体盖合，以形成第二容置腔，第二容置腔用于容置伺服控制板、电机和电位器。
作为本发明的进一步改进的实施例，壳体本体上还设有固定支架，电机固定安装于固定支架内。
为解决上述问题，作为一种实施方式，本发明还提供了一种机器人，其包括上述的伺服电机装置。
与现有技术相比，本发明采用电位器进行限位，而非采用机械碰撞限位，因此，减速机构的输出端不会被阻挡，致使减速机构输出的转动角度可以为0°-360°，从而实现了360°无极限旋转。此外，本发明通过电位器与伺服控制板的结合，控制转动角度，提升了转动角度精度。此外，本发明的伺服电机装置应用于机器人时，可有效避免因大力旋转机器人关节而造成伺服电机装置的损坏，从而达到了机器人关节的无极限旋转。
说明书附图
图1为本发明伺服电机装置一个实施例的整体结构示意图；
图2为图1的伺服电机装置一个实施例的分解结构示意图；
图3为图2的伺服电机装置中减速机构一个实施例的结构示意图；
图4为图1的伺服电机装置一个实施例的剖视结构示意图。
具体实施方式
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
图1-图2，展示了本发明伺服电机装置的一个实施例。参见图1，在本实施例中，该伺服电机装置包括壳体1，该壳体1包括顶盖11、壳体本体12和底盖13。
具体地，参见图2，该顶盖11与壳体本体12盖合，以形成第一容置腔，第一容置腔内容置有减速机构20。底盖13与壳体本体12盖合，以形成第二容置腔，第二容置腔用于容置伺服控制板40、电机30和电位器50。其中，该伺服控制板40分别与电机30、电位器50电性连接，减速机构20的一端与电机30机械连接，减速机构20的另一端与电位器50机械连接。
本实施例通过将减速机构20容置于第一容置腔，以及将伺服控制板40、电机30和电位器50容置于第二容置腔，达到将机械传动部分和电动控制部分进行分区设置的效果，便于后续进行分区维修。此外，本实施例将电机30与减速机构20左右设置，达到了提升了控制利用率的效果。
其中，该电机30用于接受伺服控制板40的控制以进行转动。该减速机构20，用于控制将电机30的转动速度缩小，且将电机30的输出扭矩放大。
具体地，参见图3，该减速机构20包括变速齿轮组201和输出齿轮组202，变速齿轮组201与电机30的输出端连接，变速齿轮组201与输出齿轮组202齿合，电位器50设置于输出齿轮组202的底端。
进一步地，变速齿轮组201包括第一主齿轮2011、第二主齿轮2012、第三主齿轮2013、副齿轮2014和齿轮轴2015，齿轮轴2015贯穿第一主齿轮2011、第二主齿轮2012、第三主齿轮2013，且第一主齿轮2011、第二主齿轮2012、第三主齿轮2013从上往下依次设置于齿轮轴2015上，第三主齿轮2013包括第一大齿盘和第一小齿盘(图中未示出)，副齿轮2014与第一大齿盘齿合，且副齿轮2014与电机30的输出轴同轴连接。
此外，参见图4，输出齿轮组202包括输出底端齿轮2021、输出末端齿轮2022、输出轴2023和输出轴承2024，输出轴2023贯穿输出底端齿轮2021、输出末端齿轮2022，且输出末端齿轮2022、输出底端齿轮2021从上往下依次设置于输出轴2023上，输出轴承2024的一端与输出轴2023连接，输出轴承2024的另一端与电位器50连接；输出底端齿轮2021包括第二大齿盘和第二小齿盘，第二大齿盘与第一小齿盘齿合，第二小齿盘与第二主齿轮2012齿合，第一主齿轮2011与输出末端齿轮2022齿合。
该电位器50，用于获取减速机构20输出的实际转动角度信息。该伺服控制板40，用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制电机30的转动，以及根据目标转动角度信息与实际转动角度信息的比较结果进行控制处理，其中，控制信号包括目标转动角度信息。
具体地，根据目标转动角度信息与实际转动角度信息的比较结果进行控制处理主要包括如下几种处理方案：
第一种：目标转动角度信息>实际转动角度信息
当目标转动角度信息大于实际转动角度信息时，即说明还未转动到位，则伺服控制板继续控制电机沿第一方向转动，直到目标转动角度信息＝实际转动角度信息。
第二种：目标转动角度信息＝实际转动角度信息
当目标转动角度信息＝实际转动角度信息时，即说明转动到位，则伺服控制板控制电机停止转动。
第三种：目标转动角度信息＜实际转动角度信息
当目标转动角度信息＜实际转动角度信息时，即说明转动越位，则伺服控制板控制电机沿第二方向转动，直到目标转动角度信息＝实际转动角度信息，该第二方向是第一方向相反的方向。
