一種雙定子直驅永磁電機及其並聯機器人結構的製作方法
2023-06-22 03:44:06
本實用新型涉及機器人技術領域，具體地說涉及一種用於並聯機器人的雙定子直驅永磁電機及其並聯機器人結構，具有直接驅動並聯機器人主動臂在一定角度內做往復運動。
背景技術：
並聯機器人動力機構中的驅動電機，需要中間傳動機構實現其主動臂在一定角度內做往復運動。傳統技術通過減速機來實現低速大扭矩運動，這些解決方案不僅需要很多價值昂貴的機械傳動裝置，而且控制方式複雜。此外，主動臂通過中間傳動機構安裝在電機驅動軸一端，運行時會有較大的偏心力，電機軸承磨損嚴重，並且無法充分利用機器人主動臂兩側的空間，導致機器人體積較大。
中國專利201520915234.9公開的「一種直線型並聯機器人結構」，包括運動臺、定平臺、固定支點、直線電機、直線導軌、直線滑塊等。採用直線電機驅動實現平臺空間的多自由度運動，但是所述的驅動裝置的缺點在於直線電機拖動主動臂運動時需要一定的直線行程，使其驅動機構的體積較大，並且動子倒掛時，使其固定裝置複雜，導致成本增加。
中國專利201520902073.X公開的「Delta並聯機器人」，包括固定平臺、運動平臺、連接所述固定平臺與運動平臺的執行機構、所述執行機構的驅動裝置。但是所述裝置的驅動機構採用伺服電機通過減速機實現低速大扭矩運動，並且主動臂位於減速機的一端，缺點在於轉動慣量大，驅動裝置複雜，費用高。
技術實現要素：
本實用新型提供一種用於並聯機器人的雙定子直驅永磁電機及其並聯機器人結構，其目的在於克服現有並聯機器人的驅動裝置存在的驅動機構體積大、存在偏心力、並且驅動系統複雜的缺陷，該並聯機器人結構佔用空間小，無減速裝置，控制精度高，實現低速大扭矩，成本低。
為了實現上述目的，本實用新型技術按照以下方式實現：
一種雙定子直驅永磁電機，包括轉子、驅動轉子運動的定子、剎車組件和軸承結構；所述轉子包括運動軸和設置在運動軸兩端的永磁鐵，所述運動軸的中部設置有輸出軸，所述輸出軸位於永磁鐵之間；所述定子設置於運動軸的兩端，所述定子包括定子鐵芯和定子繞組，所述定子鐵芯套設於轉子的周部，所述定子繞組設置於定子鐵芯的槽中，所述定子與永磁鐵相對並與永磁鐵有氣隙相隔。
作為對上述技術方案的改進，所述剎車組件設置於運動軸的一端，所述剎車組件包括剎車動盤和套設在運動軸上的圓盤結構的剎車定盤，所述剎車動盤由運動軸的軸肩形成。
作為對上述技術方案的改進，所述雙定子直驅永磁電機還包括一個速度位置檢測裝置，所述速度位置檢測裝置設置在運動軸的另一端上。
作為對上述技術方案的改進，所述軸承結構包括套設在運動軸兩端的軸承，其中一個軸承位於剎車組件的外側，另一個軸承位於速度位置檢測裝置和該側的永磁體之間。
作為對上述技術方案的改進，所述雙定子直驅永磁電機還包括安裝座和中空的在周部開設有輸出軸活動空槽的外殼，所述運動軸通過固定軸承活動架設在外殼中；所述外殼與安裝座一體結構。
本實用新型並提供了一種應用上述所述雙定子直驅永磁電機的並聯機器人結構，所述並聯機器人結構包括固定平臺、從動臂、關節軸承、中軸管、動平臺；所述動平臺通過關節軸承與中軸管活動連接，所述中軸管通過關節軸承與固定平臺的中部活動連接；所述固定平臺的周部固定連接有三個雙定子直驅永磁電機，所述動平臺的周部鉸接有三個從動臂，所述從動臂的另一端與輸出軸鉸接。
作為對上述技術方案的改進，三個所述雙定子直驅永磁電機呈120度周向分布。
所述的雙定子直驅永磁電機在並聯機器人的固定平臺上呈120度周向分布，三組雙定子直驅永磁電機組成並聯機器人的動力機構，直接驅動輸出軸做一定角度的往復運動，從而實現並聯機器人動平臺的多自由度運動。
所述的雙定子直驅永磁電機共用一個圓柱形運動軸，在圓柱形運動軸和所述的兩組定子的耦合部分放置有以「N」極和「S」極交替排列的永磁體。
所述的運動軸圓周方向上放置的兩組永磁體極數、對應位置的極性、永磁體的材料屬性和結構尺寸等完全相同，永磁體的軸向長度和定子鐵芯的軸向長度一致。所述的兩組定子繞組中產生的旋轉磁場與圓柱形運動軸上的永磁磁極相互作用產生運動方向相同的同步轉速。
在圓柱形運動軸中間無永磁體的位置，開有孔洞，在孔洞中安裝有輸出軸，所述的雙定子直驅永磁電機可以直接驅動輸出軸做一定角度的往復運動，無減速機等中間傳動機構。
