CN213918288U - 执行器及包含其的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人领域，公开了一种执行器及包含其的机器人。该执行器包括：第一壳体、第二壳体、电机、第一减速输出机构以及第二减速输出机构；第一壳体与第二壳体同轴固定连接，第一壳体形成电机安装腔，电机设置于电机安装腔内；电机包括定子以及同轴设置于定子内侧的转子，转子具有转子轴；第一减速输出机构以及第二减速输出机构均与转子轴驱动连接，第一减速输出机构设置于第一壳体上，第二减速输出机构设置于第二壳体上，且对称设置于电机两侧。本实用新型实施例使得执行器对称性佳、刚性高且可承受较大倾覆力矩，从而有利于提升机器人使用性能。

Description

执行器及包含其的机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种执行器及包含其的机器人。

背景技术

近年来，机器人领域发展迅速。机器人的发展对执行器提出了更高的要求。机器人的应用场景要求关节执行器要能承受大载荷、具有高刚度，同时体积、重量尽可能小。现有的执行器普遍采用单减速箱机构，单向输出。这种执行器在受到倾覆力矩时单边受力不均衡，不利于执行器刚度和机器人设计；这种方案普遍通过增加外壳厚度、增加结构件强度、增加紧固件数量的方式来保证刚度和承受载荷性能，对于减小重量和体积不利；另外，这种方案使得执行器内部的质量分布不对称，不利于动力学控制和机器人设计。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种执行器及包含其的机器人，使得执行器对称性佳、刚性高、可承受较大倾覆力矩且有利于减重，从而有利于提升机器人使用性能。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种执行器，包括：第一壳体、第二壳体、电机、第一减速输出机构以及第二减速输出机构；

所述第一壳体与所述第二壳体同轴固定连接，所述第一壳体形成电机安装腔，所述电机设置于所述电机安装腔内；所述电机包括定子以及同轴设置于所述定子内侧的转子，所述转子具有转子轴；

所述第一减速输出机构以及所述第二减速输出机构均与所述转子轴驱动连接，所述第一减速输出机构设置于所述第一壳体上，所述第二减速输出机构设置于所述第二壳体上，且对称设置于所述电机两侧。

本实用新型的实施方式还提供了一种机器人，包括：如前所述的执行器。

采用上述结构的执行器，第一壳体和第二壳体同轴固定连接，电机设置在第一壳体的电机安装腔内，第一减速输出机构以及第二减速输出机构分别设置在第一壳体和第二壳体上，且对称设置于电机两侧，因此本实用新型实施例的执行器一改现有单减速输出设计，采用对称性佳的双减速输出结构，从而使得执行器具有较佳的对称性，并且可提高执行器的刚性以及对倾覆力矩的承受能力，进而有利于提高机器人的使用性能。

作为一种实施例，所述转子的轴向两侧形成第一转子凹腔以及第二转子凹腔，至少部分所述第一减速输出机构位于所述第一转子凹腔内，至少部分所述第二减速输出机构位于所述第二转子凹腔内。

作为一种实施例，所述第一壳体一端形成第一安装架，所述第一减速输出机构设置于所述第一安装架形成的环形安装腔内；

所述第二壳体形成第二安装架，所述第二减速输出机构设置于所述第二安装架形成的环形安装腔内。

作为一种实施例，所述执行器还包括：设置于所述第一安装架和所述转子之间的第一转子轴承，以及设置于所述第二安装架和所述转子之间的第二转子轴承，所述第一转子轴承和所述第二转子轴承对称设置于所述电机轴向两侧。

作为一种实施例，所述第一安装架和所述转子之间形成第一轴承安装腔，所述第一转子轴承设置于所述第一轴承安装腔内；所述第二安装架和所述转子之间形成第二轴承安装腔，所述第二转子轴承设置于所述第二轴承安装腔内。

作为一种实施例，所述第一减速输出机构包括：第一减速器、第一输出机构以及第一输出侧轴承；

所述第一减速器固设于所述第一安装架上，所述第一减速器与所述转子轴驱动连接；

所述第一输出机构的输入端连接所述第一减速器的输出端，所述第一输出机构通过所述第一输出侧轴承设置于所述第一壳体；

所述第二减速输出机构包括：第二减速器、第二输出机构以及第二输出侧轴承；

所述第二减速器固设于所述第二安装架上，所述第二减速器与所述转子轴驱动连接；

所述第二输出机构的输入端连接所述第二减速器的输出端，所述第二输出机构通过所述第二输出侧轴承设置于所述第二壳体；

所述第一减速器的减速比与所述第二减速器的减速比相同。

作为一种实施例，所述第一输出侧轴承和/或所述第二输出侧轴承为接触角大于0°的轴承。

作为一种实施例，所述执行器还包括设置于所述第一输出机构上的第三转子轴承以及设置于所述第二输出机构上的第四转子轴承。

作为一种实施例，所述定子内径大于或者等于定子外径的75％。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，可以理解地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的执行器的剖面结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的执行器的分解示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的执行器的输出侧轴承结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的执行器的定子齿结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的机器人的结构示意图。

