本發(fā)明涉及一種直線驅(qū)動裝置，具體來說，是一種可以將小型電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動并可反饋位置的機(jī)電裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)今關(guān)節(jié)型機(jī)器人發(fā)展迅速，仿人型家用機(jī)器人作為家庭娛樂、教育消費(fèi)品，大量涌入市場。這些仿人型機(jī)器人的關(guān)節(jié)大多采用舵機(jī)直接驅(qū)動，高性能的舵機(jī)雖然也能夠使機(jī)器人有不錯的表現(xiàn)，但是其弊端也非常明顯。舵機(jī)的尺寸和外形與仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)的仿真度存在著矛盾，使機(jī)器人的擬人程度難以進(jìn)一步提高，妨礙了機(jī)器人形象的突破。由于人體的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是由肌肉的直線伸縮牽引帶動的，然而直線型驅(qū)動器卻往往具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴或者驅(qū)動力小等缺點(diǎn)，不適合使用在家庭娛樂機(jī)器人領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，具有承載力大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低和便于位置控制等優(yōu)點(diǎn)，可代替舵機(jī)，用于小型仿人機(jī)器人等領(lǐng)域。

本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，包括外殼、電機(jī)、減速器、螺桿和推桿。

所述外殼內(nèi)由后至前依次設(shè)置電機(jī)、減速器與推桿；其中，減速器采用微型行星減速器用于將電機(jī)輸出軸的運(yùn)動減速后輸出至與外殼間軸承連接的螺桿；推桿螺紋套接于螺桿上，且被外殼限制推桿周向轉(zhuǎn)動；由此將電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為推桿伸縮的直線運(yùn)動。

上述推桿后端外側(cè)壁上安裝有電刷，同時在外殼內(nèi)壁上安裝有條形滑片電阻，使電刷與滑片電阻接觸；在推桿移動過程中，電刷在滑片電阻的表面沿殼體軸向滑動，通過讀取電刷的電阻值變化來監(jiān)測推桿的伸出長度。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，能夠?qū)㈦姍C(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為伸縮的直線運(yùn)動，可以用來驅(qū)動關(guān)節(jié)。

2、本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，采用了微型行星齒輪減速箱，使得整體尺寸較小，輸出力較大。

3、本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，內(nèi)部具有滑片電阻，通過讀取電阻的數(shù)值，即可監(jiān)測驅(qū)動器輸出的伸縮距離。

4、本發(fā)明公開的一種帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，使用了普通的直流電機(jī)，成本較低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器的機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器的收縮狀態(tài)剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器的減速器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器的減速器爆炸示意圖；

圖5為本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器的伸出狀態(tài)剖面示意圖；

圖中：

1-外殼 2-電機(jī) 3-減速器

4-螺桿 5-推桿 6-軸承

7-螺母 8-電刷 9-滑片電阻

101-后端蓋 102-電機(jī)外殼 103-減速箱外殼

104-推桿外殼 105-前端蓋 301-太陽輪

302-行星輪 303-行星架

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明帶位置反饋的小型直線驅(qū)動器，包括外殼1、電機(jī)2、減速器3、螺桿4和推桿5，如圖1、圖2所示。

所述外殼1由后端蓋101、電機(jī)外殼102、減速箱外殼103和推桿外殼104、前端蓋105構(gòu)成。后端蓋101、電機(jī)外殼102、減速箱外殼103與推桿外殼104與前端蓋105由后至前依次通過外螺釘同軸連接形成筒狀結(jié)構(gòu)，電機(jī)外殼102后端與后端蓋101螺紋連接，由后端蓋101密封，形成整體外殼1結(jié)構(gòu)，能夠被容納在51mm x 15mm x 10mm的立方體空間內(nèi)。上述電機(jī)外殼102、減速箱外殼103和推桿外殼104內(nèi)分別安裝有電機(jī)2、減速器3與推桿5；且減速箱外殼103左端設(shè)計(jì)有定位臺肩用來定位電機(jī)2，推桿外殼104前端與前端蓋105螺紋連接，且前端蓋105端面上開有通孔，為推桿伸縮孔，并用于周向定位推桿5，為推桿5的伸縮運(yùn)動導(dǎo)向。

所述電機(jī)2的后端與后端蓋101貼合，實(shí)現(xiàn)電機(jī)2軸向定位；電機(jī)2的輸出軸連接減速器3。減速器3采用微型行星減速器，由安裝于減速箱外殼103內(nèi)的行星齒輪輪系構(gòu)成，如圖3、圖4所示，實(shí)現(xiàn)電機(jī)2輸出軸運(yùn)動降速。

本發(fā)明減速器可設(shè)計(jì)為具有一級或多級結(jié)構(gòu)相同的行星齒輪齒輪系(本實(shí)施例中減速器具有兩級行星齒輪輪系)，隨減速器所采用行星齒輪輪系數(shù)量的增加，可使電機(jī)2輸出軸運(yùn)動速度下降幅度增加，進(jìn)而使最終推桿輸出力增加。上述行星齒輪輪系包括一個太陽輪301、三個行星輪302與一個行星架303；同時設(shè)計(jì)減速箱外殼103的內(nèi)部周向上設(shè)計(jì)有內(nèi)齒結(jié)構(gòu)304，作為減速器3的內(nèi)齒輪。上述各個齒輪(行星輪、太陽輪、內(nèi)齒輪)均為0.2模，采用微型行星齒輪設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。

