CN104440912A - 一种机械式控制舵机转向的机构 - Google Patents

Abstract

一种机械式控制舵机转向的机构，在底座（20）上固联有换向齿轮托架（18），换向齿轮托架（18）上安装有换向大齿轮（14）、换向齿轮轴（15）、换向小齿轮（16）、换向小齿轮（17）所组成的齿轮换向系统；齿式联轴器（13）空套在太阳轮托架（12）的光孔中，齿式联轴器（13）与太阳轮（10）连接；太阳轮（10）通过三个行星轮（37）与转盘轴承内齿圈（11）构成太阳轮系；在旋转支架（3）上安装有两个蜗杆轴（2）、离合器电磁铁（6）、蜗杆换向大齿轮（33）、蜗杆换向齿轮轴（34）、蜗杆换向小齿轮（35）、蜗杆换向小齿轮（36）以及一个推力轴承（9）；离合器齿轮（8）、离合器电磁铁（6）、离合器齿轮（4）空套在主轴（30）上。

Description

一种机械式控制舵机转向的机构

技术领域

本发明涉及一种机器人结构，尤其涉及一种机械式控制舵机转向的机构。

背景技术

在实际的生产工作当中，有些工作的工作环境是在高危、高污染的条件下进行的，可能会对人体造成伤害，而有些工作又要求较高的精度和效率，故在此类工作中常使用机器人来代替人员操作。机械手臂的底座是实现机械手臂整体在水平面内做周转运动的必不可少的部件。现有机械手臂的底座，不论是国内的还是国外的，通常安装一台舵机，负责机械手臂在水平面内的正转与逆转，反复的正转与逆转，致使舵机容易抖舵，造成舵机和芯片极易损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机械手臂的机械式控制舵机转向的机构。

本发明是一种机械式控制舵机转向的机构，有一外壳19，电机23固定安装在底座20上，底座20固定安装在外壳19上，减速锥齿轮21固连在主轴30上，在底座20上固联有换向齿轮托架18，换向齿轮托架18上安装有换向大齿轮14、换向齿轮轴15、第一换向小齿轮16、第二换向小齿轮17所组成的齿轮换向系统；换向大齿轮14、第一换向小齿轮16与换向齿轮轴15固定连接，第二换向小齿轮17空套在它所处位置的一根轴上；在外壳19上安装有双离合器装置的第一离合器电磁铁27，双离合器装置的第四离合器摩擦盘26、第三离合器摩擦盘28固联在主轴30上，双离合器装置的输出轴与第四离合器齿轮24、第三离合器齿轮29固联；主轴30空套在齿式联轴器13中，内部有滚动轴承31；齿式联轴器13空套在太阳轮托架12的光孔中，齿式联轴器13与太阳轮10连接；太阳轮10通过三个行星轮37与转盘轴承内齿圈11构成太阳轮系；在转盘轴承内齿圈11上用螺栓连接有旋转支架3，在旋转支架3上安装有两个蜗杆轴2、双离合器装置的第二离合器电磁铁6、换向系统的蜗杆换向大齿轮33、蜗杆换向齿轮轴34、第一蜗杆换向小齿轮35、第二蜗杆换向小齿轮36以及一个推力轴承9；第二离合器齿轮8、第二离合器电磁铁6、第一离合器齿轮4空套在主轴30上，并且被旋转支架3托住；第二离合器摩擦盘7、第一离合器摩擦盘5与主轴30固联；蜗杆换向大齿轮33、第一蜗杆换向小齿轮35固联在蜗杆换向齿轮轴34上，第二蜗杆换向小齿轮36空套在它所处位置的一根轴上。

