一种执行器、机械臂及机器人论文和设计-崔昊天

全文摘要

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种执行器、机械臂及机器人，执行器包括电机，包括外壳、电机定子和电机转子，所述电机定子固定于所述外壳，所述电机转子与所述外壳转动连接，并且所述电机转子罩盖所述电机定子；位置编码器，固定于所述电机转子；减速器，与所述电机转子连接，用于接收所述电机转子输出的动力，并且对所述动力的转速进行减速处理后输出；以及电机驱动器，固定于所述外壳，并且与所述电机电连接。通过上述方式，本实用新型实施例能够执行器的一体化设计，并且在轴向上的长度更小，更偏平。

主设计要求

1.一种执行器，其特征在于，包括：电机，包括外壳、电机定子和电机转子，所述电机定子固定于所述外壳，所述电机转子与所述外壳转动连接，并且所述电机转子罩盖所述电机定子；位置编码器，固定于所述电机转子；减速器，与所述电机转子连接，用于接收所述电机转子输出的动力，并且对所述动力的转速进行减速处理后输出；以及电机驱动器，固定于所述外壳，并且与所述电机电连接。

设计方案

1.一种执行器，其特征在于，包括：

电机，包括外壳、电机定子和电机转子，所述电机定子固定于所述外壳，所述电机转子与所述外壳转动连接，并且所述电机转子罩盖所述电机定子；

位置编码器，固定于所述电机转子；

减速器，与所述电机转子连接，用于接收所述电机转子输出的动力，并且对所述动力的转速进行减速处理后输出；以及

电机驱动器，固定于所述外壳，并且与所述电机电连接。

2.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，

所述外壳包括前壳和后盖；

所述前壳设置有转动槽和驱动槽，所述电机定子和电机转子均位于所述转动槽内，所述电机驱动器位于所述驱动槽内，所述后盖盖设于所述驱动槽的槽口，用于封闭所述驱动槽。

3.根据权利要求2所述的执行器，其特征在于，

所述外壳自所述转动槽的槽底往所述转动槽内延伸有套接部，所述电机定子套接于所述套接部，所述电机转子与所述套接部转动连接，并且罩盖所述电机定子。

4.根据权利要求3所述的执行器，其特征在于，

所述电机定子包括骨架和绕组，所述骨架设置有套接口以环绕套接口的若干齿槽，所述绕组绕设于若干齿槽上，所述套接部插接于所述套接口内。

5.根据权利要求4所述的执行器，其特征在于，所述绕组为漆包线耐高温线圈。

6.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，

所述电机驱动器包括外接接口、外接接口板和驱动板，所述驱动板和外接接口板叠置，并且所述驱动板和外接接口电连接，所述驱动板与所述电机定子电连接，所述外接接口设置于所述外接接口板背离所述驱动板的一表面。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的执行器，其特征在于，

所述减速器包括一级内齿圈、一级太阳齿轮、一级行星齿轮和一级输出转盘，所述一级行星齿轮设置于所述一级输出转盘的一表面，并且所述一级行星齿轮可相对于所述一级输出转盘转动，所述一级内齿圈内环绕一级太阳齿轮和一级行星齿轮，所述一级行星齿轮分别与所述一级太阳齿轮和一级内齿圈齿合，所述一级太阳齿轮还延伸有一级驱动轴，所述一级驱动轴与所述电机转子固定。

8.根据权利要求7所述的执行器，其特征在于，

所述减速器还包括第一压岢和第二压岢；

所述第一压岢固定于所述一级内齿圈上，所述第二压岢固定于所述第一压岢，所述第一压岢和第二压岢均环绕所述一级输出转盘。

9.根据权利要求8所述的执行器，其特征在于，所述减速器还包括若干第一滚珠；

所述第二压岢的内壁设置第一环槽，所述一级输出转盘的外壁设置有第二环槽，所述第一环槽和第二环槽共同配合形成第一环形通道，所述第一滚珠收容于所述第一环形通道内并且可在所述第一环形通道转动。

10.根据权利要求9所述的执行器，其特征在于，

所述第一环形通道截面的形状为菱形，并且所述第一滚珠与所述第一环形通道的内表面的四个点接触。

11.根据权利要求8所述的执行器，其特征在于，

所述减速器包括二级内齿圈、二级太阳齿轮、二级行星齿轮和二级输出转盘；

所述一级太阳齿轮的一级驱动轴固定于所述二级输出转盘的一表面，所述二级行星齿轮设置于所述二级输出转盘的另一表面，并且所述二级行星齿轮可相对于所述二级输出转盘转动，所述二级内齿圈内环绕二级太阳齿轮和二级行星齿轮，所述二级行星齿轮分别与所述二级太阳齿轮和二级内齿圈齿合，所述二级太阳齿轮还延伸有二级驱动轴，二级驱动轴与所述电机转子固定。

