本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种旋转运动模块。本发明还涉及一种机器人。
背景技术：
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
各式各样的机器人正不断出现在大众面前，相比于轮式机器人，腿足式机器人具有更强的地形适应力和更为广泛的应用场景。现有的技术方案主要是通过串联的方式将腿足式机器人的腿部自由度对应运动模块的输入端与输出端两两连接。这种串联结构的可以很好地实现较大的运动空间和较好的灵活性，但是这种结构在运动模块断电之后将会面临机器人本体姿态不受控制，腿结构会自然运动至身体内侧，不利于搬运；在机器人重新上电之后，需要摆到特定的姿态或者通过装置，不便于实际使用；另一方面，机器人在遇到紧急情况掉电后，旋转运动模块无法自锁将导致机器人本体因为重力坠至地面而损坏。
技术实现要素：
本发明的目的是至少解决现有技术中机器人的腿足部的旋转运动模块结构紧凑度较低并且无法自锁的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种旋转运动模块，所述旋转运动模块包括：
外壳，所述外壳用于连接机器人主体；
电机单元，所述电机单元设于所述外壳内，所述电机单元包括同轴设置的定子和转子；
行星减速器，所述行星减速器设于所述外壳内，所述行星减速器与所述转子单元同轴设置，所述行星减速器的输入端与所述转子的输出端啮合连接，所述行星减速器的输出端用于连接机器人的腿足部；
刹车单元，所述刹车单元与所述外壳的内侧连接，所述刹车单元处于第一状态时，所述刹车单元与所述转子之间保持间隔，所述刹车单元处于第二状态时，所述刹车单元与所述转子抵接；
控制单元，所述控制单元与所述电机单元和所述刹车单元均电连接。
本发明提出的旋转运动模块作为机器人的关节，整体结构小巧紧凑，通过电机单元和行星减速器集成实现机器人腿足部的驱动功能，通过配置刹车单元实现自锁功能，使得旋转运动模块在断电后可自行保持当时的定姿态。不改变旋转运动模块本身的性能，也不影响旋转运动模块质量和体积，保证了机器人本体的运动性能。对于机器人特定的姿态例如站立时，可以解除旋转运动模块本身的输出而启用刹车单元来达到节能的目的。使得旋转运动模块在断电之后可在当前位置固定，保证腿部整体的固定姿态，利于搬运及应用。
另外，根据本发明的旋转运动模块，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述转子沿环向方向设有多个槽孔，所述刹车单元包括插销和驱动部，所述插销与任一个所述槽孔的位置相对应，所述驱动部用于驱动所述插销插入其中一个所述槽孔内。
在本发明的一些实施例中，所述刹车单元还包括刹车支架，所述外壳对应其中一个所述槽孔的位置设有插销孔，所述刹车支架与所述插销孔处的所述外壳固定连接，所述插销和所述驱动部均设于所述插销孔内，所述驱动部与所述刹车支架固定连接，所述驱动部为与所述控制单元电连接的电磁铁。
在本发明的一些实施例中，所述控制单元包括电机驱动电路和刹车控制电路，所述电机驱动电路用于控制所述电机单元运转，所述刹车控制电路用于控制所述刹车单元在所述第一状态和所述第二状态之间切换，所述控制单元还包括磁编码器和设于所述转子上的磁环，所述磁编码器与所述磁环通过磁感应的方式连接，所述电机驱动电路、所述刹车控制电路和所述磁编码器三者之间通信连接。
在本发明的一些实施例中，所述外壳包括电机壳和电机后盖，所述旋转运动模块还包括尾轴承座，所述电机壳为圆筒型结构，所述电机单元设于所述电机壳内部并且与所述电机壳连接，所述电机后盖安装于所述电机壳的一端。