所述的速度位置檢測裝置和剎車組件分別安裝在圓柱形運動軸的兩端。速度位置檢測裝置可以有效檢測雙定子直驅永磁電機的圓柱形運動軸的轉速和位置，剎車組件實現驅動裝置斷電情況下保證圓柱形運動軸和主動臂位置固定。
所述的圓柱形運動軸通過軸承與基座相連，保證圓柱形運動軸在做一定角度往復運動時與兩組定子間的工作間隙。
本實用新型的雙定子直驅永磁電機及其並聯機器人結構佔用空間小、無減速裝置、控制精度高、低速大扭矩。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型並聯機器人結構的立體結構示意圖；
圖2為本實用新型的雙定子直驅永磁電機的結構三維示意圖；
圖3為本實用新型的雙定子直驅永磁電機的雙定子結構三維示意圖；
圖4為本實用新型的雙定子直驅永磁電機的動子結構三維示意圖。
附圖標記：1—固定平臺；2—雙定子直驅永磁電機；3—輸出軸；4—從動臂；5—中軸管；6—關節軸承；7—動平臺；8—速度位置檢測裝置；9a、9b—固定軸承；10a、10b—定子鐵芯；11a、11b—定子繞組；12—運動軸；13—剎車組件；14a、14b—永磁體。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
如圖1至圖4所示，本實用新型的雙定子直驅永磁電機2，包括轉子、驅動轉子運動的定子、剎車組件和軸承結構；所述轉子包括運動軸12和設置在運動軸12兩端的永磁鐵14a、14b，所述運動軸12的中部設置有輸出軸3，所述輸出軸3位於永磁鐵14a、14b之間；所述定子設置於運動軸12的兩端，所述定子包括定子鐵芯10a、10b和定子繞組11a、11b，所述定子鐵芯10a、10b套設於轉子的周部，所述定子繞組11a、11b設置於定子鐵芯10a、10b的槽中，所述定子與永磁鐵14a、14b相對並與永磁鐵14a、14b有氣隙相隔。
所述剎車組件13設置於運動軸12的一端，所述剎車組件13包括剎車動盤和套設在運動軸上的圓盤結構的剎車定盤，所述剎車動盤由運動軸的軸肩形成。
所述雙定子直驅永磁電機2還包括一個速度位置檢測裝置8，所述速度位置檢測裝置8設置在運動軸12的另一端上。
所述軸承結構包括套設在運動軸兩端的軸承9a、9b，其中一個軸承9b位於剎車組件的外側，另一個軸承9a位於速度位置檢測裝置8和該側的永磁體14a之間。
所述雙定子直驅永磁電機2還包括安裝座和中空的在周部開設有輸出軸活動空槽的外殼，所述運動軸12通過固定軸承9a、9b活動架設在外殼中；所述外殼與安裝座一體結構。
本實用新型並提供了一種應用上述雙定子直驅永磁電機的並聯機器人結構，所述並聯機器人結構包括固定平臺1、從動臂4、關節軸承6、中軸管5、動平臺7；所述動平臺7通過關節軸承6與中軸管5活動連接，所述中軸管5通過關節軸承6與固定平臺1的中部活動連接；所述固定平臺1的周部固定連接有三個雙定子直驅永磁電機2，所述動平臺7的周部鉸接有三個從動臂4，所述從動臂4的另一端與輸出軸3鉸接。
三個所述雙定子直驅永磁電機2呈120度周向分布。
所述的雙定子直驅永磁電機在並聯機器人的固定平臺上呈120度周向分布，三組雙定子直驅永磁電機組成並聯機器人的動力機構，直接驅動輸出軸做一定角度的往復運動，從而實現並聯機器人動平臺的多自由度運動。
所述的雙定子直驅永磁電機共用一個圓柱形運動軸，在圓柱形運動軸和所述的兩組定子的耦合部分放置有以「N」極和「S」極交替排列的永磁體。
所述的運動軸圓周方向上放置的兩組永磁體極數、對應位置的極性、永磁體的材料屬性和結構尺寸等完全相同，永磁體的軸向長度和定子鐵芯的軸向長度一致。所述的兩組定子繞組中產生的旋轉磁場與圓柱形運動軸上的永磁磁極相互作用產生運動方向相同的同步轉速。
在圓柱形運動軸中間無永磁體的位置，開有孔洞，在孔洞中安裝有輸出軸，所述的雙定子直驅永磁電機可以直接驅動輸出軸做一定角度的往復運動，無減速機等中間傳動機構。
所述的速度位置檢測裝置和剎車組件分別安裝在圓柱形運動軸的兩端。速度位置檢測裝置可以有效檢測雙定子直驅永磁電機的圓柱形運動軸的轉速和位置，剎車組件實現驅動裝置斷電情況下保證圓柱形運動軸和主動臂位置固定。
所述的圓柱形運動軸通過軸承與基座相連，保證圓柱形運動軸在做一定角度往復運動時與兩組定子間的工作間隙。