12.根据权利要求11所述的执行器，其特征在于，

所述减速器还包括第三压岢；

所述第三压岢固定于所述二级内齿圈，并且所述第三压岢位于二级内齿圈和一级内齿圈之间，所述第三压岢环绕所述二级输出转盘。

13.根据权利要求12所述的执行器，其特征在于，

所述减速器还包括若干第二滚珠；

所述第三压岢的内壁设置有第三环槽，所述二级输出转盘的外壁设置有第四环槽，所述第三环槽和第四环槽共同配合形成第二环形通道，所述第二滚珠收容于所述第二环形通道内并且可在所述第二环形通道转动。

14.根据权利要求13所述的执行器，其特征在于，

所述第二环形通道截面的形状为菱形，并且所述第二滚珠与所述第二环形通道的内表面的四个点接触。

15.根据权利要求1-6中任意一项所述的执行器，其特征在于，

所述减速器包括驱动齿、双联传动齿、从动齿、底座和三级输出转盘；

所述底座一表面设置有收容孔，所述驱动齿收容于所述收容孔内，并且所述驱动齿可相对于所述收容孔转动，所述双联传动齿、从动齿均设置于所述底座的另一表面，所述双联传动齿、从动齿均可相对于所述底座转动，所述双联传动齿包括同轴固定的第一传动齿和第二传动齿，所述第一传动齿与所述驱动齿齿合，所述第二传动齿与所述从动齿齿合，所述从动齿与所述三级输出转盘连接，用于驱动所述三级输出转盘转动。

16.根据权利要求15所述的执行器，其特征在于，

所述三级输出转盘的一表面设置有齿槽，所述从动齿为双联齿，所述双联齿的一联齿轮与所述第二传动齿齿合，所述双联齿的另一联齿轮收容于所述齿槽，并且与所述齿槽齿合。

17.根据权利要求7所述的执行器，其特征在于，

所述减速器为谐波减速器。

18.一种机械臂，其特征在于，包括如权利要求1-17中任意一项所述的执行器。

19.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求18所述的机械臂。

设计说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及机械人技术领域，特别是涉及一种执行器、机械臂及机器人。

背景技术

机器人是一种通过模仿人、狗等有生生物动作，以实现抓取、搬运等等复杂操作的机械设备。由于机器人不会像人类等其它有生生物有肌肉疲劳的现象，因此，机器人能够长期地、高强度的工作，非常适合工业产生。

而在工业产生之中，工业产生的工作场所的空间通常比较大，因此，对机器人的体积要求极低，更多是在于机器人功能的实现。但是在商业应用领域之中，例如：餐厅服务、医院服务等等，商业场所的空间是极其珍贵的，体积过大的机器人会占用过多面积。而在机器人之中，机械臂是其活动的重要部件，而在机械臂之中执行器又是其核心部件，其中，执行器包括电机、电机驱动器、减速器等，而应用工业产生之中的机器人的执行器，其电机、电机驱动器、减速器均是分离式设计，并且电机采用是内转子电机，在执行器的轴向上长度非常大，从而造成电机在轴向的长度很长，进而影响机器人整体的小型化，不适合商业应用技术领域。因此，有必要改进执行器，以使其适用于商业应用技术领域。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例的主要目的在于提供一种执行器、机械臂和机器人，实现执行器一体化设计，并且执行器在轴向上的长度很小，呈扁平化，体积更小。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种执行器，包括电机，包括外壳、电机定子和电机转子，所述电机定子固定于所述外壳，所述电机转子与所述外壳转动连接，并且所述电机转子罩盖所述电机定子；位置编码器，固定于所述电机转子；减速器，与所述电机转子连接，用于接收所述电机转子输出的动力，并且对所述动力的转速进行减速处理后输出；以及电机驱动器，固定于所述外壳，并且与所述电机电连接。

可选的，所述外壳包括前壳和后盖；所述前壳设置有转动槽和驱动槽，所述电机定子和电机转子均位于所述转动槽内，所述电机驱动器位于所述驱动槽内，所述后盖盖设于所述驱动槽的槽口，用于封闭所述驱动槽。

