一種三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，屬于三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，目前應(yīng)用最多是旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)，其結(jié)構(gòu)均由電機(jī)基座、電機(jī)機(jī)罩以及內(nèi)部動(dòng)力元件組成。每個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)控制機(jī)器人在一個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，且在電機(jī)負(fù)載較大或者在旋轉(zhuǎn)自由度方向上旋轉(zhuǎn)角度范圍較小的情況下，需要配合精密減速器的作用。另外，由于現(xiàn)有的機(jī)器人產(chǎn)品大多為多關(guān)節(jié)式，而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需的電機(jī)和精密減速器無(wú)論在成本還是重量方面均占據(jù)較大的比重，因此成本和自重過(guò)高。此外，為了承擔(dān)電機(jī)和精密減速器的重量，機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)要做得足夠粗壯，進(jìn)一步增加了機(jī)器人的成本和自重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)。本發(fā)明用于機(jī)器人控制可以降低機(jī)器人的制造成本，簡(jiǎn)化機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，且減輕機(jī)器人手臂的負(fù)荷。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括有電機(jī)機(jī)座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機(jī)輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機(jī)機(jī)罩、導(dǎo)線，其中電機(jī)機(jī)座及電機(jī)機(jī)罩都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體的外表面與永磁體支撐套的內(nèi)表面相配合，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體支撐套置于電機(jī)機(jī)座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機(jī)機(jī)座的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座與電機(jī)機(jī)罩連接，導(dǎo)線的一端外接電源正、負(fù)電極，導(dǎo)線的另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連。
[0005]本發(fā)明的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在確定的尺寸結(jié)構(gòu)及高精度要求前提下，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)本發(fā)明的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)單一主軸的360°旋轉(zhuǎn)及兩副軸一定角度的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)，定位精度高；
2)本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)控制簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低了制造成本；
3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、靈活度大，控制范圍廣；
4)本發(fā)明用于機(jī)器人，降低了機(jī)器人整體的制造成本。
[0006]本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)?？捎糜谛D(zhuǎn)自由度的控制。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解圖；
圖2為本發(fā)明的立體圖； 圖3為本發(fā)明三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明線圈組的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例:
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括有電機(jī)機(jī)座1、旋轉(zhuǎn)體2、線圈組3、電機(jī)輸出軸4、永磁體5、永磁體支撐套6、電機(jī)機(jī)罩7、導(dǎo)線10，其中電機(jī)機(jī)座I及電機(jī)機(jī)罩7都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸4固定在旋轉(zhuǎn)體2上，旋轉(zhuǎn)體2上裝設(shè)有線圈組3，永磁體5裝設(shè)在永磁體支撐套6上，旋轉(zhuǎn)體2的外表面與永磁體支撐套6的內(nèi)表面相配合，旋轉(zhuǎn)體2能在永磁體支撐套6所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體支撐套6置于電機(jī)機(jī)座I所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套6的外表面與電機(jī)機(jī)座I的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座I與電機(jī)機(jī)罩7連接，導(dǎo)線10的一端外接電源正、負(fù)電極，導(dǎo)線10的另一端與旋轉(zhuǎn)體2所設(shè)的線圈組3相連。
[0009]上述支撐套6與電機(jī)機(jī)罩7及電機(jī)機(jī)座I內(nèi)表面過(guò)盈配合，通過(guò)電機(jī)機(jī)罩7的凹槽和電機(jī)機(jī)座I的唇緣扣合固定。且旋轉(zhuǎn)體2與永磁體5之間保持一定距離。
[0010]本實(shí)施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2為球形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)體2的外表面開(kāi)有環(huán)形線圈組卡槽8，線圈組卡槽8的幾何中心與旋轉(zhuǎn)體2的幾何中心重合。
[0011]本實(shí)施例中，上述線圈組卡槽8上還設(shè)有通向幾何中心方向的導(dǎo)線槽9，導(dǎo)線10穿進(jìn)導(dǎo)線槽9中。導(dǎo)線10穿進(jìn)導(dǎo)線槽9后一端與外接電源連接，另一端與旋轉(zhuǎn)體2所設(shè)的線圈組3相連。
[0012]本實(shí)施例中，上述旋轉(zhuǎn)體上位于同一圓平面上裝設(shè)的若干線圈組中的線圈為并聯(lián)連接。
[0013]本實(shí)施例中，上述旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)的線圈組3的數(shù)量為12個(gè)，其中4個(gè)線圈組組成一個(gè)圓平面，12個(gè)線圈組組成3個(gè)圓平面，3個(gè)圓平面中兩兩互相垂直，位于同一圓平面上的4個(gè)線圈組中的線圈為并聯(lián)連接，各個(gè)圓平面中的線圈組彼此之間不連接。
[0014]本實(shí)施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2中的線圈組3固定在旋轉(zhuǎn)體2所設(shè)的線圈組卡槽8上，旋轉(zhuǎn)體2的線圈組3的兩端與導(dǎo)線10的一端連接。
