本发明专利技术公开了一种仿生眼球用两自由度混合式步进电机，包括内转子、内定子、外转子、外定子、底座，底座上设有支撑轴，内定子与支撑轴固定连接，内转子通过纵向端盖与外转子固定在一起，外定子中心设有输出轴，所述的电机内定子和外定子上分别放置两相的内定子绕组、外定子绕组；外定子安装在内转子上，连杆与横向轴承内孔配合，横向轴承外圈与不导磁横向端盖配合；所述外定子包括两段铁心；所述外转子包括弧形永磁体及其两侧的两段铁心；所述内转子包括环形永磁体，环形永磁体两侧分别设有一段铁心；所述内转子内部齿端部、外转子外部齿端部分别加工成以纵轴、横轴为轴线的两个相互正交的圆柱面，两个圆柱面分别与内定子、外定子齿表面形成同心圆柱。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种两自由度混合式步进电机，尤其涉及一种适合于驱动仿生眼球在一定范围内运动的仿生眼球用两自由度混合式步进电机。
技术介绍
多自由度电动机具有机械集成度高、电机结构材料和驱动控制系统元件利用率高等特点，可以大大简化机械系统的结构，减小体积和重量，提闻系统的精度和动态性能，在机器人等具有多个运动自由度的系统中具有广泛的应用前景。80年代以来，随着机器人和空间技术的迅猛发展，多自由度电动机及其应用方面的研究日益受到重视，研究工作十分活跃，各种样机层出不穷。从现有资料看，国内外学者所研制的多自由度电动机大都采用球形结构，从结构原理上看球形结构较为合理，但存在着如结构复杂加工困难等缺点。 鉴于球形结构多自由度电动机结构复杂和加工困难，哈尔滨工业大学提出了一种非球形的正交圆柱结构双气隙共磁钢的两自由度电动机。图I是传统的正交圆柱结构两自由度电动机的结构分解图，图2和图3分别是该样机的两个自由度的结构原理示意图。该电动机由内定子I 28、内转子25、外转子I 24、支撑轴I 26、底座I 27、输出轴I 23、机壳33、一对永磁体I 31、一对横向轴承I 22、一个纵向轴承I 29组成。外转子24由硅钢片叠压而成，内侧圆周上均匀布置一些齿和槽，槽内设置外转子绕组30、内转子绕组32，输出轴23设置在外转子上方。内定子28由两段铁心组成，两段铁心上的小齿互错1/2齿距。内转子25由永磁体及其两侧的两段铁心组成，永磁体31纵向轴向充磁，两段铁心内侧齿上设置两相励磁绕组。内转子外部齿端部及内部齿端部分别加工成以横轴和纵轴为轴线的两个相互正交的圆柱面，分别与外转子和内定子齿表面形成同心圆柱。内转子与机壳固定在一起，外转子通过横向轴承与机壳安装在一起，从而外转子可相对于机壳转动。支撑轴通过纵向轴承与机壳安装在一起，从而机壳可以相对于支撑轴转动。传统的正交圆柱结构两自由度电动机的工作原理当外转子的两相绕组按A-B- (-A)- (-B)的顺序通电时，磁通Φ1经永磁体一一段内转子铁心一气隙一外转子铁心一气隙一另一段内转子铁心一永磁体形成闭合回路，电机工作于永磁式步进电动机状态，外转子相对于内转子绕横轴转动，使输出轴实现俯仰运动；当内转子的两相绕组按A-B- (-A)- (-B)的顺序通电时，磁通Φ2经永磁体一一段内转子铁心一气隙一两段内定子铁心一气隙一另一段内转子铁心一永磁体形成闭合回路，电机工作于混合式步进电动机状态，内转子连同外转子相对于内定子绕纵轴转动，使输出轴随之自转(当输出轴处于竖直位置时)或侧摆(当输出轴处于偏转状态时)。磁通Φ1和Φ 2都经过永磁体，两段气隙公用了一个永磁体，即双气隙共永磁体，因而该电动机利用一个永磁体、两组绕组实现了两个自由度的运动，电动机体积较小，具有较高的性能体积比。尽管与球形结构电动机相比，传统的正交圆柱结构两自由度电动机在结构上更加简化，更容易加工制造，体积更小，但是其在实际运行时存在以下问题I.由于外转子工作于永磁式步进电动机状态，其步距角即为一个极距角，而实际中极距不能太小，否则绕组将无法放置，因而步距角较大，电动机定位精度较低，运动平滑性较差；实际运行中内转子连同外转子相对于内定子绕纵轴是不能单一方向持续转动的，否则将导致内转子和外转子的两相绕组无法放置。2.同时，驱动仿生眼球时要求所用两自由度电动机的体积更小、质量更轻、定位精度更高、运行平滑性更好，而且能使眼球(输出轴末端)在给定范围内一定精度下沿任何轨迹运动(包括眼球连续地转动)，而传统的正交圆柱结构两自由度电动机是不适合于驱动仿生眼球运动的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种仿生眼球用两自由度混合式步进电机；可以实现驱动仿生眼球在一定范围内一定精度下沿任何轨迹运动、包括眼球持续地转动，而且能够比传统的正交圆柱结构两自由度电动机体积更小、质量更轻、定位精 度更高、运行平滑性更好。