驱动装置及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种驱动装置及机器人。


背景技术：

2.机器人因其能适应高强度的工作、动作精度高等优势而日益成为现代社会中不可缺少的一部分。其中，多单元串联式机器人因具有良好的工作能力、避障能力及容错能力，获得广泛的应用。
3.相关技术中，串联式机器人实现双旋转自由度串联的方式，通常是采用中间转接件连接同轴的两个电机，其中一个电机带动另一个电机整体旋转产生第一个旋转自由度，另一个电机输出轴旋转产生第二个自由度。
4.但是上述实现双旋转自由度串联的方式结构复杂，增加了零部件数量，组装和维修不便。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种驱动装置及机器人，能够解决相关技术中双旋转自由度串联结构复杂，组装和维修不便的问题。
6.所述技术方案如下：
7.一方面，提供了一种驱动装置，所述驱动装置包括：壳体、第一电机和第二电机；
8.所述第一电机位于所述壳体内，所述第二电机位于所述壳体外，所述第一电机和所述第二电机的轴线重合；
9.所述第一电机包括第一驱动组件和第一转动组件，所述第一驱动组件能够驱动所述第一转动组件旋转；
10.所述第二电机包括第二驱动组件和第二转动组件，所述第二驱动组件能够驱动所述第二转动组件旋转；
11.所述第一转动组件和所述第二驱动组件分别与所述壳体固定连接；
12.所述驱动装置被配置为所述第一驱动组件驱动所述第一转动组件旋转时，所述第一转动组件带动所述壳体旋转，所述壳体带动所述第二驱动组件旋转，所述第二驱动组件驱动所述第二转动组件旋转。
13.在一些实施例中，所述第一驱动组件的第一转轴和所述第二转动组件的第二转轴均朝向所述壳体轴向的第一端。
14.在一些实施例中，
15.所述第一驱动组件为电机转子组件、电机定子组件中的其中一种，所述第一转动组件为电机转子组件、电机定子组件中的另一种；
16.和/或,
17.所述第二驱动组件为电机转子组件、电机定子组件中的其中一种，所述第二转动组件为电机转子组件、电机定子组件中的另一种。
18.在一些实施例中，
19.所述第一驱动组件包括：第一铁芯和至少两个第一磁钢体；所述至少两个第一磁钢体沿周向间隔设置在所述第一铁芯上；
20.所述第一转动组件包括：第二铁芯和至少两个第一绕组；所述第二铁芯包括至少两个沿周向间隔设置的第一轭部；所述至少两个第一绕组对应缠绕在所述第一轭部上；
21.所述第二驱动组件包括：第三铁芯和至少两个第二绕组；所述第三铁芯包括至少两个沿周向间隔设置的第二轭部；所述至少两个第二绕组对应缠绕在所述第二轭部上；
22.所述第二转动组件包括：第四铁芯和至少两个第二磁钢体；所述至少两个第二磁钢体沿周向间隔设置在所述第四铁芯上。
23.在一些实施例中，所述驱动装置还包括：支撑结构；
24.所述支撑结构包括支撑环和支撑肋，所述支撑肋沿所述壳体径向与所述壳体的第二端固定连接，并将所述支撑环同轴的支撑在所述壳体的外周；
25.所述支撑环能够与所述第三铁芯配合，将所述第三铁芯与所述壳体连接。
26.在一些实施例中，
27.所述第一电机为内转子式电机、外转子式电机或轴向磁场式电机；
28.和/或，
29.所述第二电机为内转子式电机、外转子式电机或轴向磁场式电机。
30.在一些实施例中，所述驱动装置还包括：第一电机驱动模块和第二电机驱动模块；
31.所述第一电机驱动模块位于所述壳体内，所述第一电机驱动模块与所述第一电机电性连接，用于控制所述第一电机；
32.所述第二电机驱动模块位于所述壳体外，所述第二电机驱动模块与所述第二电机电性连接，用于控制所述第二电机。
33.在一些实施例中，所述驱动装置还包括至少一个减速器；所述至少一个减速器与所述第一驱动组件或所述第二转动组件连接。
34.在一些实施例中，所述至少一个减速器为行星减速器、谐波减速器、章动减速器、矢量摆线减速器、rv减速器中的至少一种。
35.另一方面，提供了一种机器人，所述机器人包括：第一构件、第二构件、第三构件和本实用新型中任一项所述的驱动装置；
36.所述第一构件与所述第一驱动组件连接，所述第二构件与所述壳体连接，所述第三构件与所述第二转动组件连接。