可选的，所述外壳自所述转动槽的槽底往所述转动槽内延伸有套接部，所述电机定子套接于所述套接部，所述电机转子与所述套接部转动连接，并且罩盖所述电机定子。

可选的，所述电机定子包括骨架和绕组，所述骨架设置有套接口以环绕套接口的若干齿槽，所述绕组绕设于若干齿槽上，所述套接部插接于所述套接口内。

可选的，所述绕组为漆包线耐高温线圈。

可选的，所述电机驱动器包括外接接口、外接接口板和驱动板，所述驱动板和外接接口板叠置，并且所述驱动板和外接接口电连接，所述驱动板与所述电机定子电连接，所述外接接口设置于所述外接接口板背离所述驱动板的一表面。

可选的，所述减速器包括一级内齿圈、一级太阳齿轮、一级行星齿轮和一级输出转盘，所述一级行星齿轮设置于所述一级输出转盘的一表面，并且所述一级行星齿轮可相对于所述一级输出转盘转动，所述一级内齿圈内环绕一级太阳齿轮和一级行星齿轮，所述一级行星齿轮分别与所述一级太阳齿轮和一级内齿圈齿合，所述一级太阳齿轮还延伸有一级驱动轴，所述一级驱动轴与所述电机转子固定。

可选的，所述减速器还包括第一压岢和第二压岢；所述第一压岢固定于所述一级内齿圈上，所述第二压岢固定于所述第一压岢，所述第一压岢和第二压岢均环绕所述一级输出转盘。

可选的，所述减速器还包括若干第一滚珠；所述第二压岢的内壁设置第一环槽，所述一级输出转盘的外壁设置有第二环槽，所述第一环槽和第二环槽共同配合形成第一环形通道，所述第一滚珠收容于所述第一环形通道内并且可在所述第一环形通道转动。

可选的，所述第一环形通道截面的形状为菱形，并且所述第一滚珠与所述第一环形通道的内表面的四个点接触。

可选的，所述减速器包括二级内齿圈、二级太阳齿轮、二级行星齿轮和二级输出转盘；所述一级太阳齿轮的一级驱动轴固定于所述二级输出转盘的一表面，所述二级行星齿轮设置于所述二级输出转盘的另一表面，并且所述二级行星齿轮可相对于所述二级输出转盘转动，所述二级内齿圈内环绕二级太阳齿轮和二级行星齿轮，所述二级行星齿轮分别与所述二级太阳齿轮和二级内齿圈齿合，所述二级太阳齿轮还延伸有二级驱动轴，二级驱动轴与所述电机转子固定。

可选的，所述减速器还包括第三压岢；所述第三压岢固定于所述二级内齿圈，并且所述第三压岢位于二级内齿圈和一级内齿圈之间，所述第三压岢环绕所述所述二级输出转盘。

可选的，所述减速器还包括若干第二滚珠；所述第三压岢的内壁设置有第三环槽，所述二级输出转盘的外壁设置有第四环槽，所述第三环槽和第四环槽共同配合形成第二环形通道，所述第二滚珠收容于所述第二环形通道内并且可在所述第二环形通道转动。

可选的，所述第二环形通道截面的形状为菱形，并且所述第二滚珠与所述第二环形通道的内表面的四个点接触。

可选的，所述减速器包括驱动齿、双联传动齿、从动齿、底座和三级输出转盘；所述底座一表面设置有收容孔，所述驱动齿收容于所述收容孔内，并且所述驱动齿可相对于所述收容孔转动，所述双联传动齿、从动齿均设置于所述底座的另一表面，所述双联传动齿、从动齿均可相对于所述底座转动，所述双联传动齿包括同轴固定的第一传动齿和第二传动齿，所述第一传动齿与所述驱动齿齿合，所述第二传动齿与所述从动齿齿合，所述从动齿与所述三级输出转盘连接，用于驱动所述三级输出转盘转动。

可选的，所述三级输出转盘的一表面设置有齿槽，所述从动齿为双联齿，所述双联齿的一联齿轮与所述第二传动齿齿合，所述双联齿的另一联齿轮收容于所述齿槽，并且与所述齿槽齿合。

可选的，所述减速器为谐波减速器。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种机械臂，包括上述的执行器。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种机器人，包括上述的机械臂。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例，执行器包括电机、位置编码器、减速器和电机驱动器，而电机包括外壳、电机定子和电机转子，电机定子固定于外壳，电机转子与外壳转动连接，并且电机转子罩盖所述电机定子，实现电机转子外部化，有利于降低电机在轴向上的长度，实现电机的偏平化设计，而电机驱动器固定于所述外壳，并且与电机电连接，位置编码器固定于电机转子，减速器与电机转子连接，实现执行器的一体化设计，并且具有结构紧凑，体积小巧，扭矩密度大，输出扭矩大，速度适中，安装简单，易于控制，控制精度高，能通过编码器和力感应配合实现对负载的智能感知，缓解碰撞。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制

