一种多电机仿生机器人关节的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种多电机仿生机器人关节。

背景技术：

机器人在各行各业得到了越来越广泛的应用，传统意义上的机器人被安装固定在特定位置上，人为预先设计好它们的工作流程，重复的进行特定的操作。而机器人在执行任务时所接触的外界环境具有不确定性，需要机器人操作执行任务时具备一定动态交互能力，传统的机器人刚度固定，难以根据外部环境与自身负载变化动态调整关节刚度以减缓外部环境冲击，有一定安全隐患。基于此，柔性机器人得到了发展。

基于电驱动的柔性机器人主要分为主动柔性和被动柔性两种，被动柔性机器人从机械设计的角度出发，在关节处安装弹性装置，该弹性装置具有弹性功能(比如弹簧等具有伸缩功能的材料)，并通过控制弹簧刚度实现关节刚度的变化。被动柔性机器人，需要在硬件上加弹性装置，而弹性装置尺寸较大结构复杂，实际应用中，弹性装置的储能可能会在碰撞过程中突然释放造成安全隐患；主动柔性机器人，利用控制算法实现机器人的柔性功能，其关节通常采用单个大力矩电机增加关节输出驱动力，但单个大力矩电机成本往往比较高，并且重量大，体积大，响应慢，不易控制，变刚度性能和灵活性差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多电机仿生机器人关节，提高变刚度性能和灵活性。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种多电机仿生机器人关节，包括转动轴，所述转动轴上设有若干驱动单元，各所述驱动单元均包括大齿轮、一个以上的与所述大齿轮啮合的小齿轮、以及对应驱动各所述小齿轮转动的电机，所述大齿轮与所述转动轴固定连接，所述小齿轮环绕所述大齿轮设置。

优选地，还包括安装固定各所述电机的壳体，所述转动轴的一端固定连接有舵盘，所述舵盘伸出所述壳体外，所述壳体上与舵盘所在端相反的一端设有副舵盘，所述舵盘和副舵盘上均设有若干安装孔。

优选地，所述驱动单元有两个，两所述驱动单元相对设置，分别为第一驱动单元和第二驱动单元。

优选地，各所述驱动单元中，小齿轮和电机分别有四个，四个所述小齿轮环绕所述大齿轮均匀分布。

优选地，所述第一驱动单元中的电机和第二驱动单元中的电机均为力矩电机。

优选地，所述第一驱动单元中的电机为力矩电机，所述第二驱动单元中的电机为空心杯电机。

优选地，各所述驱动单元中，小齿轮和电机分别有两个。

优选地，还包括磁性编码器，所述磁性编码器包括永磁体和编码器电路板，所述永磁体安装于转动轴上与舵盘所在端相反的一端上，所述编码器电路板与所述永磁体相对设置。

优选地，还包括电机驱动板，所述电机驱动板设于编码器电路板的后侧。

优选地，所述壳体的侧面设有若干接线口，所述副舵盘的中心设有过线孔，所述接线口上设有可拆卸的盖板，所述过线孔上设有可拆卸的堵头。

本实用新型的有益效果：此多电机仿生机器人关节，通过若干驱动单元共同驱动转动轴转动，其中，各驱动单元又通过若干小齿轮和电机共同驱动大齿轮转动，大齿轮带动转动轴转动，即多个较小的电机共同驱动关节，与传统的采用单个大力矩电机相比，模拟了生物肌肉多条肌束伸缩实现骨骼关节的运动，能够适应不同的刚度需求，提高仿生关节的变刚度性能和灵活性。此外，由于采用多电机共同驱动，当某个电机出现故障时，系统依然可正常运行，提高工作的可靠性。采用多个较小的电机代替单个大力矩电机，可降低机器人关节的制作成本，提高输出扭矩与重量比，增强快速响应性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例的侧视图；

图3是本实用新型实施例壳体的结构示意图；

图4是本实用新型实施例第一驱动单元和第二驱动单元采用不同电机的结构示意图；

图5是本实用新型实施例各驱动单元采用两个电机的结构示意图；

图6是本实用新型实施例各驱动单元采用两个电机的侧视图；

图7是本实用新型实施例磁性编码器和电机驱动板的结构示意图；

图8是本实用新型实施例接线口和过线孔的结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图8，本实用新型为一种多电机仿生机器人关节，包括转动轴10，转动轴10上设有若干驱动单元，各驱动单元均包括大齿轮21、一个以上的与大齿轮21啮合的小齿轮22、以及对应驱动各小齿轮22转动的电机23，大齿轮21与转动轴10固定连接，小齿轮22环绕大齿轮21设置。