當(dāng)減速器設(shè)計(jì)具有一級行星齒輪輪系時，具體安裝方式為：三個行星輪302周向均布，通過轉(zhuǎn)軸安裝于行星架303后側(cè)面上；行星架前側(cè)面同軸安裝螺桿4。太陽輪301固定安裝于電機(jī)2的輸出軸上；且太陽輪301與三個行星輪302嚙合，同時三個行星輪302均與減速箱外殼103內(nèi)部周向內(nèi)齒結(jié)構(gòu)304嚙合。由此，電機(jī)2的輸出軸運(yùn)動可帶動太陽輪301轉(zhuǎn)動，由太陽輪301帶動三個行星輪302轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動行星架303與螺桿4轉(zhuǎn)動；最終使電機(jī)2輸出軸的運(yùn)動經(jīng)過行星齒輪輪系減速后傳遞至螺桿4。

當(dāng)減速器設(shè)計(jì)具有一級以上的行星齒輪輪系時，具體安裝方式為：各級行星齒輪輪系由后至前設(shè)置。為便于說明，令由后至前各級行星齒輪輪系分別為1、2、3、……、i、……、n級行星齒輪輪系；其中太陽輪分別為1、2、3、……、i、……、n級太陽輪；行星輪分別為1、2、3、……、i、……、n行星輪；行星架分別為1、2、3、……、i、……、n級行星架。則1級行星齒輪輪系中，三個1級行星輪302周向均布，通過轉(zhuǎn)軸安裝于1級行星架303后側(cè)面上；1級行星架303前側(cè)面同軸安裝2級太陽輪301。1級太陽輪301固定安裝于電機(jī)2的輸出軸上；且1級太陽輪301與三個1級行星輪302嚙合。n級行星齒輪輪吸中，三個n級行星輪302周向均布，通過轉(zhuǎn)軸安裝于n級行星架303后側(cè)面上；n級行星架303前側(cè)面同軸安裝螺桿4。而對于相鄰兩級行星齒輪輪系間的連接方式為：i+1級行星齒輪輪系中，i+1級太陽輪301與殼體1同軸設(shè)置，固定安裝于i級行星架303前端面上，且與三個i級行星輪嚙合。上述各級齒輪輪系中的三個行星輪302均與減速箱外殼103內(nèi)部周向內(nèi)齒結(jié)構(gòu)304嚙合。由此，電機(jī)2的輸出軸運(yùn)動可帶動1級太陽輪301轉(zhuǎn)動，由1級太陽輪301帶動三個1級行星輪302轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動1級行星架303及2級太陽輪301轉(zhuǎn)動，由2級太陽輪301帶動三個2級行星輪302轉(zhuǎn)動，最終帶動2級行星輪架303轉(zhuǎn)動，3～n級行星齒輪減速器的傳動方式同1級與2級間的傳動方式，因此最終會帶動n級行星架303與螺桿4轉(zhuǎn)動；最終使電機(jī)2輸出軸的運(yùn)動經(jīng)過n級行星齒輪輪系減速后傳遞至螺桿4。

所述螺桿4后端與推桿外殼104周向上通過軸承6連接，軸承6外圈的左右定位分別通過在減速箱外殼103前端和推桿外殼104后端內(nèi)壁周向上設(shè)計(jì)的臺肩實(shí)現(xiàn)；軸承6內(nèi)圈的左右定位分別通過二級行星架302a前側(cè)面以及螺桿4上套接的定位螺母7實(shí)現(xiàn)。螺桿6的輸出端為外螺紋段，絕緣材料推桿5與螺桿4輸出端間螺紋套接，使螺桿4與推桿5間形成螺旋傳動。推桿5后端設(shè)計(jì)為矩形截面，同時將推桿外殼104內(nèi)設(shè)計(jì)為與推桿5后端截面相同的矩形通道，由此通過推桿5后端與推桿外殼104內(nèi)壁面間配合，限制了推桿5在推桿外殼104內(nèi)的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，由此螺桿4的轉(zhuǎn)動僅可帶動推桿5沿殼體軸向直線運(yùn)動，使推桿5由前端蓋105上的推桿伸縮孔處伸縮；且當(dāng)推桿5處于收縮狀態(tài)時，推桿5前端端面與前端蓋105的前端面齊平如圖2所示；推桿6處于伸出狀態(tài)時如圖個5所示。

上述推桿5后端外側(cè)壁上安裝有電刷8，同時在推桿外殼104內(nèi)壁上安裝有條形滑片電阻9，沿推桿外殼104軸向設(shè)置；且使電刷8與滑片電阻9接觸。由此，在推桿移動過程中，電刷8可在滑片電阻9的表面沿殼體1軸向滑動，且電刷8的引腳電阻會發(fā)生變化，從而可以反映出推桿5的位置，最終通過讀取電刷8的電阻值變化來監(jiān)測推桿5的伸出長度。