图1是本实用新型执行器实施例的一种爆炸图；

图2是本实用新型执行器实施例的另一种爆炸图；

图3是本实用新型执行器实施例的立体图；

图4是图3中D-D方向的剖面图；

图5是本实用新型执行器实施例中减速器设置第一滚珠的示意图；

图6是本实用新型执行器实施例中双行星减速器的爆炸图；

图7是本实用新型执行器实施例中正齿减速器的立体图；

图8是本实用新型执行器实施例中正齿减速器一视觉的爆炸图；

图9是本实用新型执行器实施例中正齿减速器另一视觉的爆炸图；

图10是本实用新型执行器实施例中执行器作为转腰执行器的示意图；

图11是本实用新型执行器实施例中执行器作为弯腰执行器的示意图；

图12是本实用新型执行器实施例中执行器作为摆头执行器的示意图；

图13是本实用新型执行器实施例中执行器作为手腕执行器的示意图；

图14是本实用新型执行器实施例中执行器作为手肘执行器的示意图；

图15是本实用新型执行器实施例中执行器作为脚轮执行器的示意图。

具体实施方式的附图标号说明如下：

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，执行器20包括电机21、位置编码器22、减速器23和电机驱动器24，电机驱动器24与电机21连接，用于驱动电机21转动，位置编码器22设置于电机21上，用于检测电机21的电机转子的位置，减速器23与所述电机21的电机转子连接，减速器23用于接收电机转子输出的动力，并且对动力的转速进行减速处理后输出。

对于上述电机驱动器24，如图2-图4所示，电机驱动器24包括外接接口241、外接接口板242和驱动板243，驱动板243和外接接口板 242叠置，并且驱动板243和外接接口241电连接，驱动板243与电机定子和电位置编码器22连接，简而验之，驱动板243为连接并且驱动位置编码器22和电机21的PCB板。外接接口241连接于外接接口板242 背离驱动板243的一表面，外接接口241用于接收外部输入的电源和控制信号，并且根据控制信号向电机21传输电源，驱动电机21转动。在一些实施例中，外接接口241的数量可以为两个，一个用于接收电源和控制信号，另一个用于向外传电源和控制信号，从而使得当有多个执行器20的时候，可以直接将多个执行器20进行串联连接，尤其是在机械人的手臂和脚部之中，手臂和脚部的关节都是由执行器20组成的，而同一手臂或者脚部的关节呈串行排布，将位于同一手臂或者脚部的执行器20直接串联连接，可以极大地减少执行器20并行连接所带来的走线麻烦。而多个执行器20串联的连接方式，也实现多个执行器20共用母线，从而可以实现将一个执行器20产生的能量回收至其他的执行器20 利用。

可以理解的是：在另一些实施例中，外接接口241的数量也可以其它数量，例如：3个、4个、5个等等，而为了实现执行器20的串联连接，外接接口板242支持串联连接协议，例如：CAN协议。此外，外接接口板242和驱动板243也可以融合到一块电路板，其中，电路板的一表面设置外接接口板242的功能，电路板的另一表面设置驱动板243的功能。

对于上述电机21，再次参阅图2-图4，电机21包括外壳211、电机定子212、电机转子213和轴承(图未示)。外壳211包括前壳2111 和后盖2112，前壳2111设置有转动槽2113和驱动槽(图未示)，外壳 211自转动槽2113的槽底往转动槽2113内延伸有套接部2114，套接部2114远离转动槽2113的槽底的一端的端部设置有轴槽(图未示)，轴承固定于轴槽内。在一些实施例中，转动槽2113和驱动槽分别位于前壳 2111的两相对的端部，并且转动槽2113和驱动槽的槽口朝向相反，例如：前壳2111的前端和后端，前壳2111的左端和右端等等，当然，在另一些实施例中，转动槽2113和驱动槽的位置也可以呈其它方式设置，例如：转动槽2113位于前壳2111的前端，驱动槽位于前壳2111的侧壁，转动槽2113和驱动槽的槽口的朝向垂直。驱动槽用于收容电机驱动器24，后盖2112盖设于驱动槽，用于将驱动槽封闭，从而将电机驱动器24封闭于外壳211内。进一步的，在一些实施例中，如图4所示，驱动槽的侧壁还可以设置驱动缺口2115，在电机驱动器24收容于驱动槽时，外接接口241收容于驱动缺口2115，从而实现外接接口241裸露，而在后盖2112盖设于前壳2111时，前壳2111和后盖2112共同夹持固定外接接口241。