动物能通过肌肉有效完成复杂操作，因生物肌肉组织由多条肌束构成，肌束由多条肌纤维构成，肌纤维由多条肌原纤维构成，肌原纤维由肌小节构成，肌小节内又包含粗肌丝和细肌丝，基于此，提出本多电机仿生机器人关节。在本实施例中，通过若干驱动单元共同驱动转动轴10转动，其中，各驱动单元又通过若干小齿轮22和电机23共同驱动大齿轮21转动，大齿轮21带动转动轴10转动，即多个较小的电机23共同驱动关节，与传统的采用单个大力矩电机相比，模拟了生物肌肉多条肌束伸缩实现骨骼关节的运动，能够适应不同的刚度需求，提高仿生关节的变刚度性能和灵活性。

此外，由于采用多电机共同驱动，当某个电机23出现故障时，系统依然可正常运行，提高了工作的可靠性。并且采用多个较小的电机23代替单个大力矩电机，可降低机器人关节的制作成本，提高输出扭矩与重量比，增强快速响应性能。

作为优选，如图3所示，还包括安装固定各电机23的壳体50，转动轴10的一端固定连接有舵盘51，舵盘51伸出壳体50外，壳体50上与舵盘51所在端相反的一端设有副舵盘52，舵盘51和副舵盘52上均设有若干安装孔511。副舵盘52和舵盘51通过安装孔511可分别安装于两个机械臂上，多个电机23带动转动轴10转动，转动轴10带动舵盘51转动，从而使两个机械臂形成相对转动。

作为优选，驱动单元有两个，两驱动单元相对设置，分别为第一驱动单元31和第二驱动单元32，如图1所示。采用两个驱动单元，结构简单，以及便于控制。

作为其中的一种实施方式，各驱动单元中，小齿轮22和电机23分别有四个，四个小齿轮22环绕大齿轮21均匀分布。其中，第一驱动单元31和第二驱动单元32的电机23可以采用相同的电机或不同的电机，以满足不同的工作需求，例如：如图1所示，第一驱动单元31中的电机23和第二驱动单元32中的电机23均为力矩电机，即共有8个力矩电机，能够满足较大的力矩输出，输出的总力矩由8个力矩电机平均承担，力矩电机41能够提供较稳定的输出力矩；又如：如图4所示，第一驱动单元31中的电机23为力矩电机41，第二驱动单元32中的电机23为空心杯电机42，空心杯电机42是一种高转速、快响应的永磁电机，四个空心杯电机42工作能够实现转动轴10的快速转动，适用于空载的情况，快速动作，而四个力矩电机41工作则能够输出稳定的力矩，适用于负载的情况。因此，第一驱动单元31和第二驱动单元32采用不同的电机，可以满足不同的工作需求，关节模块具有更强的灵活性。

作为另一种实施方式，如图5所示，各驱动单元中，小齿轮22和电机23分别有两个，同理，第一驱动单元31和第二驱动单元32中的电机23可以采用相同型号或不同型号的电机，以满足不同的工作需求，并且每个驱动单元中，两个小齿轮22可以围绕大齿轮21均匀分布，即呈180°分布，也可以非均匀分布，如图6所示。

可以理解的是，在某些实施例中，驱动单元还可以有3个或更多个，并且每个驱动单元中的电机23可以为1个或者2个以上，

作为优选，还包括磁性编码器，磁性编码器包括永磁体61和编码器电路板62，永磁体61安装于转动轴10上与舵盘51所在端相反的一端的端面上，编码器电路板62与永磁体61相对设置，如图7所示。编码器电路板62上设有检测磁场的霍尔传感器芯片，通过检测转动轴10带动永磁体61转动时产生的磁场变化，实现转动轴10转动角度位置和转速的检测，其中，永磁体61可以为磁铁。相比传统的光学编码器，采用磁性编码器，结构简单，占用空间小，安装结构紧凑。

作为优选，还包括电机驱动板70，电机驱动板70设于编码器电路板62的后侧。磁性编码器和电机驱动板70均集成于壳体50内，结构紧凑，形成完整的关节模块。

作为优选，如图8所示，壳体50的侧面设有若干接线口53，副舵盘52的中心设有过线孔54，接线口53上设有可拆卸的盖板55，过线孔54上设有可拆卸的堵头56。通过接线口53或过线孔54可将电机23的电源线和信号线等电线引出，根据需要如根据其他连接部件的位置选择合适的接线口53或过线孔54，从壳体50的某一侧面或端面引出电线，便于接线，未引线的接线口53或过线孔54用盖板55或堵头56密封，防止灰尘等进入。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。