一种机器人关节电机及该机器人关节电机的控制方法

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种机器人关节电机及该机器人关节电机的控制方法。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人在工业生产、医疗护理、家庭服务等领域得到了广泛应用。关节机器人，也称关节机械手臂或多关节机器人，其各个关节的运动都是转动，与人的手臂类似。关节机器人是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。机器人的关节电机作为机器人运动的核心部件，其性能对机器人的运动精度、速度和稳定性有着重要影响。

公开号为CN209881582U的专利，公开了一种机器人关节电机，涉及电机技术领域。包括定子、转子、电机轴和行星齿轮减速机构，所述转子与定子相对转动设置，所述电机轴与转子固定连接，所述行星齿轮减速机构设置在定子内侧，所述行星齿轮减速机构的动力输入端与电机轴连接，所述行星齿轮减速机构的动力输出端连接有输出连接单元。行星齿轮减速机构完全埋藏在电机定子内部，降低电机转速，增大电机扭矩，本实用新型实施例所描述的机器人关节电机厚度尺寸非常小，适用于多电机并列装配、安置在机器人关节处等。本实用新型实施例的机器人关节电机结构简单，适合于批量生产。扭矩密度大，应用范围宽泛。

但是，上述专利在实际使用过程中存在以下不足，由于采用行星齿轮减速机构，占用体积大，运动精度不高，稳定性差，控制精度低。

发明内容

因此，本发明要解决现有技术中采用行星齿轮减速机构，占用体积大，运动精度不高，稳定性差，控制精度低的问题。

为此，采用的技术方案是，本发明的一种机器人关节电机，包括：外壳、马达、输出杆和摆线针轮减速器，外壳一侧设置有马达，外壳另一侧设置有输出杆，外壳内设置有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的输入端与马达的输出端连接，摆线针轮减速器的输出端与输出杆连接。

优选的，外壳设置在圆筒内，圆筒侧壁上设置有开口，输出杆穿过开口延伸至圆筒之外，圆筒右侧壁上设置有进气口，圆筒左侧壁上设置有出气口。

优选的，进气口和出气口上均设置有滤网。

优选的，圆筒内壁上设置有吸水垫，圆筒外壁上设置有储水箱，输水管一端与储水箱连通，输水管另一端与有吸水垫连通，输水管上设置有电磁阀。

优选的，圆筒内设置有刷筒，刷筒位于吸水垫和外壳之间，刷筒外壁上设置有刷毛，刷筒与驱动电机的输出轴同轴连接，圆筒内同轴设置有第一转轴，第一转轴上套设置有转管，第一转轴与转管转动连接，转管穿过固定块，并与固定块转动连接，连接杆一端与固定块连接，连接杆另一端与圆筒内壁连接。

优选的，第一转轴上同轴设置有第一齿轮，第一齿轮上同轴套设有内齿轮，内齿轮与第一齿轮之间设置有第二齿轮，内齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第一齿轮啮合，第一转轴一端与抽吸扇连接，抽吸扇朝向进气口，转管一端沿周向均匀间隔设置有三个L形连接杆，L形连接杆一端与转管外壁连接，L形连接杆另一端与内齿轮端面连接。

优选的，第二转轴一端与第二齿轮同轴连接，第二转轴另一端与第一电机输出轴连接，第一电机与圆筒内壁连接，第一电机位于进气口上方，转管远离L形连接杆的一端与转杆一端连接，第一转轴远离抽吸扇的一端与第一曲柄一端连接，第一曲柄另一端与第一连杆一端转动连接，第一连杆另一端与刷柄一端垂直连接，刷柄另一端与驱动电机连接，刷柄穿过第一摇杆一端，刷柄与第一摇杆转动连接，第一摇杆另一端与转杆另一端转动连接。

优选的，包括清洁装置，清洁装置包括：传动箱、第二电机、第二曲柄、第二连杆、第二摇杆和支撑块，圆筒外壁上设置有传动箱，传动箱与圆筒连接，传动箱位于进气口的一侧，传动箱内设置有第二电机，第二电机与传动箱内壁连接，第二电机输出轴与第二曲柄一端连接，第二曲柄另一端与第二连杆一端转动连接，第二连杆另一端与第二摇杆一端铰接连接，第二摇杆另一端与支撑块铰接，支撑块与传动箱内壁连接。