可以理解的是：在另一些实施例中，也可以将外接接口板242固定于后盖2112上，使外接接口板242与后盖2112成为一个整体。

对于上述电机定子212，请参阅图2，电机定子212位于转动槽2113 内，电机定子212包括骨架2121和绕组2122。骨架2121设置有套接口以环绕套接口的若干齿槽(未标示)，绕组2122绕设于若干齿槽上，骨架2121通过套接口套接固定于套接部2114上。在一些实施例中，骨架 2121和外壳211均可以选用具有导热性能的材料制成的，从而使得绕组2122在工作时所产生的热量通过骨架2121传递至外壳211，再由外壳 211传递至后盖2112，由外壳211和后盖2112共同进行散热，提高执行器20的散热效果。可选的，绕组2122为漆包线耐高温线圈，骨架2121 的材料为硅刚片。

在一些实施例中，为了增强电机定子212与套接部2114之间的热传递的传递效果，执行器20还可以包括导热胶(图未示)，导热胶设置于所述骨架2121与所述套接部2114之间，骨架2121与套接部2114之间通过导热胶进行热传递。当然，骨架2121其它与前壳2111接触的部份也可以通过导热胶进行热传递，以提高其热传递的传递效果。

对于上述电机转子213，电机转子213包括转子壳(图未示)、转动轴(图未示)和磁性元件(图未示)，转子壳设置有开口槽(图未示)，磁性元件固定于开口槽的侧壁，转动轴固定于开口槽的底部，可选的，转动轴固定于开口槽的底部的中心。转动轴套接于轴承内，实现电机转子213与前壳2111之间转动连接，而转子壳盖罩电机定子212，磁性元件环绕电机定子212，从而使得电机定子212位于磁性元件的磁场之中，从而使得电机21形成扁平无刷外转子电机，并且电机21呈扁平设计，大大缩小电机21在轴向上高度，并且电机转子213在外面，磁扭矩半径大，所以扭矩密度高。电机21的扁平的设计可适合空轴，外径大可以用更大的码盘，这样编码器分辨率更高，电机21过载能力更强。

对于上述位置编码器22，位置编码器22固定于转动轴上。

在一些实施例中，前壳2111、后盖2112均可以选用具有导热性能的金属材料制成的，例如：铜、铁、铝等等，转子壳选用金属材料制成的，而金属材料具有电磁屏蔽功能，将电机驱动器24、位置编码器22、电机定子212、电机转子213均封装在后盖2112、前壳2111和转子壳之间形成的空间内，有利于对于电机驱动器24、位置编码器22、电机定子212、电机转子213进行电磁屏蔽，从而使得外界电磁干扰进不去，内部电磁发不出来，进而使得执行器20的抗干扰能力强，且不会外界电器产生干扰。

对于上述减速器23，由于减速器23与电机21连接，当转动槽2113 和驱动槽分别位于前壳2111的右端和左端时，则减速器23和电机21 驱动器分别位于前壳2111的右端和左端，简而言之，所述外壳211的左端和右端分别连接有电机驱动器24和减速器23。

在一些实施例中，减速器23可选为行星减速器，具体的，再次参阅图2和图3，行星减速器包括一级内齿圈231、一级太阳齿轮232、一级行星齿轮233和一级输出转盘234，一级输出转盘234的一表面设置一级转动柱，一级行星齿轮233通过另一轴承套接于一级转动柱上，从而实现一级行星齿轮233设置于所述一级输出转盘234的一表面，并且一级行星齿轮233可相对于一级输出转盘234转动。而一级内齿圈231可以由环形件和设置于环形件的内侧壁的齿圈组成，所述一级内齿圈231 内环绕一级太阳齿轮232和一级行星齿轮233，并且所述一级行星齿轮 233分别与所述一级太阳齿轮232和一级内齿圈231齿合，所述一级太阳齿轮232还延伸有一级驱动轴，所述一级驱动轴与所述电机转子213 固定。电机转子213驱动一级太阳齿轮232转动，一级太阳齿轮232带动一级行星齿轮233在一级太阳齿轮232和一级内齿圈231之间，并且一级行星齿轮233环绕一级太阳齿轮232转动，从而实现一级行星齿轮 233带动一级输出转盘234转动，一级输出转盘234连接于需要接动力的机械部件上，实现向该机械部件输出动力，例如：作为机械臂的关节，实现机械臂的转动。可选的，一级行星齿轮233的数量可以为三个，三个一级行星齿轮233间隔均匀设置，并且三个一级行星齿轮233均分别与一级太阳齿轮232和一级内齿圈231齿合，当然，在其它实施例中，一级行星齿轮233的数量也可以为其它数量，例如：四个、五个、六个等等。