本发明实现了舵机的功能多样化，仅在一台电机的前提下，使其不仅完成传统机械手臂的底座在水平面内的周转，还实现了铅垂面内的旋转运动。同时只用一台舵机，借助双离合器与换向齿轮系统的结合构建了一个可以接通、断开、改变转向的装置，并且操作与控制十分简单，仅需控制离合器的通断即可。借助离合器的通断以及舵机本身的通断可以组成不同的动作效果，使得机械手臂的底座部分更为灵活。此外还有效避免了舵机的抖舵现象，保护了舵机和芯片。

附图说明

图1是该发明的内部结构主视图，图2是该发明的内部结构右视图，图3是该发明的内部结构中轴盘轴承部分的俯视图，图4是图2中的A向剖视图，图5是内部结构轴测图。附图标记及对应名称为：涡轮1，蜗杆轴2，旋转支架3，第一离合器齿轮4，第一离合器摩擦盘5，第二离合器电磁铁6，第二离合器摩擦盘7，第二离合器齿轮8，推力轴承9，太阳轮10，转盘轴承内齿圈11，太阳轮托架12，齿式联轴器13，换向大齿轮14，换向齿轮轴15，第一换向小齿轮16，第二换向小齿轮17，换向齿轮托架18，外壳19，底座20，减速锥齿轮21，电机轴锥齿轮22，电机23，第四离合器齿轮24，第四离合器齿轮的推力轴承25，第四离合器摩擦盘26，第一离合器电磁铁27，第三离合器摩擦盘28，第三离合器齿轮29，主轴30，滚动轴承31，蜗杆驱动齿轮32，蜗杆换向大齿轮33，蜗杆换向齿轮轴34，第一蜗杆换向小齿轮35，第二蜗杆换向小齿轮36，行星轮37，电磁刹车器38。

具体实施方式

如图1~图5所示，本发明是机械式控制舵机转向的机构，是用于机械手臂的机械式控制正反转底座机构，包括有外壳19，电机23可以固定安装在底座20上，底座20又可固定安装在外壳19上。减速锥齿轮21固连在主轴30上，在底座20上固联有换向齿轮托架18，换向齿轮托架18上安装有换向大齿轮14、换向齿轮轴15、第一换向小齿轮16、第二换向小齿轮17所组成的齿轮换向系统。换向大齿轮14、第一换向小齿轮16与换向齿轮轴15固定连接，第二换向小齿轮17则空套在它所处位置的一根轴上。在外壳19上安装有双离合器装置的第一离合器电磁铁27，同时双离合器装置的第四离合器摩擦盘26、第三离合器摩擦盘28固联在主轴30上，而双离合器装置的输出轴与齿轮固联，即第四离合器齿轮24、第三离合器齿轮29。主轴30空套在齿式联轴器13中，内部有滚动轴承31。齿式联轴器13空套在太阳轮托架12的光孔中，齿式联轴器13又与太阳轮10连接。而太阳轮10通过三个行星轮37与转盘轴承内齿圈11构成太阳轮系。在转盘轴承内齿圈11上用螺栓连接有旋转支架3，在旋转支架3上安装有两个蜗杆轴2、双离合器装置的第一离合器电磁铁6 、换向系统的蜗杆换向大齿轮33、蜗杆换向齿轮轴34、第一蜗杆换向小齿轮35、第二蜗杆换向小齿轮36以及一个推力轴承9。第二离合器齿轮8、第一离合器电磁铁6、第一离合器齿轮4空套在主轴30上，并且被旋转支架3托住。第二离合器摩擦盘7、第一离合器摩擦盘5与主轴30固联。蜗杆换向大齿轮33、第一蜗杆换向小齿轮35固联在蜗杆换向齿轮轴34上，第二蜗杆换向小齿轮36则空套在它所处位置的一根轴上。