优选的，传动箱内设置有水平方向的滑轨，滑轨位于第二电机和支撑块之间，滑轨与传动箱内壁连接，滑轨上滑动连接有滑块，滑块上设置有第一转柱，第一转柱一端与滑块转动连接，第一转柱另一端与摆杆一端垂直连接，摆杆另一端与第二连杆铰接，第一转柱上同轴设置有第一皮带轮，传动箱侧壁上设置有导向口，连接板一端与滑块右端连接，连接板另一端穿过导向口与刷板中间处垂直连接，刷板上设置有清洁刷，清洁刷能与滤网接触，连接板上靠近刷板处设置有第二转柱，第二转柱一端与连接板转动连接，第二转柱另一端与第二皮带轮同轴连接，第一皮带轮与第二皮带轮通过皮带连接，第二转柱穿过刮片的中间处，第二转柱与刮片固定连接，刮片位于第二皮带轮和连接板之间，刮片与刷板平行，刮片能与清洁刷接触。

一种该机器人关节电机的控制方法，适用于所述的一种机器人关节电机，包括如下步骤：

步骤一、获取机器人关节电机的位置信息和速度信息；

步骤二、根据机器人关节电机的位置信息和速度信息，计算出关节电机的控制信号；

步骤三、将计算得到的控制信号发送给关节电机，控制关节电机的运动；

步骤四、监测关节电机的运动状态，运动状态包括置偏差和速度偏差；

步骤五、根据监测到的运动状态，调整控制信号，使关节电机的运动更加精确和稳定。

本发明技术方案具有以下优点：

1.本发明的一种机器人关节电机，包括：外壳、马达、输出杆和摆线针轮减速器，外壳一侧设置有马达，外壳另一侧设置有输出杆，外壳内设置有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的输入端与马达的输出端连接，摆线针轮减速器的输出端与输出杆连接。通过马达采用摆线针轮减速器易于装配，用于驱动手臂的运动和位置调节，能够实现高精度运动和快速减速停止，以满足机器人关节对精确位置和速度控制的需求。

2.本发明通过刷柄在绕着第一转轴的轴线不断周转的过程中，半径不断缩小然后再增加，带动不断旋转的刷筒和刷毛不断周转，且周转的半径不断缩小然后再增加，当周转的半径增大，刷筒和刷毛就会与吸水垫接触，刷到超纯水，当周转的半径减小，就会与外壳接触，将超纯水刷在外壳上，并对外壳表面进行清洁，防止积聚灰尘，当刷毛远离外壳后，气流从从外壳外壁上经过，通过水分的蒸发，能迅速起到降温的效果。

3.本发明通过清洁装置，带动刷板和清洁刷左右往复移动，能对滤网表面进行清洁，刮片相对刷板正反转交替旋转，能将清洁刷上的灰尘或附着物清理掉，保持清洁刷的干净，实现清洁刷的自洁。

4.本发明的一种机器人关节电机的控制方法，包括如下步骤：步骤一、获取机器人关节电机的位置信息和速度信息；步骤二、根据机器人关节电机的位置信息和速度信息，计算出关节电机的控制信号；步骤三、将计算得到的控制信号发送给关节电机，控制关节电机的运动；步骤四、监测关节电机的运动状态，运动状态包括置偏差和速度偏差；步骤五、根据监测到的运动状态，调整控制信号，使关节电机的运动更加精确和稳定。通过机器人关节电机的位置信息和速度信息的检测，调整控制信号，使关节电机的运动更加精确和稳定。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明中圆筒的内部结构示意图；