在本发明的一些实施例中，所述尾轴承座对应所述输出轴的位置设有轴孔，所述输出轴的第一端穿出所述轴孔，所述磁环环设于所述输出轴的所述第一端的外侧，所述控制单元还包括固定板，所述电机驱动电路、所述刹车控制电路和所述磁编码器均安装在所述固定板上，所述固定板设于所述尾轴承座和所述电机后盖之间，并且所述固定板与所述尾轴承座固定连接。
在本发明的一些实施例中，所述定子包括固定环、绕线绕组和内齿圈，所述固定环设于所述外壳的内部，并且所述固定环沿所述外壳的环向方向设置，所述绕线绕组沿所述固定环的环向方向设置，所述内齿圈设于所述固定环的内侧，所述内齿圈沿所述固定环的环向方向设置，所述转子包括转子部、磁钢套、多个磁钢和输出轴，所述转子部呈桶型结构，所述转子部包围在所述定子的外部并且与所述定子间隔设置，所述多个磁钢设于所述转子部对应所述绕线绕组的位置，所述磁钢套设有与所述磁钢一一对应的磁钢孔，所述磁钢嵌设于所述磁钢孔内，所述输出轴装配于所述转子部的轴心处并且与所述转子部同轴设置，所述输出轴的第二端设有外齿，所述输出轴与所述行星减速器的输入端通过所述外齿啮合连接。
在本发明的一些实施例中，所述行星减速器包括第一轴承、外行星架、内行星架、多个行星齿轮、多个销轴和多个第二轴承，所述外行星架的外侧通过所述第一轴承与所述外壳的内侧连接，所述销轴连接所述外行星架和所述内行星架，所述第二轴承与所述销轴一一对应设置并且套设于所述销轴的外侧，所述行星齿轮与所述第二轴承一一对应设置并且套设于所述第二轴承的外侧，所述行星齿轮与所述内齿圈和所述输出轴均啮合连接。
在本发明的一些实施例中，所述外行星架上设有多个连接孔，所述电机后盖上设有多个预留孔，所述预留孔的位置与所述连接孔的位置一一对应。
本发明的第二方面提出了一种机器人，所述机器人包括：
机器人主体；
多个旋转运动模块，所述旋转运动模块为本发明第一方面提出的旋转运动模块，所述旋转运动模块的所述外壳安装于所述机器人主体；
多个机器人腿足部，所述机器人腿足部的数量与所述旋转运动模块的数量一致，所述机器人腿足部的一端与所述旋转运动模块的所述行星减速器的所述输出端连接。
本发明第二方面提出的机器人具有和本发明第一方面提出的旋转运动模块相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本
发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的旋转运动模块的正视角度的结构示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的旋转运动模块的后视角度的结构示意图；
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的旋转运动模块的剖视示意图；
图4示意性地示出了根据本发明实施方式的旋转运动模块的结构分解示意图；
图5示意性地示出了根据本发明实施方式的机器人的结构示意图；
附图中各标记表示如下：
100：外壳；
1：定子、11：绕线绕组、12：电机壳、13：内齿圈、14：固定环；
2：行星减速器、21：第一轴承、22：外行星架、23：内行星架、24：行星齿轮、25：销轴、26：第二轴承、27：连接孔；
3：转子、31：转子部、32：磁钢、33：磁钢套、34：垫片、35：磁环、36：槽孔；
4：刹车单元、41：插销、42：刹车支架、43：电磁铁；
