機器人手臂關節電機的制作方法

本發明屬于仿人機器人關節電機技術領域，尤其是涉及一種機器人手臂關節電機。

背景技術：

隨著機器人制造水平的不斷提高，傳感技術、智能技術、網絡技術和云計算技術的持續突破，具有感知、決策、執行等系列功能的智能機器人應運而生，深受各大科技公司和資本市場青睞。電機是智能機器人產業鏈上關鍵的一環，隨著智能機器人的技術提高，對電機提出了更高要求。

在智能機器人中，有一類具有仿人形手臂的機器人，可以模仿人類手臂做出各種動作，實現這些動作的核心就是各個關節電機及其控制系統。要實現多自由度靈活動作，需要各個關節電機協同控制，并且電機需要力矩大、響應速度快、控制精度高，以實現各種流暢的動作。

現有智能機器人用的伺服關節電機大多為電機+減速齒輪箱+位置傳感器+驅動器，其中電機為直流無刷電機(或更低端的直流有刷電機)，位置傳感器置于齒輪箱輸出軸上端部。驅動器根據位置傳感器反饋信號控制電機運轉，實現關節各種動作。但是這種方式，由于傳感器反饋的是齒輪箱輸出軸位置而非電機軸位置，不能直接用作電機換向，在手臂做低速動作時，很容易出現控制不穩，從而造成手臂抖動不穩定現象，嚴重影響使用。目前智能機器人廠家采用的解決方法是加阻尼裝置或者避開低速動作。采用加阻尼裝置的方式的成本高，而且效果并不理想。無論哪種方式，都不是智能機器人生產廠家的理想解決方案，急需在電機端本身解決低速抖動問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種機器人手臂關節電機，本電機運轉流暢自如，無抖動，且本電機具有噪音低、壽命長、扭力大和降低客戶系統成本等優點。

根據本發明的一個方面，提供了一種機器人手臂關節電機，包括電機主體、位置傳感器、齒輪箱和驅動器，所述電機主體包括機殼以及設于機殼內的定子、轉子和電機pcb板，所述定子包括固定于機殼內壁的定子鐵芯和定子繞組，所述轉子包括轉子鐵芯和轉軸，所述轉子鐵芯的外圓周布置有永磁鐵，所述轉子鐵芯固定于轉軸的外圓周，所述轉軸的一端與齒輪箱連接，所述轉軸的另一端與位置傳感器連接，所述位置傳感器包括磁環和磁編碼器，所述磁環固設于轉軸的末端，所述磁編碼器與磁環軸向相對設置，且所述磁編碼器的中心軸與磁環的中心軸位于同一直線上，所述電機pcb板與驅動器電連接，所述驅動器與位置傳感器通信連接，并依據位置傳感器傳遞的位置信息控制電機主體工作。

本發明的有益效果是：由于磁環固設于轉軸的末端，磁編碼器與磁環軸向相對設置，且所述磁編碼器的中心軸與磁環的中心軸位于同一直線上，如此在電機旋轉時，磁編碼器感應到安裝在轉軸上磁環的旋轉磁場，產生位置信息，通過位置傳感器與驅動器通訊，驅動器能接收到位置傳感器傳遞的位置信息，由于所述電機pcb板與驅動器電連接，驅動器在接收到位置傳感器傳遞的位置信息后控制電機主體工作，由此使電機運轉無抖動，運轉流暢自如；相較于采用加阻尼裝置的電機而言，使用本電機的系統成本低；由于本電機無阻尼裝置，沒有因阻尼機械摩擦帶來的機械磨損，本電機的使用壽命長，大大提高了關節系統的可靠性，也方便客戶裝配，為客戶簡化了關節部位的結構，更延長客戶機器人關節的使用壽命；本電機沒有阻尼的機械摩擦，大大降低了電機的噪音。

在一些實施方式中，所述位置傳感器還包括位置傳感器pcb板，所述磁編碼器安裝于位置傳感器pcb板上。

在一些實施方式中，所述磁編碼器為高分辨率的絕對式磁編碼器，由此，本電機的位置傳感器所檢測出的位置信息的精準度比傳統霍爾元件做的位置傳感器所檢測出的位置信息精準度高千倍，因此本電機的控制更精準，扭力更大。

在一些實施方式中，所述驅動器包括運算控制模塊、驅動模塊、通訊模塊和功率開關模塊，所述驅動模塊和通訊模塊均與運算控制模塊電性連接，所述驅動模塊和功率開關模塊電性連接，所述功率開關模塊與電機pcb板連接，所述運算控制模塊與位置傳感器pcb板電性連接。由此，驅動器能配合既定的算法來控制電機主體工作，提高控制精度。