值得说明的是：上述的减速器23与电机21是同轴设置的，因此，上述的减速器23也可以称为低减速比同轴减速器。一级输出转盘234 还可以设置法兰结构，因此，一级输出转盘234也可以为称为行星减速器法兰。此外，执行器20将电机21、电机驱动器24和减速器23集成在一起，该执行器20相当于采用全直驱柔性旋转器外加低减速比同轴减速器组成的一体化准直驱力感应柔性旋转驱动执行器20。在具体使用时，本实用新型采用全直驱柔性旋转器外加低减速比同轴减速器组成的一体化准直驱力感应柔性旋转驱动执行器20，低减速比同轴减速器有三个一级行星齿轮233围绕一个一级太阳齿轮232旋转。低成本实现柔性控制是通过减少质量和摩擦的动态影响来提高执行器20末端和执行器 20之间的“透明度”。透明度允许马达施加的力匹配末端执行器20的力量，从而不需要非同位配置的传感器。这种执行器20可以根据施加的执行器20力矩和马达编码器测量的关节空间的位移来确定肢体的输出力，以此代替肢体末端的力传感器。这种方法大大缓解了由于致动器和非搭配传感器之间的未建模的模式所造成的不稳定性。

由于一级输出转盘234是凸出于一级内齿圈231，为了提高执行器 20的美观性，以及，保护一级输出转盘234，减速器23还可以包括第一压岢235和第二压岢236，第一压岢235固定于一级内齿圈231上，第二压岢236固定于第一压岢235，第一压岢235和第二压岢236均环绕一级输出转盘234。在一些实施例中，第二压岢236远离第一压岢235 的一表面与一级输出转盘234的一表面齐平。当然，第一压岢235和第二压岢236均与一级输出转盘234之间存在间隙，以不影响一级输出转盘234的转动。

进一步的，为了实现对一级输出转盘234进行限位，避免一级输出转盘234出现朝第一压岢235和第二压岢236弯曲，如图5所示，减速器23还可以包括若干第一滚珠237，第二压岢236的内壁设置第一环槽 (未标示)，一级输出转盘234的外壁设置有第二环槽(未标示)，所述第一环槽和第二环槽共同配合形成第一环形通道，所述第一滚珠237收容于所述第一环形通道内并且可在所述第一环形通道转动。通过直接第二压岢236和一级输出转盘234之间设置第一滚珠237,实现第二压岢 236对一级输出转盘234进行限位，无需要在减速器23上增加轴承，仅仅是通过改进原减速器23的结构实现对一级输出转盘234进行限位，大大降低了减速器23的轴向的长度，有利于保证减速器23的偏平化设计。可选的，第一滚珠237的形状为球形，以降低一级输出转盘234与第二压岢236之间的摩擦力，有利于一级输出转盘234相对于第二压岢236转动。

在一些实施例中，减速器23还可以为同轴双行星减速器，如图6所示，则减速器23除了上述描述的一级行星结构之外，减速器23还包括二级行星结构，具体的，该二级行星结构还包括二级内齿圈238、二级太阳齿轮239、二级行星齿轮240和二级输出转盘901。一级太阳齿轮 232的一级驱动轴固定于所述二级输出转盘901的一表面，所述二级行星齿轮240设置于所述二级输出转盘901的另一表面，并且所述二级行星齿轮240可相对于所述二级输出转盘901转动，二级内齿圈238内环绕二级太阳齿轮239和二级行星齿轮240，所述二级行星齿轮240分别与所述二级太阳齿轮239和二级内齿圈238齿合，所述二级太阳齿轮239 还延伸有二级驱动轴，二级驱动轴与所述电机转子213固定。电机转子 213带动二级驱动轴转动，二级太阳齿轮239驱动二级行星齿轮240在二级太阳齿轮239与二级内齿圈238之中环绕二级太阳齿轮239转动，从而带动一级驱动轴转动，一级驱动轴驱动一级太阳齿轮232转动，一级太阳齿轮232带动一级行星齿轮233在一级太阳齿轮232和一级内齿圈231之间，并且一级行星齿轮233环绕一级太阳齿轮232转动，从而实现一级行星齿轮233带动一级输出转盘234转动。可选的，二级行星齿轮240的数量可以为三个，三个二级行星齿轮240间隔均匀设置，并且三个二级行星齿轮240均分别与二级太阳齿轮239和二级内齿圈238 齿合，当然，在其它实施例中，二级行星齿轮240的数量也可以为其它数量，例如：四个、五个、六个等等。

需要说明的是:在同轴双行星减速器之中，一级太阳齿的一级驱动轴不是直接与电机转子213连接，而通过二级太阳齿、二级行星齿轮240、二级输出转盘901间接与电机转子213连接。