5：尾轴承座、6：固定板、7：电机后盖、71：预留孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1至5所示，本发明的第一方面提出了一种旋转运动模块，旋转运动模块包括：外壳100，电机单元，行星减速器2，刹车单元4和控制单元，外壳100通过卡接或者螺接的方式与机器人主体连接；电机单元设于外壳100内，电机单元包括同轴设置的定子1和转子3，电机单元的电力可以由机器人的电池提供；行星减速器2设于外壳100内，行星减速器2与转子3单元同轴设置，行星减速器2的输入端与转子3的输出端啮合连接，行星减速器2的输出端连接机器人的腿足部，行星减速器2用于将电机单元的输出减速并且放大扭矩进行输出；刹车单元4可以通过电磁铁43驱动插销41的方式实现，或者马达驱动插销41的方式实现，刹车单元4固定在外壳100上，当刹车单元4处于第一状态时，刹车单元4与转子3之间保持间隔，当刹车单元4处于第二状态时，刹车单元4与转子3抵接；控制单元包括控制器和与电机单元和刹车单元4均电连接的电路，控制单元对电机单元的运行进行监测和控制，在需要自锁时控制刹车单元4进行自锁。
本发明提出的旋转运动模块作为机器人的关节，整体结构小巧紧凑，通过电机单元和行星减速器2集成实现机器人腿足部的驱动功能，通过刹车单元4实现自锁功能，使得旋转运动模块在断电后可自行保持当时的定姿态。不改变旋转运动模块本身的性能，也不影响旋转运动模块质量和体积，保证了机器人本体的运动性能。对于机器人特定的姿态例如站立时，可以解除旋转运动模块本身的输出而启用刹车单元4来达到节能的目的。使得旋转运动模块在断电之后可在当前位置固定，保证腿部整体的固定姿态，利于搬运及应用。
在本发明的一些实施例中，转子3沿环向方向设有多个槽孔36，刹车单元4包括插销41和驱动部，插销41与任一个槽孔36的位置相对应，驱动部用于驱动插销41插入其中一个槽孔36内，驱动部可以采用电磁铁43，通过电磁力吸附或反弹插销41实现插销41与转子3的接触或分离，进而实现机器人定姿自锁，驱动部还可以采用电动马达，通过电动马达驱动插销41，同样能实现自锁功能。
在本发明的一些实施例中，刹车单元4还包括刹车支架42，外壳100对应其中一个槽孔36的位置设有插销41孔，刹车支架42与插销41孔处的外壳100固定连接，插销41和驱动部均设于插销41孔内，驱动部与刹车支架42固定连接，驱动部为与控制单元电连接的电磁铁43，当旋转运动模块需要保持在某一位置时，可以控制电磁铁43反向施力将插销41推出，卡入转子3的槽孔36，之后可以通过控制单元让电机解除本身输出或者将电机下电，旋转运动模块将保持在当前位置，实现定姿自锁。
在本发明的一些实施例中，控制单元包括电机驱动电路和刹车控制电路，电机驱动电路用于控制电机单元运转，刹车控制电路用于控制刹车单元4在第一状态和第二状态之间切换，控制单元还包括磁编码器和设于转子3上的磁环35，磁编码器与磁环35通过磁感应的方式连接，电机驱动电路、刹车控制电路和磁编码器三者之间通信连接，通过磁编码器感知磁环35的位置进而感知转子3的位置和转速等信息，方便控制单元对电机单元进行控制。
在本发明的一些实施例中，外壳100包括电机壳12和电机后盖7，旋转运动模块还包括尾轴承座5，电机壳12为圆筒型结构，电机单元设于电机壳12内部并且与电机壳12连接，电机后盖7安装于电机壳12的一端，整体结构紧凑，便于装配和拆卸维修。
在本发明的一些实施例中，尾轴承座5对应输出轴的位置设有轴孔，输出轴的第一端通过第三轴承与轴孔连接并且穿出轴孔，磁环35环设于输出轴的第一端的外侧，控制单元还包括固定板6，电机驱动电路、刹车控制电路和磁编码器均安装在固定板6上，固定板6设于尾轴承座5和电机后盖7之间，并且固定板6与尾轴承座5固定连接，刹车单元4靠近固定板6，便于其控制和走线，在发挥定姿作用的时候受力极小，在旋转运动模块正常作用的时候不会对其造成影响。