37.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
38.本实用新型的驱动装置，通过壳体连接第一电机的第一转动组件和第二电机的第二驱动组件，将第一电机和第二电机串联在一起，从而实现了双旋转自由度的串联，不需要中间转接件，驱动装置的重量和体积较小，结构简单，组装和维修方便。
附图说明
39.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
40.图1是本实用新型实施例提供的驱动装置的结构剖视图；
41.图2是本实用新型另一实施例提供的驱动装置的结构局部剖视图；
42.图3是本实用新型实施例提供的驱动装置的结构爆炸图。
43.图中的附图标记分别表示为：
44.1、壳体；11、支撑结构；110、支撑环；111、支撑肋；2、第一电机；21、第一驱动组件；211、第一铁芯；22、第一转动组件；221、第二铁芯；2211、第一轭部；23、第一转轴；3、第二电机；31、第二驱动组件；311、第三铁芯；3111、第二轭部；32、第二转动组件；321、第四铁芯；33、第二转轴；4、第一电机驱动模块；5、第二电机驱动模块；6、减速器。
具体实施方式
45.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
46.应当理解的是，本实用新型实施例中所涉及的方位名词，如“内”、“外”等，以壳体的布置方位为基准，其中，以壳体的侧壁之间的空间为内，壳体的侧壁之外的空间为外。本实用新型实施例采用这些方位名词仅仅是为了更清楚地描述结构和结构之间的关系，并不是为了描述绝对的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
47.除非另有定义，本实用新型实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。
48.机器人因其能适应高强度的工作、动作精度高等优势而日益成为现代社会中不可缺少的一部分。其中，多单元串联式机器人因具有良好的工作能力、避障能力及容错能力，获得广泛的应用。
49.串联机器人和并联机器人是从机构学的角度对机器人进行的分类，串联机器人通常是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联形成的。采用驱动器驱动各个关节的运动从而带动连杆的相对运动，使末端执行结构达到合适的位姿。
50.相关技术中，串联式机器人实现双旋转自由度串联的方式，通常是采用中间转接件连接同轴的两个电机，其中一个电机带动另一个电机整体旋转产生第一个旋转自由度，另一个电机输出轴旋转产生第二个自由度。
51.但是上述实现双旋转自由度串联的方式存在以下技术问题：
52.重量方面：由于中间转接件的使用，使得驱动结构的重量较大。
53.尺寸方面：中间转接件需要具有较大的刚度和硬度，结构尺寸不能过小，因此轴向空间相对于两个电机而言有相应的增加。
54.成本方面：零件较多，增加成本的同时，使得组装和维修工序较为繁琐。
55.因此，本实用新型提供了一种驱动装置，能够适用于串联机器人实现双旋转自由度的方案，零部件数量少，重量和体积较小，具有结构简单，组装和维修方便等优势。
56.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
57.图1是本实用新型实施例提供的驱动装置的结构剖视图。
58.一方面，结合图1所示，驱动装置包括：壳体1、第一电机2和第二电机3；第一电机2位于壳体1内，第二电机3位于壳体1外，第一电机2和第二电机3的轴线重合；第一电机2包括第一驱动组件21和第一转动组件22，第一驱动组件21能够驱动第一转动组件22旋转；第二电机3包括第二驱动组件31和第二转动组件32，第二驱动组件31能够驱动第二转动组件32旋转；第一转动组件22和第二驱动组件31分别与壳体1固定连接；驱动装置被配置为第一驱动组件21驱动第一转动组件22旋转时，第一转动组件22带动壳体1旋转，壳体1带动第二驱动组件31旋转，第二驱动组件31驱动第二转动组件32旋转。