进一步的，减速器23还可以包括第三压岢903，第三压岢903固定于二级内齿圈238，并且第三压岢903位于二级内齿圈238和一级内齿圈231之间，第三压岢903环绕二级输出转盘901，第三压岢903用于保护二级输出转盘901，并且提高减速器23的美观性，避免减速器23 中间出现凹陷的缺点。

为了实现对二级输出转盘901进行限位，减速器23还包括若干第二滚珠902，第三压岢903的内壁设置第三环槽(图未示)，所述二级输出转盘901的外壁设置有第四环槽(图未示)，所述第三环槽和第四环槽共同配合形成第二环形通道，所述第二滚珠902收容于所述第二环形通道内并且可在所述第二环形通道转动。通过改进减速器23的原有结构以实现对二级输出转盘901进行限，无需要在减速器23上增加轴承，大大降低了减速器23的轴向的长度，有利于保证减速器23的偏平化设计。可选的，第二滚珠902的形状为球形。在一些实施例中，所述第二环形通道截面的形状为菱形，并且所述第二滚珠902与所述第二环形通道的内表面的四个点接触。第一环形通道截面的形状为菱形，并且所述第一滚珠237与所述第一环形通道的内表面的四个点接触。

进一步的，减速器还包括隔脂垫片904，所述隔脂垫片904设置于所述二级太阳齿239和所述二级内齿圈238之间的周向间隙内，所述隔脂垫片904用于防止油脂进减速器内部。

在一些实施例中，减速器23可选为正齿减速器，如图7-图9所示，减速器23包括驱动齿41、双联传动齿42、从动齿43、底座44和三级输出转盘45。底座44一表面设置有收容孔441，所述驱动齿41收容于所述收容孔441内，并且所述驱动齿41可相对于所述收容孔441转动，所述双联传动齿42、从动齿43均设置于所述底座44的另一表面，所述双联传动齿42、从动齿43均可相对于所述底座44转动，所述双联传动齿42包括同轴固定的第一传动齿421和第二传动齿422，所述第一传动齿421与所述驱动齿41齿合，所述第二传动齿422与所述从动齿43齿合，所述从动齿43与所述三级输出转盘45连接，用于驱动所述三级输出转盘45转动，驱动齿41远离第一传动齿的一端与电机转子213连接，电机转子213带动驱动齿41转动，驱动齿41带动第一传动齿421转动，第一传动齿421带动第二传动齿422转动，第二传动齿422带动从动齿 43转动，从动齿43带动三级输出转盘45转动。可选的，所述第一传动齿421和第二传动齿422的面积可以不相同，以实现通过调整双联传动齿42，来调整减速器23的减速比。

从动齿43与三级输出转盘45之间连接的连接方式可以为齿合连接，例如：三级输出转盘45的一表面设置有齿槽451，所述从动齿43 为双联齿，所述双联齿的一联齿轮与所述第二传动齿422齿合，所述双联齿的另一联齿轮收容于所述齿槽451，并且与所述齿槽451齿合，从而实现三级输出转盘45与从动齿43连接。当然，从动齿43与三级输出转盘45之间也不限于上述所描述的连接方式，也可以为其它连接方式，例如：从动齿43与三级输出转盘45之间焊接固定、卡合固定、螺接固定等等。

在一些实施例中，所述减速器23为谐波减速器。

值得说明的是：减速器23并不限于上述所描述的几种减速器，还可以为其它结构的减速器，此处不再一一赘述。

值得说明的是：执行器20具体的外形结构，可以根据执行器20的具体应用环境进行适应性调整，例如：

如图10所示，执行器20为转腰执行器，应用于机器人的腰关节中以执行转腰动作，执行器20的减速器23可以采用谐波减速器，执行器 20的前壳2111可呈圆形，并且由靠近后盖2112的一侧朝远离后盖2112 的一侧逐渐缩小。

如图11所示，执行器20为弯腰执行器，应用于机器人的腰关节以执行弯腰动作，执行器20的减速器23也可以采用谐波减速器，并且谐波减速的一级输出转盘234上设置有凸台2341，凸台2341用于与其它执行器或者机器人的骨架进行连接。此外，执行器20的前壳2111呈两段式设计，其中，靠近后盖2112的一段呈扁平状，远离后盖2112的一段呈圆环形。

如图12所示，执行器20作为摆头执行器，应用于机器人头关节以执行摆头动作，执行器20的减速器23可以采用行星减速器，行星减速器的壳体是圆弧部和方形部组成。电机驱动器24的电路板可以分成两块，分别为：第一电路板24a和第二电路板24b，其中，第一电路板24a 设置于前壳2111和后盖2112之间，第二电路板24b设置于前壳2111 和后盖的2112的侧壁，充分利用前壳2111和后盖2112之间的空间，进一步，前壳2111的另一侧还设置有弧形槽2111a，方便执行器20固定于机器人的圆形部件上。