在本发明的一些实施例中，定子1包括固定环14、绕线绕组11和内齿圈13，固定环14设于外壳100的内部，并且固定环14沿外壳100的环向方向设置，绕线绕组11沿固定环14的环向方向设置，内齿圈13设于固定环14的内侧，内齿圈13沿固定环14的环向方向设置，转子3包括转子部31、磁钢套33、多个磁钢32和输出轴，转子部31呈桶型结构，转子部31包围在定子1的外部并且与定子1间隔设置，多个磁钢32设于转子部31对应绕线绕组11的位置，磁钢套33设有与磁钢32一一对应的磁钢孔，磁钢32嵌设于磁钢孔内，输出轴装配于转子部31的轴心处并且与转子部31同轴设置，输出轴的第二端设有外齿，输出轴与行星减速器2的输入端通过外齿啮合连接，绕线绕组11通电后，转子部31会由于磁钢32和绕线绕组11之间的磁力作用进行转动，实现动力输出。
在本发明的一些实施例中，行星减速器2包括第一轴承21、外行星架22、内行星架23、多个行星齿轮24、多个销轴25和多个第二轴承26，外行星架22的外侧通过第一轴承21与外壳100的内侧连接，销轴25连接外行星架22和内行星架23，第二轴承26与销轴25一一对应设置并且套设于销轴25的外侧，行星齿轮24与第二轴承26一一对应设置并且套设于第二轴承26的外侧，行星齿轮24与内齿圈13和输出轴均啮合连接，从而实现减速，增大扭矩输出，从而能够在相同动力需求的情况下采用较小的电机单元，使装置结构紧凑集成度更高。
在本发明的一些实施例中，外行星架22上设有多个连接孔27，电机后盖7上设有多个预留孔71，预留孔71的位置与连接孔27的位置一一对应，在一些应用场景，可以通过连接孔27与预留孔71对接实现旋转运动模块的串联。
在本发明的一些实施例中，第一轴承21为交叉滚子轴承，结构紧凑，精度高，第二轴承26为深沟球轴承，能同时承受多向载荷，摩擦阻力小，转速高。
在本发明的一些实施例中，电机壳12和电机后盖7上均开设有多个散热孔，转子部31上设有散热垫片34，散热垫片34由导热能力强的材料制成，尾轴承座好5和转子部31上也开设有多个镂空结构，加强旋转运动模块的散热能力。
本发明的第二方面提出了一种机器人，机器人包括：
机器人主体；
多个旋转运动模块，旋转运动模块为本发明第一方面提出的旋转运动模块，旋转运动模块的外壳100安装于机器人主体；
多个机器人腿足部，机器人腿足部的数量与旋转运动模块的数量一致，机器人腿足部的一端与旋转运动模块的行星减速器2的输出端连接。
当旋转运动模块正常转动时，转子3会由于磁钢32和绕线绕组11之间的作用进行转动，转子3的输出轴通过齿轮啮合带动行星齿轮24进行转动，行星齿轮24与内齿圈13通过齿轮啮合进而带动整个外行星架22进行转动，从而实现减速，增大扭矩输出。
当旋转运动模块通过控制单元控制保持在某一位置时，可以控制电磁铁43反向施力将插销41推出，卡入转子3对应的槽孔36，之后可以通过控制单元让电机单元解除本身输出或者将电机单元下电，旋转运动模块将保持在当前位置，实现定姿自锁。
对于应用其的四足机器人，可通过以上方式实现断电自锁的功能，同时亦可通过以上方式让机器人在极低输出功率的情况下维持某一姿态，从而达到节能的作用。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
1.一种旋转运动模块，其特征在于，所述旋转运动模块包括：
外壳，所述外壳用于连接机器人主体；
电机单元，所述电机单元设于所述外壳内，所述电机单元包括同轴设置的定子和转子；
行星减速器，所述行星减速器设于所述外壳内，所述行星减速器与所述转子同轴设置，所述行星减速器的输入端与所述转子的输出端啮合连接，所述行星减速器的输出端用于连接机器人的腿足部；
刹车单元，所述刹车单元与所述外壳的内侧连接，所述刹车单元处于第一状态时，所述刹车单元与所述转子之间保持间隔，所述刹车单元处于第二状态时，所述刹车单元与所述转子抵接；