图4是本发明中抽吸扇及刷筒的驱动结构示意图；

图5是本发明中第一齿轮、内齿轮及第二齿轮的啮合结构示意图；

图6是本发明中清洁装置的结构示意图；

图7是本发明中传动箱的内部结构示意图；

其中，1-外壳，2-马达，3-输出杆，4-摆线针轮减速器，5-圆筒，6-开口，7-进气口，8-出气口，9-滤网，10-吸水垫，11-储水箱，12-输水管，13-电磁阀，14-刷筒，15-刷毛，16-第一转轴，17-转管，18-固定块，19-连接杆，20-第一齿轮，21-内齿轮，22-第二齿轮，23-抽吸扇，24-L形连接杆，25-第二转轴，26-第一电机，27-转杆，28-第一曲柄，29-第一连杆，30-刷柄，31-第一摇杆，32-传动箱，33-第二电机，34-第二曲柄，35-第二连杆，36-第二摇杆，37-支撑块，38-滑轨，39-滑块，40-第一转柱，41-摆杆，42-第一皮带轮，43-导向口，44-连接板，45-刷板，46-清洁刷，47-第二转柱，48-第二皮带轮，50-皮带，51-刮片。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供了一种机器人关节电机，如图1-2所示，包括：外壳1、马达2、输出杆3和摆线针轮减速器4，外壳1一侧设置有马达2，外壳1另一侧设置有输出杆3，外壳1内设置有摆线针轮减速器4，摆线针轮减速器4的输入端与马达2的输出端连接，摆线针轮减速器4的输出端与输出杆3连接。

上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过马达2采用摆线针轮减速器4易于装配，用于驱动手臂的运动和位置调节，能够实现高精度运动和快速减速停止，以满足机器人关节对精确位置和速度控制的需求。

在一个实施例中，如图3所示，外壳1设置在圆筒5内，圆筒5侧壁上设置有开口6，输出杆3穿过开口6延伸至圆筒5之外，圆筒5右侧壁上设置有进气口7，圆筒5左侧壁上设置有出气口8，气流从进气口7进入，从出气口8流出，带走马达发热产生的热量。进气口7和出气口8上均设置有滤网9，减少气流中的灰尘进入到圆筒5内，灰尘积聚在电子器件的表面，影响散热，降低电子器件的使用寿命。圆筒5内壁上设置有吸水垫10，圆筒5外壁上设置有储水箱11，输水管12一端与储水箱11连通，输水管12另一端与有吸水垫10连通，输水管12上设置有电磁阀13，电磁阀13用于开启或关闭输水管12，储水箱11内储存的超纯水经输水管12输送至吸水垫10。

在一个实施例中，如图3-5所示，圆筒5内设置有刷筒14，刷筒14位于吸水垫10和外壳1之间，刷筒14外壁上设置有刷毛15，刷筒14与驱动电机的输出轴同轴连接，圆筒5内同轴设置有第一转轴16，第一转轴16上套设置有转管17，第一转轴16与转管17转动连接，转管17穿过固定块18，并与固定块18转动连接，连接杆19一端与固定块18连接，连接杆19另一端与圆筒5内壁连接。

第一转轴16上同轴设置有第一齿轮20，第一齿轮20上同轴套设有内齿轮21，内齿轮21与第一齿轮20之间设置有第二齿轮22，内齿轮21与第二齿轮22啮合，第二齿轮22与第一齿轮20啮合，第一转轴16一端与抽吸扇23连接，抽吸扇23朝向进气口7，转管17一端沿周向均匀间隔设置有三个L形连接杆24，L形连接杆24一端与转管17外壁连接，L形连接杆24另一端与内齿轮21端面连接。

第二转轴25一端与第二齿轮22同轴连接，第二转轴25另一端与第一电机26输出轴连接，第一电机26与圆筒5内壁连接，第一电机26位于进气口7上方，转管17远离L形连接杆24的一端与转杆27一端连接，第一转轴16远离抽吸扇23的一端与第一曲柄28一端连接，第一曲柄28另一端与第一连杆29一端转动连接，第一连杆29另一端与刷柄30一端垂直连接，刷柄30另一端与驱动电机连接，刷柄30穿过第一摇杆31一端，刷柄30与第一摇杆31转动连接，第一摇杆31另一端与转杆27另一端转动连接。

