一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机的制作方法

本发明涉及人形机器人，具体为一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机。

背景技术：

1、人形机器人是一种模仿人类形态、结构和功能设计的智能机器人。它们通常具有与人类相似的身体构造，包括头部、躯干、四肢等，并且能够执行类似人类的动作和任务。因其独特的形态和功能，广泛应用在服务、救援、娱乐、教育、科研多个领域，且随着技术的不断进步和成本的降低，人形机器人将逐渐走进人们的日常生活和工作中，成为人类的重要助手和伙伴。

2、从技术构成来说，人形机器人由机械结构、驱动系统、感知系统、控制系统、能源系统五个部分组成。其中，人形机器人的机械结构通常包括骨架、关节以及外部覆盖材料（如硅胶、塑料等，用于模拟人类皮肤）。而安装在人形机器人各个关节部位，用于驱动关节运动并提供必要动力和精度的电动机，被称为关节电机。这些电机通常具有高扭矩、高精度、低噪音和紧凑设计等特点，以满足人形机器人对关节灵活度、运动范围和负载能力的需求，是人形机器人实现各种运动的基础。

3、机器人关节电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，电机端盖就是电机机壳的盖子，电机的端盖需要安装轴承。而电机轴承预紧力则是作用在轴承上的一种特殊力，它是由预紧元件（如弹簧垫片、圆锥套等）产生的压力，用以抵消电机负载和轴向力的影响，保证轴承正常工作。预紧力的大小直接影响轴承的寿命以及电机的工作效率。

4、然而，在实际使用过程中，现有的人形机器人关节电机往往无法自动补偿间隙的轴承预紧结构，以致于电机在屈伸、旋转等动作中传动无法稳定传动，增加机械磨损，缩短机器人的使用寿命，甚至导致关节在运动过程中出现松动，进而影响机器人的稳定性和运动精度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，包括电机模块和轴承，所述电机模块的一侧连接有编码器底座，且编码器底座的内侧卡合安装有驱动板，并且编码器底座安装有驱动板的一侧固定连接有防尘端盖，所述电机模块的另一侧连接有减速器模块，且减速器模块远离电机模块的一侧连接有输出端，所述轴承设置在减速器模块和输出端之间，且轴承的内侧与输出端的外表面固定连接，并且轴承的外侧固定连接有弹性元件，所述轴承通过弹性元件与减速器模块保持连接，且弹性元件呈环形阵列等距布设在轴承的外侧。

3、进一步的，所述电机模块包括有机壳和机芯，且机芯安装在机壳的内部。

4、进一步的，所述机芯包括有转轴、转子铁芯和转子磁钢，所述转轴的外表面套设有转子铁芯，且转子铁芯的外壁固定连接有转子磁钢，所述转子磁钢的数量为四个，四个所述转子磁钢按照s极和n极交替设置在转子铁芯的外侧。

5、进一步的，所述机芯还包括有定子磁轭、定子齿身、定子绕组、定子齿顶和气隙，所述定子磁轭贴壁固定在机壳的内部，且定子磁轭的内表面固定连接有定子齿身，所述定子齿身的外表面均匀缠绕有定子绕组，且定子齿身的端部固定连接有定子齿顶，并且定子齿顶与转子磁钢之间留有气隙。

6、进一步的，所述编码器底座包括有底座台和主动齿轮，所述底座台与转轴活动连接，且底座台与转轴构成贯穿结构，并且转轴的外壁套设有主动齿轮。

7、进一步的，所述编码器底座还包括有磁铁一、从动齿轮一、磁铁二和从动齿轮二，所述底座台靠近驱动板的一侧活动安装有磁铁一，且磁铁一的外壁套设有从动齿轮一，所述底座台靠近驱动板的一侧活动安装有磁铁二，且磁铁二的外壁套设有从动齿轮二。

8、进一步的，所述主动齿轮分别与从动齿轮一、从动齿轮二啮合，且从动齿轮一与从动齿轮二的齿数不一致，用于实现绝对位置的编码，所述从动齿轮一是电机编码器，负责foc解算，所述从动齿轮二与从动齿轮一存在齿数比，用于模拟输出轴角度。

9、进一步的，所述减速器模块包括有机体、连接座、安装槽和限位槽，所述机体与连接座通过螺丝固定连接，且连接座远离机体的一侧与转轴的端部焊接，所述机体的内侧开设有安装槽，且安装槽的内壁开设有限位槽。

10、进一步的，所述弹性元件包括有连接块、绝缘杆和端盘，所述连接块固定在轴承的外壁，且连接块的两侧对称固定有绝缘杆，所述绝缘杆的一端与连接块的外壁固定连接，且绝缘杆的另一端没入限位槽内并固定连接有端盘。

11、进一步的，所述弹性元件还包括有弹簧一和弹簧二，所述弹簧一的一端与限位槽的内壁固定连接，且弹簧一的另一端与端盘固定连接，并且端盘通过弹簧一与限位槽的内壁保持连接，所述弹簧二设置在绝缘杆外部，且弹簧二的一端与连接块的外壁固定连接，且弹簧二的另一端与安装槽的内壁固定连接。

12、本发明提供了一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，具备以下有益效果：

13、1、本发明设置有弹性元件，当输出端在转轴的传动下进行旋转时，轴承外侧的弹性元件将自动补偿间隙的轴承预紧结构，利用弹簧一和弹簧二，使得连接块两侧的绝缘杆能够在限位槽内活动，从而实现补偿，改进后的关节电机可通过弹簧弹力自动补偿间隙的轴承预紧结构，确保电机在屈伸、旋转等动作中始终保持稳定传动，减少机械磨损，延长电机使用寿命。