本发明的工作原理是：如图1~图5所示，电机23可以安装在底座20上，电机23的轴上装有电机轴锥齿轮22，该锥齿轮与减速锥齿轮21标准啮合。在减速锥齿轮21上安装有主轴30。当电机23转动时，可依靠这套齿轮使主轴30转动，同时该套齿轮也起减速作用。在主轴30以一定的速度转动时，利用双离合器装置（包括第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26、第一离合器电磁铁27、第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29）及换向齿轮系统（包括换向大齿轮14、换向齿轮轴15、第一换向小齿轮16、第二换向小齿轮17、换向齿轮托架18）与主轴30的接通与断开实现太阳轮10的正转与逆转，进而靠行星轮装置实现转盘轴承内齿圈11的正转与逆转，进而实现转盘轴承的正反转。同时在转盘轴承内齿圈11上又固定安装有旋转支架3，使得旋转支架3完成设计所要求的在水平面内的周转运动。这样在旋转支架3上固定安装的其他部件，如机械手的手臂，也可以随之在空间中做水平面的周转。在旋转支架3上还安装有负责接通主轴30与蜗杆轴2的另一套双离合器装置（包括第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5、第一离合器电磁铁6、第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8），同理，当主轴30转动时，利用此处的双离合器装置实现蜗杆轴2与主轴30的接通与断开，为实现蜗杆轴2轴的正反转，在第一离合器齿轮4和第二离合器齿轮8之间也安装有换向齿轮系统（包括蜗杆换向大齿轮33、蜗杆换向齿轮轴34、第一蜗杆换向小齿轮35、第二蜗杆换向小齿轮36）。这样只要按情况控制双离合器装置中两个离合器的接通与断开即可实现蜗杆轴2的工作与停止，以及工作时的正转与反转。由于两个蜗杆轴2对称的与涡轮1啮合，则蜗杆轴2的转动带动了涡轮1的转动，只要在涡轮1上安装其他装置，比如机械手臂的手臂部分，则实现了其他部件在铅垂面内的正反转。因此依据本发明实现了电机的功能多样化，仅在一台电机的前提下，使其不仅完成传统机械手臂的底座在水平面内的周转，还实现了铅垂面内的旋转运动。

如图1、图2、图4所示，双离合器的输出轴必须与齿轮固联形成装置第四离合器齿轮24、第三离合器齿轮29以及第一离合器齿轮4、第二离合器齿轮8。并且第一离合器齿轮4、第二离合器齿轮8、第四离合器齿轮24、第三离合器齿轮29必须空套在主轴30上。

如图1、图2、图4、图5所示，第四离合器齿轮24必须与第二换向小齿轮17始终啮合，换向大齿轮14必须始终与第三离合器齿轮29啮合。第二离合器齿轮8的下层齿必须始终与第二蜗杆换向小齿轮36啮合，第一离合器齿轮4必须与蜗杆换向大齿轮33始终啮合。

如图1、图2、图4、图5所示，第二离合器齿轮8必须是双层齿，并且上层齿分度圆大于下层齿的分度圆。

如图4所示，在太阳轮10和齿式联轴器13的内部光孔中装有滚动轴承31。

如图1、图2、图4所示，太阳轮托架12上安装有锁住行星轮37的电磁刹车器38。

如图1~图5所示，电机23的轴上安装有电机轴锥齿轮22，与电机轴锥齿轮22啮合的是减速锥齿轮21，电机轴锥齿轮22和减速锥齿轮21构成了一套简单的单级减速装置，使得与减速锥齿轮21连接的主轴30的转速达到设计要求。双离合器装置的第一离合器电磁铁27固联在外壳19上，第四离合器齿轮24和第三离合器齿轮29上都固联有电极片，第四离合器摩擦盘26和第三离合器摩擦盘28则与主轴30依靠键销固联且第四离合器摩擦盘26、第三离合器摩擦盘28上都装有高耐磨性摩擦片。当电机23启动时，主轴30随之以一定速度转动，此时先断开第四离合器齿轮24与第四离合器摩擦盘26，仅让第三离合器摩擦盘28与第三离合器齿轮29结合，依靠电磁离合器的摩擦力矩，即第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29之间的摩擦力矩，使得第三离合器齿轮29与主轴30同向转动，第三离合器齿轮29转动时带动与之固联的齿式联轴器13，齿式联轴器13进一步带动与其固联的太阳轮10转动，当太阳轮10转动时，依靠太阳轮系实现转盘轴承内齿圈11的转动，此时转盘轴承内齿圈11的转向与主轴30反向。这样转盘轴承内齿圈11的转动可进一步变成与之螺栓连接的旋转支架3的转动，进而完成底座在水平面内的反向旋转（此处以主轴30的逆时针转向为正）。