[0015]在每一個(gè)圓平面內(nèi)，相對(duì)安裝的線圈組3通過(guò)導(dǎo)線10傳遞的電流11的方向相同，在垂直于電流方向并指向圓平面中心的磁場(chǎng)中產(chǎn)生垂直于圓平面兩個(gè)方向相反的洛倫茲力，使得旋轉(zhuǎn)體2繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，另一對(duì)相對(duì)安裝的線圈組3在電流11和磁場(chǎng)的共同作用也會(huì)使得旋轉(zhuǎn)體2繞另一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。上述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可合成一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0016]本實(shí)施例中，上述永磁體支撐套6的外表面均布設(shè)有若干安裝槽，若干永磁體5固定在永磁體支撐套6所設(shè)的安裝槽上。
[0017]本實(shí)施例中，上述永磁體支撐套6的外表面為圓弧面，永磁體支撐套6設(shè)有的安裝槽為圓弧面安裝槽，永磁體5也做成表面為圓弧面的永磁體板，圓弧面的永磁體5裝設(shè)在永磁體支撐套6設(shè)有的圓弧面安裝槽上。
[0018]永磁體5的作用是產(chǎn)生方向指向旋轉(zhuǎn)體2幾何中心的磁場(chǎng)，使得磁場(chǎng)方向與線圈組3上通過(guò)的電流11的方向相垂直。
[0019]本發(fā)明的工作原理如下:在旋轉(zhuǎn)體2的每一個(gè)圓平面內(nèi)，相對(duì)安裝的線圈組3通過(guò)的經(jīng)導(dǎo)線10傳遞的電流11的方向相同，在垂直于電流方向并指向圓平面中心的磁場(chǎng)中產(chǎn)生垂直于圓平面兩個(gè)方向相反的洛倫茲力，使得旋轉(zhuǎn)體2繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，另一對(duì)相對(duì)安裝的線圈組3在電流11和磁場(chǎng)的共同作用也會(huì)使得旋轉(zhuǎn)體2繞另一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。上述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可合成一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0020]本發(fā)明用于機(jī)器人控制，通過(guò)一個(gè)電機(jī)即能同時(shí)控制機(jī)器人關(guān)節(jié)繞X軸旋轉(zhuǎn)、繞Y軸旋轉(zhuǎn)以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維空間的任意姿態(tài)，擴(kuò)大了控制范圍。此夕卜，由于電機(jī)輸出扭矩較大，且控制可靠，因此可刪減安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)上的精密減速器，以此進(jìn)一步降低機(jī)器人制造成本、簡(jiǎn)化機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)，且減輕機(jī)器人手臂的負(fù)荷。
[0021]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于包括有電機(jī)機(jī)座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機(jī)輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機(jī)機(jī)罩、導(dǎo)線，其中電機(jī)機(jī)座及電機(jī)機(jī)罩都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體的外表面與永磁體支撐套的內(nèi)表面相配合，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體支撐套置于電機(jī)機(jī)座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機(jī)機(jī)座的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座與電機(jī)機(jī)罩連接，導(dǎo)線的一端外接電源正、負(fù)電極，導(dǎo)線的另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體為球形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)體的外表面開(kāi)有環(huán)形線圈組卡槽，線圈組卡槽的幾何中心與旋轉(zhuǎn)體的幾何中心重合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述線圈組卡槽上還設(shè)有通向幾何中心方向的導(dǎo)線槽，導(dǎo)線穿進(jìn)導(dǎo)線槽中。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體上位于同一圓平面上裝設(shè)的若干線圈組中的線圈為并聯(lián)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)的線圈組的數(shù)量為12個(gè)，其中4個(gè)線圈組組成一個(gè)圓平面，12個(gè)線圈組組成3個(gè)圓平面，3個(gè)圓平面中兩兩互相垂直，位于同一圓平面上的4個(gè)線圈組中的線圈為并聯(lián)連接，各個(gè)圓平面中的線圈組彼此之間不連接。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體中的線圈組固定在旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組卡槽上，旋轉(zhuǎn)體的線圈組的兩端與導(dǎo)線的一端連接。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述永磁體支撐套的外表面均布設(shè)有若干安裝槽，若干永磁體固定在永磁體支撐套所設(shè)的安裝槽上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述永磁體支撐套的外表面為圓弧面，永磁體支撐套設(shè)有的安裝槽為圓弧面安裝槽，永磁體也做成表面為圓弧面的永磁體板，圓弧面的永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套設(shè)有的圓弧面安裝槽上。
【專利摘要】本發(fā)明是一種三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)。包括電機(jī)機(jī)座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機(jī)輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機(jī)機(jī)罩，電機(jī)機(jī)座及電機(jī)機(jī)罩都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體的外表面與永磁體支撐套的內(nèi)表面相配合，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體支撐套置于電機(jī)機(jī)座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機(jī)機(jī)座的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座與電機(jī)機(jī)罩連接，導(dǎo)線的一端外接電源正、負(fù)電極，導(dǎo)線的另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大，本發(fā)明用于機(jī)器人控制可以降低機(jī)器人的制造成本，簡(jiǎn)化機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，且減輕機(jī)器人手臂的負(fù)荷。
【IPC分類】H02K7/10, B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105108730
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510485315
【發(fā)明人】羅良維, 楊春燕
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月10日