59.本实用新型的驱动装置，通过壳体1连接第一电机2的第一转动组件22和第二电机3的第二驱动组件31，将第一电机2和第二电机3串联在一起，从而实现了双旋转自由度的串联，不需要中间转接件，驱动装置的重量和体积减小，结构简单，组装和维修方便。
60.本实施例的驱动装置，当第一驱动组件21的周向被固定时，第一电机2启动后，第一驱动组件21驱动第一转动组件22旋转，由于第一转动组件22与壳体1固定连接，而壳体1又与第二电机3固定连接，第一转动组件22带动壳体1和第二电机3旋转，从而实现了第一个旋转自由度。此时，控制第二电机3启动，第二电机3的第二驱动组件31与壳体1相对固定，第二驱动组件31驱动第二转动组件32旋转，实现第二个旋转自由度。
61.示例性地，上述第一电机2的旋转方向和第二电机3的旋转方向相同或相反。
62.在一些可能的实现方式中，第一电机2的第一驱动组件21和第二转动组件32的功能可以实现互换。例如固定第一驱动组件21，第一电机2启动后，第一转动组件22被驱动旋转；反之，固定第一转动组件22，第一电机2启动后，第一驱动装置亦可被驱动旋转。
63.对应的，第二电机3的第二驱动组件31和第二转动组件32的功能可以实现互换。例如固定第二驱动组件31，第二电机3启动后，第二转动组件32被驱动旋转；反之，固定第二转动组件32，第二电机3启动后，第二驱动组件31亦可被驱动旋转。
64.结合图1所示，在一些实施例中，第一驱动组件21的第一转轴23和第二转动组件32的第二转轴33均朝向壳体1轴向的第一端。
65.从而，本实施例的驱动装置，相较于传统利用中间转接件联接两个电机的方案，将第一电机2和第二电机3整合到一个壳体1内，节省了电机原本的壳体结构，壳体1又能代替中间转接件实现扭矩的传递，将两个电机合并为一体，可以大大减少零件数量、降低重量、节省空间，在驱动装置的小型化、轻量化、低成本化等方面具有重要意义。
66.此外，第一电机2和第二电机3同轴同向的布置，能够实现同轴同向的扭矩传递，驱动装置具有更加丰富的使用范围。
67.在一些实施例中，第一驱动组件21为电机转子组件、电机定子组件中的其中一种，第一转动组件22为电机转子组件、电机定子组件中的另一种。示例性地，第一驱动组件21为电机转子组件，第一转动组件22为电机定子组件；或者，第一驱动组件21为电机定子组件，第一转动组件22为电机转子组件。
68.在一些实施例中，第二驱动组件31为电机转子组件、电机定子组件中的其中一种，第二转动组件32为电机转子组件、电机定子组件中的另一种。示例性地，第二驱动组件31为电机转子组件，第二转动组件32为电机定子组件；或者，第二驱动组件31为电机定子组件，第二转动组件32为电机转子组件。
69.在一些可能的实现方式中，电机定子组件包括定子铁芯、定子绕组，电机定子组件能够产生旋转磁场，定子铁芯由扇形冲片、通风槽片、齿压板、拉紧螺栓、托块、定位筋等部件组成。
70.在另一些可能的实现方式中，电机转子组件包括一定极对数的永磁体和转子铁芯。电机转子组件包括但不限于内置式和表贴式等。其中内置式的电机转子组件，永磁体镶嵌在转子铁芯内；表贴式的电机转子组件，永磁体贴覆在转子铁芯的周向表面。
71.结合图2、3所示，在一些实施例中，第一驱动组件21包括：第一铁芯211和至少两个第一磁钢体；至少两个第一磁钢体沿周向间隔设置在第一铁芯211上；第一转动组件22包括：第二铁芯221和至少两个第一绕组；第二铁芯221包括至少两个沿周向间隔设置的第一轭部2211；至少两个第一绕组对应缠绕在第一轭部2211上；第二驱动组件31包括：第三铁芯311和至少两个第二绕组；第三铁芯311包括至少两个沿周向间隔设置的第二轭部3111；至少两个第二绕组对应缠绕在第二轭部3111上；第二转动组件32包括：第四铁芯321和至少两个第二磁钢体；至少两个第二磁钢体沿周向间隔设置在第四铁芯321上。
72.本实施例的驱动装置，第一驱动组件21具有第一磁钢体，第一转动组件22具有第一绕组，当第一绕组通入电流后，第一转动组件22产生旋转磁场，旋转磁场与第一磁钢体的固定磁场相互作用，第一转动组件22与第一驱动组件21相对旋转，实现第一旋转自由度。第二驱动组件31具有第二绕组，第二转动组件32具有第二磁钢体，当第二绕组通入电流后，第二驱动组件31产生旋转磁场，旋转磁场与第二磁钢体的固定磁场相互作用，第二转动组件32与第二驱动组件31相对旋转，实现第二旋转自由度。