上述技术方案的工作原理及有益技术效果：启动第一电机26，带动第二转轴25和第二齿轮22旋转，通过第一齿轮20、第二齿轮22及内齿轮21的啮合，带动第一齿轮20和内齿轮21以相反的方向旋转，第一齿轮20带动第一转轴16和抽吸扇23旋转，抽吸扇23能增强空气流动，从进气口7进入，从出气口8流出，第一转轴16带动第一曲柄28旋转，第一曲柄28、第一连杆29和第一摇杆31组成曲柄摇杆机构，就带动第一摇杆31相对于第一摇杆31和转杆27铰接处往复摆动，相应的，就带动刷柄30相对于第一摇杆31和转杆27铰接处往复摆动，并随着转杆27绕着第一转轴16的轴线不断周转，因此，刷柄30在绕着第一转轴16的轴线不断周转的过程中，半径不断缩小然后再增加，带动不断旋转的刷筒14和刷毛15不断周转，且周转的半径不断缩小然后再增加，当周转的半径增大，刷筒14和刷毛15就会与吸水垫10接触，刷到超纯水，当周转的半径减小，就会与外壳1接触，将超纯水刷在外壳1上，并对外壳1表面进行清洁，防止积聚灰尘，当刷毛远离外壳后，气流从从外壳1外壁上经过，通过水分的蒸发，能迅速起到降温的效果。

在一个实施中，如图6-7所示，包括清洁装置，清洁装置包括：传动箱32、第二电机33、第二曲柄34、第二连杆35、第二摇杆36和支撑块37，圆筒5外壁上设置有传动箱32，传动箱32与圆筒5连接，传动箱32位于进气口7的一侧，传动箱32内设置有第二电机33，第二电机33与传动箱32内壁连接，第二电机33输出轴与第二曲柄34一端连接，第二曲柄34另一端与第二连杆35一端转动连接，第二连杆35另一端与第二摇杆36一端铰接连接，第二摇杆36另一端与支撑块37铰接，支撑块37与传动箱32内壁连接。

传动箱32内设置有水平方向的滑轨38，滑轨38位于第二电机33和支撑块37之间，滑轨38与传动箱32内壁连接，滑轨38上滑动连接有滑块39，滑块39上设置有第一转柱40，第一转柱40一端与滑块39转动连接，第一转柱40另一端与摆杆41一端垂直连接，摆杆41另一端与第二连杆35铰接，第一转柱40上同轴设置有第一皮带轮42，传动箱32侧壁上设置有导向口43，连接板44一端与滑块39右端连接，连接板44另一端穿过导向口43与刷板45中间处垂直连接，刷板45上设置有清洁刷46，清洁刷46能与滤网9接触，连接板44上靠近刷板45处设置有第二转柱47，第二转柱47一端与连接板44转动连接，第二转柱47另一端与第二皮带轮48同轴连接，第一皮带轮42与第二皮带轮48通过皮带50连接，第二转柱47穿过刮片51的中间处，第二转柱47与刮片51固定连接，刮片48位于第二皮带轮48和连接板44之间，刮片48与刷板45平行，刮片48能与清洁刷46接触。

上述技术方案的工作原理及有益技术效果：启动第二电机33，带动第二曲柄34旋转，第二曲柄34、第二连杆35及第二摇杆36组成曲柄摇杆机构，第二连杆35带动摆杆41运动，摆杆41带动滑块39沿着滑轨38左右往复运动，摆杆41相对于滑块39上下往复摆动，带动第一转柱40及第一皮带轮42正反转交替旋转，第一皮带轮42与第二皮带轮48通过皮带50连接，带动第二皮带轮48、第二转柱47及刮片51正反转交替旋转，滑块39带动刷板45和清洁刷46左右往复移动，能对滤网9表面进行清洁，刮片51相对刷板45正反转交替旋转，能将清洁刷46上的灰尘或附着物清理掉，保持清洁刷的干净，实现清洁刷的自洁。

一种该机器人关节电机的控制方法，适用于所述的一种机器人关节电机，包括如下步骤：

步骤一、获取机器人关节电机的位置信息和速度信息；

步骤二、根据机器人关节电机的位置信息和速度信息，计算出关节电机的控制信号；

步骤三、将计算得到的控制信号发送给关节电机，控制关节电机的运动；

步骤四、监测关节电机的运动状态，运动状态包括置偏差和速度偏差；

步骤五、根据监测到的运动状态，调整控制信号，使关节电机的运动更加精确和稳定。

上述技术方案的有益技术效果：通过机器人关节电机的位置信息和速度信息的检测，调整控制信号，使关节电机的运动更加精确和稳定。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。