本实施例采用电位器50进行限位，而非采用机械碰撞限位，因此，减速机构的输出端不会被阻挡，致使减速机构输出的转动角度可以为0°-360°，从而实现了360°无极限旋转。此外，本实施例通过电位器50与伺服控制板40的结合，控制转动角度，提升了转动角度精度。此外，本实施例的伺服电机装置应用于机器人时，可有效避免因大力旋转机器人关节而造成伺服电机装置的损坏，从而达到了机器人关节的无极限旋转。
在本实施例的伺服电机装置的使用过程中，会出现电位器50间断的问题。因此，上述实施例的基础上，其他实施例中，该控制信号包括脉宽调制信号，脉宽调制信号的周期为第一预设值，脉冲宽度为预设范围，基准信号宽度为第二预设值，以致电位器50不存在间断。
具体地，伺服电机装置需要一个外部控制器(比如机器人遥控器的接收机)产生脉宽调制信号来告诉伺服电机装置转动角度，脉冲宽度是伺服控制板40所需的编码信息。本发明的伺服电机装置的转动角度为0°-360°，其控制信号是周期为20ms的脉宽调制(pwm)信号，脉冲宽度为0.9ms-2.1ms，基准信号宽度为1.5ms，从而克服了环状电位器存在的间断。
在本实施例在伺服电机装置的装配调试过程中，输出转动角度受限或者不能正反转的话，则会出现输出轴的外力过大而造成减速机构的齿轮损坏的情况。因此，上述实施例的基础上，其他实施例中，伺服控制板40通过控制信号电机30，当控制信号的实际信号宽度大于等于基准信号宽度时，控制电机30顺时针转动，当控制信号的实际信号宽度小于基准信号宽度时，控制电机30逆时针转动。
需要说明的是，本实施例还可以当控制信号的实际信号宽度大于等于基准信号宽度时，控制电机30逆时针转动，当控制信号的实际信号宽度小于基准信号宽度时，控制电机30顺时针转动。
在调试时，本发明的伺服电机装置规格参数可设置为：伺服电机装置的转速定义为：伺服电机装置在无负载的情况下转过60°角所需要的时间来衡量，本发明设置的伺服控制脉宽为500-2500usec，本发明的伺服电机装置在测试电压为4.8v时的转速为0.16s/60°，测试电压为6.0v时转速为0.13s/60°。
伺服电机装置扭矩的单位是kg·cm，这是一个扭矩单位，可以理解为在输出轴上距电机轴中心水平距离1cm处，微型伺服电机能够带动的物体重量。本发明的伺服电机装置在测试电压为4.8v时的扭矩为1.9kg·cm，测试电压为6.0v时的扭矩为2.5kg·cm。本发明伺服电机装置的工作电压对性能有重大的影响，推荐的电压一般都是4.8v或6v。
本实施例的转动角度为0°-360°，实现了360°无极限旋转，同时，还可以根据控制信号的实际信号宽度与基准信号宽度的比较结果，实现正反转，从而避免了输出轴的外力过大而造成减速机构的齿轮损坏的情况的发生，既延长了伺服电机装置的使用寿命，也降低了装配操作的技术难度。
在本实施例的伺服电机装置的使用过程中，对伺服电机装置提出了质量轻、使用寿命长等性能要求，因此，上述实施例的基础上，其他实施例中，变速齿轮组201和输出齿轮组202均由采用高强度耐磨铝材料制备的构件组成。
具体地，本实施例的壳体采用塑料制备，本实施例的减速机构采用高强度耐磨铝材料制备的构件组成。具体地，本实施例的减速机构采用铝合金制备的构件组成。
本发明的伺服电机装置的外形尺寸为12.6×23×23(mm)，重量为9g，所能提供的扭矩为1.9kg·cm(4.8v电压)，而现有的同等尺寸规格的伺服电机装置的重量为12.5g。
本实施例中的高强度耐磨铝材料具有重量轻、价格低，且刚性强，耐磨损等特性，因此，采用该高强度耐磨铝材料制备的构件组成减速机构，达到了质量轻、价格低、刚性强和耐磨损等效果，从而达到了减轻该伺服电机装置重量，以及延长伺服电机装置的使用寿命的效果。
在本实施例的伺服电机装置的使用过程中，为了避免电机30在转动过程中出现晃动。在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图4，壳体1本体12上还设有固定支架60，电机30固定安装于固定支架60内。
本实施例通过设置固定支架60，避免了电机30工作时，大幅度的晃动，从而保证了电机30工作稳定性，从而提升了伺服电机装置的稳定性性能。
本发明还提供了一种机器人，其包括上述实施例描述的伺服电机30装置。其中，机器人中伺服电机30装置与上述实施例中的伺服电机30装置结构相同，因此，在此不再赘述。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。