如图13所示，执行器20为手腕执行器，应用于机器人的腕关节以执行转手腕动作，执行器20的减速器23可以采用双极行星减速器，双极行星减速器的壳体是圆弧部和方形部组成。电机驱动器24的电路板可以分成两块，分别为：第三电路板24c和第四电路板24d，其中，第三电路板24c设置于前壳2111和后盖2112之间，第四电路板24d设置于前壳2111和后盖的2112的侧壁，充分利用前壳2111和后盖2112之间的空间。

如图14所示，执行器为手肘执行器，应用于机器人肘关节以执行转手肘动作，则执行器20的减速器23可以采用双极行星减速器，双极行星减速器的壳体是圆弧部和方形部组成。电机驱动器24的电路板可以分成两块，分别为：第五电路板24e和第六电路板24f，其中，第一电路板24e设置于前壳2111和后盖2112之间，第二电路板24f设置于前壳2111和后盖的2112的侧壁，充分利用前壳2111和后盖2112之间的空间。后盖2112也可以由两部份组成，分别为第一后盖2112a和第二后盖2112b,第一后盖2112a和第二后盖2112b相固定。

如图15所示，执行器20为脚轮执行器，用于驱动机器人的脚轮转动，执行器20的减速器可以采用双极行星减速器，双极行星减速器的外形均为圆形，执行器的前壳2111的形状也为圆形。

在本实用新型实施例中，执行器20包括电机21、位置编码器22、减速器23和电机驱动器24，而电机21包括外壳211、电机定子212和电机转子213，电机定子212固定于外壳211，电机转子213与外壳211 转动连接，并且电机转子213罩盖所述电机定子212，实现电机转子213 外部化，有利于降低电机21在轴向上的长度，实现电机21的偏平化设计，而电机驱动器24固定于所述外壳211，并且与电机21电连接，位置编码器22固定于电机转子213，减速器23与电机转子213连接，实现执行器20的一体化设计，并且具有结构紧凑，体积小巧，扭矩密度大，输出扭矩大，速度适中，安装简单，易于控制，控制精度高，能通过编码器和力感应配合实现对负载的智能感知，缓解碰撞。

为了让读者更容易理解本实用新型，以下再次对本实用新型的有益效果进行罗列说明，如下：

1)采用准直驱柔性旋转执行器20加低减速比同轴减速器实现柔性控制，成本低；

2)电机驱动器24、位置编码器22、电机21和减速器23集成在一起，整体体积小，安装使用方便，能够适应对空间要求更加严格的场合；

3)柔性机构能够提升机器人对环境的适应性和扩大机器人的应用领域，通过测量柔性机构的形变量得知实时扭矩，从而可以进行柔性控制等高级控制算法，能更好的代替现在的机器人关节，自动化设备中的转台，旋转气缸，步进电机，伺服电机，直驱电机等旋转执行机构；

4)电机转子213在外面，磁扭矩半径大，所以扭矩密度高。扁平的设计可适合空轴，外径大，可以用更大的码盘，这样编码器分辨率更高，电机过载能力强；

5)本实用新型的执行器20可以和其他的执行器20共母线，从而可以将一个执行器20产生的能量回收至其他的执行器20利用；

6)本实用新型的电机、电机驱动器24和位置编码器22均集成在外壳211一内，而外壳211选用金属外壳，金属外壳一全包裹形成电磁屏蔽层，外界电磁干扰进不去，内部电磁发不出来。所以抗干扰能力强，且不会外界电器产生干扰；

7)本实用新型抗冲击能力强，改善了易碎传动部件的使用寿命，减少了笨重结构设计，并缓解动态计算的复杂程度，消除了对物理扭簧，刚度调节机构和力\/力矩传感器的需求，在无接触力反馈的情况下实现高带宽力控制；

8)本实用新型的电机采用扁平化设计，抗轴向径向扭力强；

9)本实用新型的执行器20精度高、速度快。

本实用新型又提供机械臂实施例，机械臂包括上述的执行器20，对于执行器20的具体结构和功能，可以参阅上述实施例中，此处不再一一赘述。

本实用新型又提供机器人实施例，机器人包括上述的机械臂，对于机械臂的具体结构和功能，可以参阅上述实施例中，此处不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

设计图

一种执行器、机械臂及机器人论文和设计

一种执行器、机械臂及机器人论文和设计-崔昊天

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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