在一些實施方式中，所述磁環為由單對極永磁體制作形成的磁環。

在一些實施方式中，所述機器人手臂關節電機還包括第一引線和第二引線，所述第一引線與電機pcb板連接，所述第二引線與位置傳感器pcb板連接。

附圖說明

圖1是本發明之實施例的組裝結構圖；

圖2是本發明之實施例的側視圖；

圖3是圖2中a-a處的剖視圖；

圖4是本發明之實施例的驅動器的原理方框圖；

圖5是本發明之另一實施例的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。

參照圖1至圖4:一種機器人手臂關節電機，包括電機主體1、位置傳感器2、齒輪箱3、驅動器4、第一引線5和第二引線6。

所述電機主體1包括機殼11以及設于機殼11內的定子12、轉子和電機pcb板13，所述定子12包括固定于機殼11內壁的定子鐵芯和定子繞組，所述轉子包括轉子鐵芯14和轉軸16，所述轉子鐵芯14的外圓周布置有永磁鐵15，所述轉子鐵芯14固定于轉軸16的外圓周，所述轉軸16的一端與齒輪箱3連接，所述轉軸16的另一端與位置傳感器2連接。

所述位置傳感器2包括磁環21和位置傳感器pcb板22，所述磁環21套設于轉軸16的末端，所述磁環21為由單對極永磁體制作形成的磁環，所述位置傳感器pcb板22上安裝有磁編碼器23，所述磁編碼器23與磁環21軸向相對設置，且所述磁編碼器23的中心軸與磁環21的中心軸位于同一直線上。所述磁編碼器23為高分辨率的絕對式磁編碼器，所述位置傳感器2通過螺栓固定于電機主體1上。

所述驅動器4設于機器人手臂關節電機的體外，所述驅動器4包括運算控制模塊41、驅動模塊42和功率開關模塊43，所述驅動模塊42與運算控制模塊41電性連接，所述驅動模塊42和功率開關模塊43電性連接，所述功率開關模塊43通過第一引線5與電機pcb板13連接，所述運算控制模塊41通過第二引線6與位置傳感器pcb板22電性連接。

如圖5所示為發明之另一實施例，其與上述實施例的不同之處在于：所述轉軸16與位置傳感器2連接一端的末端設有凹槽，所述磁編碼器23固定安裝于凹槽內。

工作時，電流導通電機主體1的定子繞組，定子繞組通入電流產生磁場，永磁鐵17在磁場作用下旋轉，并帶動轉軸16轉動；磁環21隨同轉軸16一起做旋轉，由于磁環21旋轉的角度不同，其磁場位置則會有相應的變化，而磁編碼器23固定不動，磁編碼器23因此能獲得相應的位置信號，位置傳感器pcb板22將該位置信號傳輸到驅動器4的運算控制模塊41中，運算控制模塊41通過既定的算法進行運算并向驅動模塊42發出相應的指令，驅動模塊42根據指令驅動功率開關模塊43控制流入定子繞組的電流大小及方向，以此控制轉軸16的轉動速率及轉動方向，使電機運轉在任何時候都能運轉流暢自如，無抖動現象發生，由此，使用本電機的機器人手臂能流暢完成各種動作。

本電機的有益效果為：由于磁環21固設于轉軸16的末端，磁編碼器23與磁環21軸向相對設置，且所述磁編碼器23的中心軸與磁環21的中心軸位于同一直線上，如此在電機旋轉時，磁編碼器23感應到安裝在轉軸上磁環21的旋轉磁場，產生位置信息，通過位置傳感器2與驅動器4通訊，驅動器4能接收到位置傳感器2傳遞的位置信息，由于所述電機pcb板14與驅動器4電連接，驅動器4在接收到位置傳感器2傳遞的位置信息后控制電機主體1工作，由此使電機運轉無抖動，運轉流暢自如；相較于采用加阻尼裝置的電機而言，使用本電機的系統成本低；由于本電機無阻尼裝置，沒有因阻尼機械摩擦帶來的機械磨損，本電機的使用壽命長，大大提高了關節系統的可靠性，也方便客戶裝配，為客戶簡化了關節部位的結構，更延長客戶機器人關節的使用壽命；本電機沒有阻尼的機械摩擦，大大降低了電機的噪音；由于磁編碼器23為高分辨率的絕對式磁編碼器，本電機的位置傳感器2所檢測出的位置信息的精準度比傳統霍爾元件做的位置傳感器所檢測出的位置信息精準度高千倍，因此本電機的控制更精準，扭力更大。

需要說明的是本發明的驅動器4也可以設置于機器人手臂關節電機內。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。