控制单元，所述控制单元与所述电机单元和所述刹车单元均电连接。
2.根据权利要求1所述的旋转运动模块，其特征在于，所述转子沿环向方向设有多个槽孔，所述刹车单元包括插销和驱动部，所述插销与任一个所述槽孔的位置相对应，所述驱动部用于驱动所述插销插入其中一个所述槽孔内。
3.根据权利要求2所述的旋转运动模块，其特征在于，所述刹车单元还包括刹车支架，所述外壳对应其中一个所述槽孔的位置设有插销孔，所述刹车支架与所述插销孔处的所述外壳固定连接，所述插销和所述驱动部均设于所述插销孔内，所述驱动部与所述刹车支架固定连接，所述驱动部为与所述控制单元电连接的电磁铁。
4.根据权利要求1所述的旋转运动模块，其特征在于，所述控制单元包括电机驱动电路和刹车控制电路，所述电机驱动电路用于控制所述电机单元运转，所述刹车控制电路用于控制所述刹车单元在所述第一状态和所述第二状态之间切换，所述控制单元还包括磁编码器和设于所述转子上的磁环，所述磁编码器与所述磁环通过磁感应的方式连接，所述电机驱动电路、所述刹车控制电路和所述磁编码器三者之间通信连接。
5.根据权利要求4所述的旋转运动模块，其特征在于，所述外壳包括电机壳和电机后盖，所述旋转运动模块还包括尾轴承座，所述电机壳为圆筒型结构，所述电机单元设于所述电机壳内部并且与所述电机壳连接，所述电机后盖安装于所述电机壳的一端。
6.根据权利要求5所述的旋转运动模块，其特征在于，所述尾轴承座对应所述输出轴的位置设有轴孔，所述输出轴的第一端穿出所述轴孔，所述磁环环设于所述输出轴的所述第一端的外侧，所述控制单元还包括固定板，所述电机驱动电路、所述刹车控制电路和所述磁编码器均安装在所述固定板上，所述固定板设于所述尾轴承座和所述电机后盖之间，并且所述固定板与所述尾轴承座固定连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的旋转运动模块，其特征在于，所述定子包括固定环、绕线绕组和内齿圈，所述固定环设于所述外壳的内部，并且所述固定环沿所述外壳的环向方向设置，所述绕线绕组沿所述固定环的环向方向设置，所述内齿圈设于所述固定环的内侧，所述内齿圈沿所述固定环的环向方向设置，所述转子包括转子部、磁钢套、多个磁钢和输出轴，所述转子部呈桶型结构，所述转子部包围在所述定子的外部并且与所述定子间隔设置，所述多个磁钢设于所述转子部对应所述绕线绕组的位置，所述磁钢套设有与所述磁钢一一对应的磁钢孔，所述磁钢嵌设于所述磁钢孔内，所述输出轴装配于所述转子部的轴心处并且与所述转子部同轴设置，所述输出轴的第二端设有外齿，所述输出轴与所述行星减速器的输入端通过所述外齿啮合连接。
8.根据权利要求7所述的旋转运动模块，其特征在于，所述行星减速器包括第一轴承、外行星架、内行星架、多个行星齿轮、多个销轴和多个第二轴承，所述外行星架的外侧通过所述第一轴承与所述外壳的内侧连接，所述销轴连接所述外行星架和所述内行星架，所述第二轴承与所述销轴一一对应设置并且套设于所述销轴的外侧，所述行星齿轮与所述第二轴承一一对应设置并且套设于所述第二轴承的外侧，所述行星齿轮与所述内齿圈和所述输出轴均啮合连接。
9.根据权利要求8所述的旋转运动模块，其特征在于，所述外行星架上设有多个连接孔，所述电机后盖上设有多个预留孔，所述预留孔的位置与所述连接孔的位置一一对应。
10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：
机器人主体；
多个旋转运动模块，所述旋转运动模块为根据权利要求1至9任一项所述的旋转运动模块，所述旋转运动模块的所述外壳安装于所述机器人主体；
多个机器人腿足部，所述机器人腿足部的数量与所述旋转运动模块的数量一致，所述机器人腿足部的一端与所述旋转运动模块的所述行星减速器的所述输出端连接。
技术总结