其中：1-执行器，10a-第一壳体，10b-第二壳体，100a-第一壳本体，100b-第二壳本体，11a-第一安装架，11b-第二安装架，13-第一台阶，12-第二台阶，20-定子，21-转子，22-转子轴，23-第三台阶，30a-第一减速器，30b-第二减速器，31a-第一输出机构，31b-第二输出机构，32a-第一输出侧轴承，32b-第二输出侧轴承，14a-第一转子轴承，14b-第二转子轴承，15a-第三转子轴承，15b-第四转子轴承。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于对应的部件自身轮廓而言的“内”、“外”。另外，本公开所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应该理解为对本公开的限制。

如图1至图2所示，本实用新型实施例提供了一种执行器，可应用于机器人关节。该执行器1包括：第一壳体10a、第二壳体10b、电机、第一减速输出机构以及第二减速输出机构。第一壳体10a与第二壳体10b同轴固定连接，第一壳体10a形成电机安装腔，电机设置于电机安装腔内。电机包括定子20以及同轴设置于定子20内侧的转子21，转子21具有转子轴22。转子轴22可贯穿第一壳体10和第二壳体10b，或者也可以不贯穿第一壳体10a和第二壳体10b，在此不做具体限制。第一减速输出机构以及第二减速输出机构均与转子轴22驱动连接，第一减速输出机构设置于第一壳体10a上，第二减速输出机构设置于第二壳体10b上，且对称设置于电机两侧。下面对各个部件的结构以及它们之间的位置关系、连接关系以及功能一一进行说明。

可选地，本实施例中，第一壳体10a包括第一壳本体100a，第一壳本体100a呈圆柱形，形成有圆筒形的电机安装腔。电机为内转子电机，定子20可通过胶水固定于电机安装腔的内壁上，然不限于此，在其他实施例中，定子也可以通过销接方式与第一壳本体固定或者通过过盈配合方式安装在第一壳本体上，本实施例对此不做具体限制。本实施例中，第二壳体10b包括第二壳本体100b，第二壳本体100b呈圆柱形，且第二壳本体100b的直径小于第一壳本体100a的直径，第二壳本体100b嵌套设置于第一壳本体100a，第二壳本体100b的外端还具有径向伸出的环形挡檐，该环形挡檐与第一壳本体的端面配合，使得相连接的第一壳本体和第二壳本体形成执行器壳体。第一壳本体和第二壳本体之间可以通过胶水固定，本实施例对第一壳本体、第二壳本体的形状以及连接方式不做具体限制。本实施例中，第一壳本体和第二壳本体相连后在壳本体内壁形成定子安装槽，定子安装在定子安装槽中，从而对定子进行轴向限位。

本实施例中，第一壳本体100a一端形成第一安装架11a，第一安装架11a具有向内凹陷的环形安装腔，第一减速输出机构设置于第一安装架的环形安装腔内。第二壳本体100b也形成第二安装架11b，第二减速输出机构设置于第二安装架11b形成的向内凹陷的环形安装腔内。可选地，本实施例中，第一减速输出机构包括：第一减速器30a、第一输出机构31a以及第一输出侧轴承32a。第一减速器30a固设于第一安装架11a上，第一减速器30a与转子轴22驱动连接。第一输出机构31a的输入端连接第一减速器30a的输出端，第一输出机构31a通过第一输出侧轴承32a设置于第一壳体10a。可选地，本实施例中，第二减速输出机构与第一减速输出机构结构相同。具体地，第二减速输出机构包括：第二减速器30b、第二输出机构31b以及第二输出侧轴承32b。第二减速器30b固设于第一安装架11b上，第二减速器30b与转子轴22驱动连接。第一输出机构31b的输入端连接第二减速器30b的输出端，第二输出机构31b通过第一输出侧轴承32b设置于第二壳体10b。

