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七通道微型伺服集成安装座结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-07-14 ID:683403
  • 七通道微型伺服集成安装座结构设计
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  在桌面级小型机械臂、教育类机器人关节模组、紧凑空间多舵机联动机构的开发过程中,多伺服的排布与固定一直是结构设计里容易被忽略却直接影响整机运行稳定性的环节。常规单舵机独立安装的方案,不仅会占用大量径向安装空间,各舵机之间的走线混乱、安装基准不统一的问题,还会导致关节传动间隙增大、整机装配公差累积,在机械臂做连续回转或多轴联动动作时,很容易出现舵机输出轴受力偏载、固定螺丝松动的情况,长期运行下甚至会出现舵机外壳开裂、信号线被运动部件剐蹭断裂的故障。这款七通道伺服安装座的设计,正是针对这类需要在极小回转半径内集成多台标准舵机的应用场景,从安装基准统一、空间利用率提升、运维拆装便利性三个核心维度做了针对性的结构优化。

  从实际适配性来看,这款安装座的腔体尺寸完全匹配市面主流的9g到12g级标准微型伺服,包括常用的HS-81、HS-82系列以及同规格的hightec系列舵机都可以直接嵌入安装,不需要额外做转接件或者修磨腔体。每个舵机安装位都做了定位止口设计,舵机推入腔体后,侧面的限位筋会刚好卡入舵机外壳的原厂定位槽,限制舵机在腔体内的周向转动与轴向窜动,不需要额外打胶或者增加侧向顶丝就可以完成舵机的预固定,后续装配时只需要在舵机尾部的固定孔位拧入对应规格的自攻螺丝,就可以实现舵机的完全锁止,整个舵机拆装过程不需要拆解整个安装座,单颗舵机的更换时间可以控制在1分钟以内,对于教育类机器人的日常运维、学生做实验时的舵机替换调试来说,能省下大量的拆装调整时间。

  整体结构采用中心对称的星型排布设计,七个舵机安装腔体围绕中心的安装轴座均匀分布,每个腔体的输出端朝向都对应机械臂关节的不同运动方向,这种排布方式最大的优势在于可以将七个舵机的重心全部集中在整个安装座的中心轴线上,当安装座随机械臂关节做回转运动时,不会因为偏心重量产生额外的惯性力矩,能有效降低关节驱动电机的负载,提升运动过程的平稳性。中心的安装轴座做了通孔设计,配套的固定螺丝可以穿过中心孔直接将整个安装座锁在关节回转轴的端面,轴座与回转接触面之间做了0.2mm的凸台设计,安装时可以保证整个安装座的端面与回转轴的轴线完全垂直,避免因为安装面倾斜导致的舵机输出轴受力角度偏差。同时中心轴座内部预留了走线空腔,七个舵机的信号线与电源线都可以通过腔体侧壁的过线孔汇入中心空腔,再沿着回转轴的中心孔走线到主控板位置,完全避免了走线外露被运动部件剐蹭的风险,整个机构的外观整洁度也有明显提升。

  从安装边界尺寸来看,整个安装座的最大外轮廓直径控制在70mm以内,轴向总高度不超过35mm,相比七个舵机采用独立安装支架拼接的方案,整体占用空间缩小了40%以上,非常适合安装在桌面级小型机械臂的肩关节、腕关节这类空间极度紧凑的位置。每个舵机腔体的侧壁都做了1.5mm的壁厚设计,采用常规ABS或者PLA材料3D打印就可以满足结构强度要求,腔体侧壁还做了竖向的加强筋结构,既可以提升腔体的抗形变能力,避免舵机堵转时的反作用力撑裂腔体,又不会过多增加整个安装座的整体重量。相邻两个舵机腔体之间预留了2mm的间隙,既可以避免舵机工作时的热量互相传导累积,又能给舵机的安装螺丝预留足够的操作空间,装配时螺丝刀可以直接伸入间隙拧动螺丝,不需要额外使用特殊的短柄工具。

  在实际应用测试中,这款安装座搭载七个标准微型伺服做连续8小时的往复联动测试时,整个安装座没有出现明显的形变,各舵机的输出轴中心偏差始终控制在0.1mm以内,完全满足小型机械臂的重复定位精度要求。除了机械臂关节应用之外,这款安装座也可以适配多自由度仿生机器人的躯干关节、小型云台的多轴驱动机构、自动化设备里的小型多工位切换模组等场景,只要是需要在紧凑空间内集成多台微型伺服的机构,都可以直接套用这个安装结构,只需要根据实际使用的舵机尺寸微调腔体参数即可,不需要重新做整体排布设计,能大幅缩短结构开发的周期。设计时也充分考虑了不同加工工艺的适配性,整个结构没有倒扣或者特殊的拔模角度,不管是采用3D打印做原型验证,还是开模做注塑批量生产,都不需要做额外的结构拆分,一体成型即可,生产加工的难度与成本都控制在较低的水平。

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