73.示例性地，第一磁钢体采用钕铁硼等高矫顽力，高渗磁感应密度的稀土永磁材料制作而成。
74.另一示例性地，第二磁钢体采用钕铁硼等高矫顽力，高渗磁感应密度的稀土永磁材料制作而成。
75.结合图1-3所示，在一些实施例中，驱动装置还包括：支撑结构11；支撑结构11包括支撑环110和支撑肋111，支撑肋111沿壳体1径向与壳体1的第二端固定连接，并将支撑环110同轴的支撑在壳体1的外周；支撑环110能够与第三铁芯311配合，将第三铁芯311与壳体1连接。
76.本实施例的驱动装置，第一电机2被固定连接在壳体1内，第二电机3利用壳体1外侧的支撑结构11进行连接；壳体1与第一铁芯211配合，将第一转动组件22与壳体1连接，使得第一驱动组件21驱动第一转动组件22旋转时，第一转动组件22能够带动壳体1旋转。
77.相对应的，支撑结构11通过支撑环110与第三铁芯311配合，从而将第二驱动组件31与壳体1连接，使得壳体1被带动旋转时，能够带动第二电机3同步旋转；此外，第二驱动组件31与壳体1相对固定，当第二电机3启动时，第二驱动组件31能够驱动第二转动组件32相对于壳体1旋转。
78.在一些实施例中，第一电机2为内转子式电机、外转子式电机或轴向磁场式电机。例如，在内转子式电机中，第一转动组件22位于第一驱动组件21内，第一转动组件22在第一驱动组件21内旋转；在外转子式电机中，第一转动组件22位于第一驱动组件21外，第一转动组件22在第一驱动组件21外旋转。
79.在一些实施例中，第二电机3为内转子式电机、外转子式电机或轴向磁场式电机。
例如，在内转子式电机中，第二转动组件32位于第二驱动组件31内，第二转动组件32在第二驱动组件31内旋转；在外转子式电机中，第二转动组件32位于第二驱动组件31外，第二转动组件32在第二驱动组件31外旋转。
80.结合图1-3所示，在一些实施例中，驱动装置还包括：第一电机驱动模块4和第二电机驱动模块5；第一电机驱动模块4位于壳体1内，第一电机驱动模块4与第一电机2电性连接，用于控制第一电机2；第二电机驱动模块5位于壳体1外，第二电机驱动模块5与第二电机3电性连接，用于控制第二电机3。
81.示例性地，第一电机驱动模块4位于壳体1的轴向底部，第二电机驱动模块5位于支撑肋111的底部，第一电机驱动模块4为圆形，第二电机驱动模块5为环形。示例性地，本实施例的驱动装置还包括至少一个减速器6；至少一个减速器6与第一驱动组件21或第二转动组件32连接。
82.在一些实施例中，至少一个减速器6为行星减速器、谐波减速器、章动减速器、矢量摆线减速器、rv减速器中的至少一种。
83.另一方面，本实施例提供了一种机器人，机器人包括：第一构件、第二构件、第三构件和本实用新型中任一项的驱动装置；第一构件与第一驱动组件21连接，第二构件与壳体1连接，第三构件与第二转动组件32连接。
84.本实施例的机器人，采用本实用新型中任一项的驱动装置，也具有重量和体积减小，结构简单，组装和维修方便等优点。该机器人能够利用驱动装置实现双旋转自由度，能够实现复杂的动作，提高机器人使用效率。
85.在一些可能的实现方式中，该机器人包括但不限于半移动式机器人(例如，机械臂、直线坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、关节型机器人等等)、移动机器人(例如，轮式移动机器人、步行移动机器人、蛇形机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等)。
86.在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
87.需要指出的是，在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。
88.此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
89.在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。
90.以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。