可选地，本实施例中，转子21的轴向两侧形成第一转子凹腔以及第二转子凹腔，至少部分第一减速输出机构位于第一转子凹腔内，至少部分第二减速输出机构位于第二转子凹腔内。具体地，第一减速器30a部分或者完全地位于第一转子凹腔内，第二减速器30b部分或者完全地位于第二转子凹腔内。从而使得第一减速输出机构和第二减速输出机构与电机在轴向上存在重叠，有利于减小执行器的轴向尺寸。

作为举例而非限制，本实施例中，第一减速器30a、第二减速器30b可以为单级行星减速器。第一减速器30a和第二减速器30b的减速比相同。第一输出机构31a和第二输出机构31b可以为法兰行星架。可选地，第一输出机构31a与第一输出侧轴承32a过盈配合，第二输出机构31b与第二输出侧轴承32b过盈配合。可选地，在本实施例中，第一壳体10a与第一输出侧轴承32a过盈配合，第二壳体10b与第二输出侧轴承32b过盈配合。可选地，在另一个实施例中，第一壳体10a通过卡簧与第一输出侧轴承32a配合，从而对第一输出侧轴承32a进行轴向限位和保持游隙，第二壳体10b通过卡簧与第二输出侧轴承32b配合，从而对第二输出侧轴承32b进行轴向限位和保持游隙。

可选地，本实施例中，单级行星减速器可以包括内齿圈、太阳齿、行星齿和行星架构成，传动方式为太阳齿主动输入，内齿圈固定，行星架从动输出。在其他实施例当中，行星减速器的相关部件也可以替换成双联行星齿、双联太阳齿、多种双联行星齿等，传动方式并不局限于太阳齿主动输入，内齿圈固定，行星架从动输出的方式；在其他实施例中，单级行星减速器可以为斜齿行星减速器，且第一减速器和第二减速器齿轮的螺旋角相对于正交于电机轴线z的平面p对称。本实施例中，如图3所示，第一输出侧轴承32a和第二输出侧轴承32b可以为接触角α大于0°的轴承，从而有利于执行器承受较大的轴向载荷。本实施例中，第一输出侧轴承32a和第二输出侧轴承32b可以采用圆锥滚子轴承。在其他实施例中，第一输出侧轴承32a和第二输出侧轴承32b也可以为角接触轴承或交叉滚子轴承。本实施例中，第一输出侧轴承32a和第二输出侧轴承32b相对于正交于电机轴线z的平面p镜像对称设置，从而使得第一减速输出机构与第二减速输出机构相对电机对称设置。由于第一减速输出机构与第二减速输出机构在电机轴向高度对称，从而使得执行器能够承受较大的倾覆力矩。本实施例对第一、第二减速输出机构的实施方式不做具体限制。

可选地，本实施例中，如图1所示，执行器1还包括设置于第一安装架11a和转子21之间的第一转子轴承14a，以及设置于第二安装架11b和转子21之间的第二转子轴承14b，第一转子轴承14a和第二转子轴承14b对称设置于电机轴向两侧。可选地，第一安装架11a和转子21之间形成第一轴承安装腔，第一转子轴承14a设置于第一轴承安装腔内。第二安装架11b和转子21之间形成第二轴承安装腔，第二转子轴承14b设置于第二轴承安装腔内。具体地，第一安装架11a具有轴向延伸的第一台阶13以及径向延伸的第二台阶12，转子21具有轴向延伸的第三台阶23，第一台阶13、第二台阶12以及第三台阶23形成第一轴承安装腔。类似地，第二安装架11b和转子21也具有与第一轴承安装腔对称的第二轴承安装腔，此处不再赘述。可以理解的是，本实施例对于第一转子轴承以及第二转子轴承的安装限位方式不做具体限制。

可选地，本实施例中，如图1所示，执行器1还包括设置于第一输出机构31a上的第三转子轴承15a以及设置于第二输出机构31b上的第四转子轴承15b,从而对转子轴起到更好的支承作用。

在一种实施例中，第一减速输出机构和第二减速输出机构还可以包含弹性储能机构，比如在第一输出机构和第二输出机构外端设置弹簧等。

在一种实施例中，如图4所示，定子20的内径d1大于或者等于定子外径d2的75％,使得转子21中可以留出较大的空间容纳安装架，并使得执行器具有更佳的力矩性能。

在一种实施例中，如图1、图2所示，第一壳体10a内侧设有电路板4，电路板可包含电机控制电路、功率元件以及旋转编码器等。本实施例对电路板上所承载的元件和对应的功能不作限制。