当需要停止时，同时完成三个动作：断开电机23、断开第三离合器摩擦盘28与第三离合器齿轮29，接通第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26。由于第四离合器齿轮24与换向齿轮装置始终啮合，而换向齿轮链的末端齿轮——换向大齿轮14与第三离合器齿轮29也始终啮合，因此双离合器的下半部分（包括第一离合器电磁铁27、第四离合器摩擦盘26、第四离合器齿轮24）此时变成了一个轮齿制动器，进而制动第三离合器齿轮29的转动，也即制动当第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29断开时由惯性所产生的运动，进而控制底座在水平面内实现预定角度的周转，然后只要用电磁刹车器38刹住太阳轮系中的任何一个行星轮37都可以实现底座在水平面内的成角度定位。

当需要换向时，考虑到主轴30同时负责蜗杆轴2的转动，有四种情况可选：一、断开第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29的同时接通第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26，此时主轴30仍在转动，依靠高强度的轮齿在瞬间完成制动与换向，让转盘轴承内齿圈11的转向与主轴30相同。二、首先电机23停止，与此同时第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29断开、第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26接通，然后第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26断开，电机23的轴反转，与此同时再次接通第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29实现换向，让转盘轴承内齿圈11的转向与主轴30相同。三、首先电机23停止，与此同时第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29断开、第四离合器齿轮24、第四离合器摩擦盘26接通，然后启动电机23，转向不变，依靠换向齿轮系统让第三离合器齿轮29的转向与主轴30 不同，进而再通过太阳轮系让转盘轴承内齿圈11的转向与主轴30相同。四、保持第三离合器摩擦盘28、第三离合器齿轮29接通，直接让电机23正反转。因此依靠上述三种方式可以依据具体的工作要求和动作流程实现底座在水平面内的逆转（或称反转）。不论正传还是反转，当转动预设角度后，都可以借助电磁刹车器38锁紧，从而实现底座的旋转支架3在空间的定位。

当主轴30转动时，蜗杆轴2也可以借助双离合器（此处为第一离合器摩擦盘5、第一离合器电磁铁6、第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8、推力轴承9）以及换向齿轮系统（此处为图2中的蜗杆换向大齿轮33、蜗杆换向齿轮轴34、第一蜗杆换向小齿轮35、第二蜗杆换向小齿轮36）实现与主轴30的接通与断开。如图4所示，第二离合器齿轮8为一个双层齿轮，下层齿轮负责与换向齿轮系统连接，上层齿轮与蜗杆驱动齿轮32啮合，负责将动力传输给蜗杆轴2。此处的双离合器装置及换向齿轮系统的工作方式和原理与前述一样，此处只简述工作流程。当主轴30转动时，先接通第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8，让第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5断开。此时依靠第二离合器齿轮8与蜗杆驱动齿轮32的啮合将动力传至蜗杆轴2，进而带动涡轮1转动，实现水平面的旋转转化为铅垂面的旋转，制动时可以先停止电机23，同时断开第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8，接通第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5。若要改变涡轮1的转动方向，仍有四种方式，依具体的动作要求而定：一、电机23停止转动，同时第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8断开，第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5接通，然后第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5断开，第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8再次接通，电机反转。二、电机23停止转动，同时第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8断开，第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5接通，然后启动电机，转向不变。三、电机23始终不变向转动，断开第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8的同时接通第一离合器齿轮4、第一离合器摩擦盘5。四、保持第二离合器摩擦盘7、第二离合器齿轮8接通，直接让电机23正反转。这样便实现了涡轮但正反转，也即铅垂面内的正反转。

