[发明专利]一种用于机器人关节的球形电机

权利要求书

1.一种用于机器人关节的球形电机，其特征在于，包括定子模块、转子模块和控制模块；

所述定子模块包括支撑轴、姿态传感器一、定子球壳和电磁铁；所述支撑轴用于将球形电机固定在机器人其它基础支撑机构上，所述姿态传感器一安装在支撑轴上，所述定子球壳的底部固定安装在支撑轴上；所述定子球壳内表面呈M层N列布置安装电磁铁，电磁铁呈圆柱状，各层电磁铁均沿纬度方向布置，每层均匀布设有N个电磁铁，各层电磁铁的数量相等，各列电磁铁均沿经度方向布置，且各个电磁铁均指向定子球壳球心；

所述转子模块包括转子轴、转子内球、转子铁块、转子上外壳、转子下外壳和姿态传感器二；所述转子内球固定安装在转子轴的下部，所述转子内球的外表面呈P层Q列布置安装转子铁块，转子铁块呈圆柱状，各层转子铁块均沿纬度方向布置，每层均匀布设有Q个转子铁块，各层转子铁块的数量相等，各列转子铁块均沿经度方向布置，且各个转子铁块均指向转子内球球心，所述转子内球球心与定子球壳球心重合于一点，所述转子铁块外端面与转子内球上转子铁块槽的槽口平齐，转子内球外表面与各个电磁铁相适配，转子内球外表面与电磁铁端面之间设置有微小间隙；在纬度方向所述转子铁块的层数大于电磁铁的层数，每层的转子铁块的数量大于每层的电磁铁的数量；各列转子铁块中相邻两个转子铁块在球面上的距离均相等，各列电磁铁中相邻两个电磁铁在球面上的距离均相等；各列转子铁块中相邻两个转子铁块与球心连线的夹角为α，各列电磁铁中相邻两个电磁铁与球心连线的夹角为β，α与β的关系为β/2＜α＜β；所述转子上外壳套设在转子轴上，且转子上外壳顶部与转子轴配合，转子上外壳底部与转子下外壳通过螺栓和销钉连接，转子上外壳和转子下外壳构成的球形内表面与定子球壳外表面接触，使转子模块可在定子模块内转动，且转子模块不会脱离定子模块；所述姿态传感器二安装在转子轴上；

控制模块包括工控机、PLC、模拟量输出模块，所述工控机分别与姿态传感器一、姿态传感器二连接，接收两个姿态传感器反馈的三维角度，所述工控机与PLC连接，所述PLC与模拟量输出模块连接，所述模拟量输出模块用于给某个或某几个电磁铁提供可变模拟量电压，所有电磁铁指向转子铁块侧的磁极相同，吸引最近的转子铁块使转子模块转动一定角度。

2.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述支撑轴为设有中心通孔的中空轴，靠近姿态传感器一处的支撑轴上开设有轴侧孔一，所述轴侧孔一用于姿态传感器一的连接电线通过支撑轴中心通孔引向工控机。

3.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述支撑轴穿过定子球壳底部通孔，且所述支撑轴顶部设置的外沿搭设在定子球壳上；所述定子球壳的底部和支撑轴之间设置有胀紧套一，并通过套设在支撑轴上的锁紧螺母一使定子球壳和支撑轴胀紧固定。

4.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述支撑轴的底部固定安装有连接法兰一，通过连接法兰一将球形电机固定在机器人其它基础支撑机构上。

5.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述转子轴为阶梯轴，所述转子轴下部小径段部分穿过转子内球，且转子轴底部和转子内球之间设置有胀紧套二，并通过套设在转子轴上的锁紧螺母二使转子内球和转子轴胀紧固定。

6.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述转子轴为设有中心通孔的中空轴，靠近转子内球处的转子轴上开设有轴侧孔二，所述轴侧孔二用于内部电磁铁散热，热气通过该轴侧孔二进入转子轴中心通孔向上排出。

7.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，靠近姿态传感器二处的转子轴上开设有轴侧孔三，所述轴侧孔三用于姿态传感器二的连接电线通过转子轴中心通孔引向支撑轴中心通孔，进而引向工控机。

8.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述转子上外壳顶部与转子轴配合处的转子轴上设置有凸台，使转子上外壳顶部搭设在转子轴的凸台上。

9.根据权利要求1所述的用于机器人关节的球形电机，其特征在于，所述转子轴的顶部连接有连接法兰二，所述连接法兰二和转子轴之间设置有胀紧套三，通过拧紧胀紧套三的胀紧套螺栓使连接法兰二和转子轴胀紧固定，连接法兰二用于连接机器人其它执行部件。