在一种实施例中，第一减速输出机构的输出侧或者第二减速输出机构的输出侧设有编码器。按照原理划分，编码器可以为磁编码器、电感编码器、电容编码器以及光编码器；按照功能划分，编码器可以为绝对位置编码器和增量式编码器；按照结构划分，编码器结构可以为非接触式轴编码器和非接触式中空式编码器，在此不做具体限制。

本实施例的执行器与现有技术相比，通过将分体的第一壳体、第二壳体同轴固定连接形成执行器壳体，并将电机设置在第一壳体的电机安装腔内，第一减速输出机构以及第二减速输出机构以相对电机高度对称的方式设置在第一壳体和第二壳体上，从而使得执行器具有对称性佳的双减速输出结构，进而有利于提高执行器的刚性以及对倾覆力矩的承受能力。

本实用新型实施例还提供一种机器人，包括如前所述的执行器。如图5所示，机器人包括第一手臂和第二手臂，前述实施例中的执行器1作为第一手臂和第二手臂之间的关节执行器。其中，执行器1的壳体与第一手臂或者第二手臂固定连接，执行器的第一输出侧和/或第二输出侧与第二手臂连接。本实施例对于执行器与机器人肢体的连接方式不做具体限制。

本实施例的机器人与现有技术相比，具有更佳的刚性以及对倾覆力矩的承受能力，进而有利于减少执行器重量和体积、提高机器人的使用性能以及寿命。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种执行器，其特征在于，包括：第一壳体、第二壳体、电机、第一减速输出机构以及第二减速输出机构；

所述第一壳体与所述第二壳体同轴固定连接，所述第一壳体形成电机安装腔，所述电机设置于所述电机安装腔内；所述电机包括定子以及同轴设置于所述定子内侧的转子，所述转子具有转子轴；

所述第一减速输出机构以及所述第二减速输出机构均与所述转子轴驱动连接，所述第一减速输出机构设置于所述第一壳体上，所述第二减速输出机构设置于所述第二壳体上，且对称设置于所述电机两侧。

2.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，所述转子的轴向两侧形成第一转子凹腔以及第二转子凹腔，至少部分所述第一减速输出机构位于所述第一转子凹腔内，至少部分所述第二减速输出机构位于所述第二转子凹腔内。

3.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，所述第一壳体一端形成第一安装架，所述第一减速输出机构设置于所述第一安装架形成的环形安装腔内；

所述第二壳体形成第二安装架，所述第二减速输出机构设置于所述第二安装架形成的环形安装腔内。

4.根据权利要求3所述的执行器，其特征在于，所述执行器还包括：设置于所述第一安装架和所述转子之间的第一转子轴承，以及设置于所述第二安装架和所述转子之间的第二转子轴承，所述第一转子轴承和所述第二转子轴承对称设置于所述电机轴向两侧。

5.根据权利要求4所述的执行器，其特征在于，所述第一安装架和所述转子之间形成第一轴承安装腔，所述第一转子轴承设置于所述第一轴承安装腔内；所述第二安装架和所述转子之间形成第二轴承安装腔，所述第二转子轴承设置于所述第二轴承安装腔内。

6.根据权利要求3所述的执行器，其特征在于，所述第一减速输出机构包括：第一减速器、第一输出机构以及第一输出侧轴承；

所述第一减速器固设于所述第一安装架上，所述第一减速器与所述转子轴驱动连接；

所述第一输出机构的输入端连接所述第一减速器的输出端，所述第一输出机构通过所述第一输出侧轴承设置于所述第一壳体；

所述第二减速输出机构包括：第二减速器、第二输出机构以及第二输出侧轴承；

所述第二减速器固设于所述第二安装架上，所述第二减速器与所述转子轴驱动连接；

所述第二输出机构的输入端连接所述第二减速器的输出端，所述第二输出机构通过所述第二输出侧轴承设置于所述第二壳体；

所述第一减速器的减速比与所述第二减速器的减速比相同。

7.根据权利要求6所述的执行器，其特征在于，所述第一输出侧轴承和/或所述第二输出侧轴承为接触角大于0°的轴承。

8.根据权利要求6所述的执行器，其特征在于，所述执行器还包括设置于所述第一输出机构上的第三转子轴承以及设置于所述第二输出机构上的第四转子轴承。

9.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，所述定子内径大于或者等于定子外径的75％。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的执行器。

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