以上动作流程中，可以利用两个双离合器、两个换向齿轮系统以及电机自身的正反转实现不同组合情况下的多种动作。只需控制离合器的接通与断开即可。

Claims (6)

1.一种机械式控制舵机转向的机构，有一外壳（19），电机（23）固定安装在底座（20）上，底座（20）固定安装在外壳（19）上，其特征在于减速锥齿轮（21）固连在主轴（30）上，在底座（20）上固联有换向齿轮托架（18），换向齿轮托架（18）上安装有换向大齿轮（14）、换向齿轮轴（15）、第一换向小齿轮（16）、第二换向小齿轮（17）所组成的齿轮换向系统；换向大齿轮（14）、第一换向小齿轮（16）与换向齿轮轴（15）固定连接，第二换向小齿轮（17）空套在它所处位置的一根轴上；在外壳（19）上安装有双离合器装置的第一离合器电磁铁（27），双离合器装置的第四离合器摩擦盘（26）、第三离合器摩擦盘（28）固联在主轴（30）上，双离合器装置的输出轴与第四离合器齿轮（24）、第三离合器齿轮（29）固联；主轴（30）空套在齿式联轴器（13）中，内部有滚动轴承（31）；齿式联轴器（13）空套在太阳轮托架（12）的光孔中，齿式联轴器（13）与太阳轮（10）连接；太阳轮（10）通过三个行星轮（37）与转盘轴承内齿圈（11）构成太阳轮系；在转盘轴承内齿圈（11）上用螺栓连接有旋转支架（3），在旋转支架（3）上安装有两个蜗杆轴（2）、双离合器装置的第二离合器电磁铁（6）、换向系统的蜗杆换向大齿轮（33）、蜗杆换向齿轮轴（34）、第一蜗杆换向小齿轮（35）、第二蜗杆换向小齿轮（36）以及一个推力轴承（9）；第二离合器齿轮（8）、第二离合器电磁铁（6）、第一离合器齿轮（4）空套在主轴（30）上，并且被旋转支架（3）托住；第二离合器摩擦盘（7）、第一离合器摩擦盘（5）与主轴（30）固联；蜗杆换向大齿轮（33）、第一蜗杆换向小齿轮（35）固联在蜗杆换向齿轮轴（34）上，第二蜗杆换向小齿轮（36）空套在它所处位置的一根轴上。

2.根据权利要求1所述的机械式控制舵机转向的机构，其特征在于双离合器的输出轴与齿轮固联形成装置第四离合器齿轮（24）、第三离合器齿轮（29）以及第一离合器齿轮（4）、第二离合器齿轮（8）；并且第一离合器齿轮（4）、第二离合器齿轮（8）、第四离合器齿轮（24）、第三离合器齿轮（29）空套在主轴（30）上。

3.根据权利要求1所述的机械式控制舵机转向的机构，其特征在于第四离合器齿轮（24）与第二换向小齿轮（17）啮合，换向大齿轮（14）与第三离合器齿轮（29）啮合；第二离合器齿轮（8）的下层齿与第二蜗杆换向小齿轮（36）啮合，第一离合器齿轮（4）与蜗杆换向大齿轮（33）啮合。

4.根据权利要求1所述的机械式控制舵机转向的机构，其特征在于第二离合器齿轮（8）是双层齿，并且上层齿分度圆大于下层齿的分度圆。

5.根据权利要求1所述的机械式控制舵机转向的机构，其特征在于在太阳轮（10）和齿式联轴器（13）的内部光孔中装有滚动轴承（31）。

6.根据权利要求1所述的机械式控制舵机转向的机构，其特征在于太阳轮托架（12）上安装有锁住行星轮（37）的电磁刹车器（38）。