14、2、本发明通过转轴带动主动齿轮旋转，并经由啮合传动，分别带动从动齿轮一、从动齿轮二进行旋转，从而使得从动齿轮一与从动齿轮二错开齿数，配合磁铁一、磁铁二同步转动，以便驱动板通过磁来实现检测，改进后的关节电机不仅能检测到旋转的速度，还能检测到旋转的方向，每个位置对应唯一编码，断电后无需重新找原点即可恢复位置信息，即使电机突然断电停止，通电后也能立刻检测出电机当前的角度。

15、3、本发明设置有电机模块，利用电磁感应带动转轴旋转，将电能转换为机械能，同时定子磁轭提供磁路闭合路径，减少了漏磁，配合定子齿身、定子绕组、定子齿顶所构成的组件环形阵列等距布设，确保了气隙均匀，从而实现磁场稳定传递，提升效率并降低振动噪声，进一步增强关节电机的使用效果。

1.一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，包括电机模块（1）和轴承（7），其特征在于，所述电机模块（1）的一侧连接有编码器底座（2），且编码器底座（2）的内侧卡合安装有驱动板（3），并且编码器底座（2）安装有驱动板（3）的一侧固定连接有防尘端盖（4），所述电机模块（1）的另一侧连接有减速器模块（5），且减速器模块（5）远离电机模块（1）的一侧连接有输出端（6），所述轴承（7）设置在减速器模块（5）和输出端（6）之间，且轴承（7）的内侧与输出端（6）的外表面固定连接，并且轴承（7）的外侧固定连接有弹性元件（8），所述轴承（7）通过弹性元件（8）与减速器模块（5）保持连接，且弹性元件（8）呈环形阵列等距布设在轴承（7）的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述电机模块（1）包括有机壳（101）和机芯（102），且机芯（102）安装在机壳（101）的内部。

3.根据权利要求2所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述机芯（102）包括有转轴（1021）、转子铁芯（1022）和转子磁钢（1023），所述转轴（1021）的外表面套设有转子铁芯（1022），且转子铁芯（1022）的外壁固定连接有转子磁钢（1023），所述转子磁钢（1023）的数量为四个，四个所述转子磁钢（1023）按照s极和n极交替设置在转子铁芯（1022）的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述机芯（102）还包括有定子磁轭（1024）、定子齿身（1025）、定子绕组（1026）、定子齿顶（1207）和气隙（1208），所述定子磁轭（1024）贴壁固定在机壳（101）的内部，且定子磁轭（1024）的内表面固定连接有定子齿身（1025），所述定子齿身（1025）的外表面均匀缠绕有定子绕组（1026），且定子齿身（1025）的端部固定连接有定子齿顶（1207），并且定子齿顶（1207）与转子磁钢（1023）之间留有气隙（1208）。

5.根据权利要求1所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述编码器底座（2）包括有底座台（201）和主动齿轮（202），所述底座台（201）与转轴（1021）活动连接，且底座台（201）与转轴（1021）构成贯穿结构，并且转轴（1021）的外壁套设有主动齿轮（202）。

6.根据权利要求5所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述编码器底座（2）还包括有磁铁一（203）、从动齿轮一（204）、磁铁二（205）和从动齿轮二（206），所述底座台（201）靠近驱动板（3）的一侧活动安装有磁铁一（203），且磁铁一（203）的外壁套设有从动齿轮一（204），所述底座台（201）靠近驱动板（3）的一侧活动安装有磁铁二（205），且磁铁二（205）的外壁套设有从动齿轮二（206）。

7.根据权利要求6所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述主动齿轮（202）分别与从动齿轮一（204）、从动齿轮二（206）啮合，且从动齿轮一（204）与从动齿轮二（206）的齿数不一致，用于实现绝对位置的编码，所述从动齿轮一（204）是电机编码器，负责foc解算，所述从动齿轮二（206）与从动齿轮一（204）存在齿数比，用于模拟输出轴角度。

8.根据权利要求1所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述减速器模块（5）包括有机体（501）、连接座（502）、安装槽（503）和限位槽（504），所述机体（501）与连接座（502）通过螺丝固定连接，且连接座（502）远离机体（501）的一侧与转轴（1021）的端部焊接，所述机体（501）的内侧开设有安装槽（503），且安装槽（503）的内壁开设有限位槽（504）。

9.根据权利要求1所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述弹性元件（8）包括有连接块（801）、绝缘杆（802）和端盘（803），所述连接块（801）固定在轴承（7）的外壁，且连接块（801）的两侧对称固定有绝缘杆（802），所述绝缘杆（802）的一端与连接块（801）的外壁固定连接，且绝缘杆（802）的另一端没入限位槽（504）内并固定连接有端盘（803）。

10.根据权利要求9所述的一种带自适应预紧力的人形机器人关节电机，其特征在于，所述弹性元件（8）还包括有弹簧一（804）和弹簧二（805），所述弹簧一（804）的一端与限位槽（504）的内壁固定连接，且弹簧一（804）的另一端与端盘（803）固定连接，并且端盘（803）通过弹簧一（804）与限位槽（504）的内壁保持连接，所述弹簧二（805）设置在绝缘杆（802）外部，且弹簧二（805）的一端与连接块（801）的外壁固定连接，且弹簧二（805）的另一端与安装槽（503）的内壁固定连接。