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种仿生眼球用两自由度混合式步进电机，包括内转子、内定子、外转子、外定子、底座，底座上设有支撑轴，内定子与支撑轴固定连接，支撑轴上下两端设有纵向轴承，纵向轴承与不导磁纵向端盖配合，内转子通过不导磁纵向端盖与外转子固定在一起，外定子中心设有输出轴，输出轴所在轴线与纵轴正交，所述的电机内定子和外定子上分别放置两相的内定子绕组、外定子绕组；输出轴上设有微型摄像机，摄像机轴线与输出轴轴线重合；夕卜定子与不导磁连杆的一端连接，连杆的另一端与横向轴承的内孔配合，横向轴承的外圈与不导磁横向端盖配合，不导磁横向端盖与内转子连接，使得外定子与连杆构成的整体能够绕横轴转动；所述外定子包括两段铁心，沿铁心内侧圆周分布两对极，每个极上设有若干小齿，极间槽内设置两相励磁绕组；所述外转子包括弧形永磁体及其两侧的两段铁心，铁心外侧均匀布置若干小齿，两段铁心上的小齿互错1/2齿距；所述内转子包括环形永磁体，环形永磁体两侧分别设有一段铁心，铁心沿圆周分布四对极，极间槽内设置两相励磁绕组，铁心内部均匀布置若干小齿，两侧铁心上的小齿互错1/2齿距；所述内转子内部齿端部、外转子外部齿端部分别加工成以纵轴、横轴为轴线的两个相互正交的圆柱面，两个圆柱面分别与内定子、夕卜定子齿表面形成同心圆柱。外定子的两个圆弧端面分别与不导磁连杆的第二端面通过焊接连接；不导磁横向端盖两端的内圆弧面与内转子的外圆柱面通过焊接连接，使得外定子与连杆构成的整体能够绕横轴转动。所述输出轴上设有微型摄像机，摄像机轴线与输出轴轴线重合。本专利技术工作原理当内定子的两相绕组按A— B — (-A) — (-B)的顺序通电时，ΦI经环形永磁体一一段内转子铁心一气隙一两段内定子铁心一气隙一另一段内转子铁心一环形永磁体形成闭合回路，电机工作于两相混合式步进电动机状态，内转子连同外转子相对于内定子绕支撑轴转动，使输出轴实现水平摆动。当外定子的两相绕组按A— B—(-A) — (-B)的顺序通电时，Φ2经弧形永磁体一一段外转子铁心一气隙一两段外定子铁心一气隙一另一段外转子铁心一弧形永磁体形成闭合回路，电机同样是工作于两相混合式步进电动机状态，外定子相对于外转子绕横轴转动，使输出轴实现俯仰运动。做个合适的比喻，电机两个自由度各自的运动使输出轴末端运行的轨迹分别类似地球仪上的经线和纬线。在实际当中，电机的两个自由度运动都是在一定极限转动角度范围之内的，即可认为电机输出轴能够在最大经度经线和最大维度纬线所围成的一段球面范围内以一定精度沿任意轨迹运动(包括持续转动，前提是不超出这一限定的球面范围)。因此，只要实际要求的仿生眼球的运动范围在上述最大经度线和最大纬度线所围成的一段球面范围之内，则本专利技术可驱动眼球(输出轴末端)在要求范围内以一定精度沿任意轨迹运动(包括持续转动)。本专利技术的有益效果是I.电机两个自由度磁路上相互独立，实际是两个独立的电机通过机械机构组合在一起，因而可以按照对一个两相混合式步进电机进行分析的方法来对这两个自由度的电机分别独立进行分析，使分析方便；两个自由度的电机都工作于两相混合式步进电机状态，步距角是齿距角的1/4，并且实际当中内转子和外转子的齿距角是可以做得足够小的(而传统的正交圆柱结构两自由度电动机有一个自由度工作于永磁式步进电机状本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种仿生眼球用两自由度混合式步进电机，包括内转子、内定子、外转子、外定子、底座，底座上设有支撑轴，内定子与支撑轴固定连接，支撑轴上端设有纵向轴承，纵向轴承与不导磁纵向端盖配合，内转子通过纵向端盖与外转子固定在一起，外定子中心设有输出轴，输出轴所在轴线与纵轴正交，所述的电机内定子和外定子上分别放置两相的内定子绕组、外定子绕组；外定子与不导磁连杆的一端连接，连杆的另一端与横向轴承的内孔配合，横向轴承的外圈与不导磁横向端盖配合，不导磁横向端盖与内转子连接；所述外定子包括两段铁心，沿铁心内侧圆周分布两对极，每个极上设有若干小齿，极间槽内设置两相励磁绕组；所述外转子包括弧形永磁体及其两侧的两段铁心，铁心外侧均匀布置若干小齿，两段铁心上的小齿互错1/2齿距；所述内转子包括环形永磁体，环形永磁体两侧分别设有一段铁心，铁心沿圆周分布四对极，极间槽内设置两相励磁绕组，铁心内部均匀布置若干小齿，两侧铁心上的小齿互错1/2齿距；所述内转子内部齿端部、外转子外部齿端部分别加工成以纵轴、横轴为轴线的两个相互正交的圆柱面，两个圆柱面分别与内定子、外定子齿表面形成同心圆柱。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐衍亮，鲁炳林，马昕，顾建军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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