CN104534031B - 一种用于机器人关节的传动装置 - Google Patents

一种用于机器人关节的传动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104534031B
CN104534031B CN201510002717.4A CN201510002717A CN104534031B CN 104534031 B CN104534031 B CN 104534031B CN 201510002717 A CN201510002717 A CN 201510002717A CN 104534031 B CN104534031 B CN 104534031B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
cycloidal
support plate
output
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510002717.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104534031A (zh
Inventor
邵忍平
王伟
邵博丽
汪亚运
陈立群
齐先坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201510002717.4A priority Critical patent/CN104534031B/zh
Publication of CN104534031A publication Critical patent/CN104534031A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104534031B publication Critical patent/CN104534031B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H1/00Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/20Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members

Abstract

本发明公开了一种用于机器人关节的传动装置,采用两级少齿差摆线针轮传动,针齿盘通过第一滚针轴承与输入曲轴固连,第二摆线轮固连在输入曲轴中间部位,且与第二滚针轴承外圈连接,输入曲轴另一端有键槽和孔用于传输转矩;第一摆线轮与传动曲轴固连,且与针齿盘上的针齿啮合;第二摆线轮与针轮啮合,第二摆线轮上均布三个梯形孔,支撑盘上对应有三个梯形突起,梯形突起的顶部有螺孔和输出盘固连;三根传动曲轴带动支撑盘与输出盘进行反向低速转动,支撑盘与针轮通过主轴承连接,输出盘上均布多个输出螺孔与输出杆件连接输出转矩。传动装置采用两级少齿差摆线针轮传动,适用于机器人关节传动体积小、速比高、扭矩大的使用要求。

Description

一种用于机器人关节的传动装置
技术领域
[0001]本发明涉及大扭矩、高速比的新型传动装置,具体地说,涉及一种用于机器人关节 的传动装置。
背景技术
[0002]机器人能在三维空间内代替人完成一定工作,在大批量、高精度及操作环境恶劣 或有毒、有害产品的生产作业环境中,如在自动装配、喷漆、搬运、焊接方面得以广泛应用。 国内外学者对机器人关节用传动进行了一系列研究并取得了一定的成果,现有技术中对机 器人关节常采用的传动形式有以下几种:
[0003]摆线针轮传动,“摆线针轮传动动态受力分析理论”(机械传动,2006,23(10) :35-37)。摆线针轮传动的一级减速比为6〜119,其多用于高速轴转速小于1500〜1800r/min,传 递功率P小于132kW的场合,由于其故障少、寿命长、运行平稳的特点,被广泛用在矿山、建 筑、起重行业的工业机器人关节上。
[0004] 2K-V型摆线针轮传动,“2K-V型行星传动的结构和力的分析”(机械传动,2000,24 (2) :7-9.) dK-V型摆线针轮传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的新型传动,由高速级 的渐开线齿轮和低速级的摆线针轮传动巧妙组成,大大缩小了其轴向尺寸。由于二级传动 的设计,其传动比可达31〜171,且其结构紧凑,刚性大,抗冲击能力强,作为机器人关节用 的一种新型齿轮传动获得了广泛地应用。
[0005]谐波齿轮传动,“谐波齿轮传动概述”(机械传动,2006,30 (4) : 86-88 •)。谐波齿轮 传动依靠柔轮弹性变形时产生的径向位移和伴随发生的切向位移以实现运动的转换,传动 比可达50〜500,其传动精度高,传动平稳,在机器人关节中得以广泛应用,但往往由于机构 参数和啮合参数的选择问题,使其发热较大,承载能力降低,最大输出转矩常被限制在8〜 10kN • m以内。
[0006]三环减速机,“三环减速器的动力学建模及仿真”(机械传动,2008,32 (3) : 29-30.)。二环减速机由三片相同的内齿环板带动一个外齿齿轮输出,传动比为n-99。其基本 构件的运动和受力均衡,又充分地运用了功率分流和多齿内啮合的特点,使其瞬时允许尖 锋转矩可达额定转矩的2.7倍,输入扭矩可达940kN • m,常常用在石油、化工、起重、运输领 域的机器人关节中。 '
[0007]无论是摆线针轮减速器还是三环减速机,由于,其仅仅只有一级减速作用,以至于 其传动比很难有所提尚。2K-V型J去线针轮传动,由于体积和一'级直齿轮传动比的限制,其总 传动比最终会达到一定的限度。而谐波减速机由于发热的问题,扭矩的大小会有很大的限 制。而对于现代智能化机器人,尤其在航空航天、深海探测、救援救灾方面,对机器人的要求 体积小,速比高,扭矩大,所以对机器人关节使用要求非常高。 ’
发明内容
[0008]为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种用于机器人关节的传动装置。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括针齿盘、第一摆线轮、第一滚针 轴承、输人曲轴、主轴承、输出盘、支撑盘、第二摆线轮、轴承挡圈、滚柱轴承、传动曲轴、第二 滚针轴承、针轮、密封圈、输出螺孔,所述针齿盘为圆盘结构,针齿盘中心通孔内嵌有第一滚 针轴承,针齿盘上依中心通孔外延等直径均布三组针齿,两个针齿盘通过两个第一滚针轴 承与输入曲轴的一端固连,第二摆线轮中心有圆孔,第二摆线轮固连在输入曲轴的中间部 位,且与第二滚针轴承的外圈连接,输入曲轴的另一端有键槽和孔,用于传输转矩;第一摆 线轮与传动曲轴通过花键固连,轴向用轴承挡圈固定,且与针齿盘上的针齿啮合,传动曲轴 上均有滚柱轴承和第二滚针轴承,滚柱轴承与支撑盘连接;第二摆线轮与针轮啮合,第二摆 线轮上开有三个梯形孔,支撑盘上对应均布三个梯形突起,梯形突起的顶部开有螺孔用来 和输出盘固连;三根传动曲轴带动支撑盘与输出盘进行反向低速转动,支撑盘与针轮通过 主轴承连接,支撑盘与针轮端装有密封圈,输出盘上均布有多个对称的输出螺孔,与输出杆 件连接,输出盘上连接的输出杆件将转矩输出;传动比计算方法按以下公式计算,公式(1) 为第一级传动比计算公式,公式(2)为第二级传动比计算公式,公式(3)为总传动比计算公 式:
[0010] ii = Z2/(Z2—Z1) (1)
[0011] i2 = Z4/(Z4-Z3) (2)
[0012] i = ii*i2+l (3)
[0013]式中,i为总传动比,^为一级传动比,is二级传动比,Z1为第一摆线轮齿数,Z2为针 齿盘齿数,Z3为第二摆线轮齿数,Z4为针轮齿数。
[0014] 有益效果
[0015]本发明用于机器人关节的传动装置,采用两级少齿差摆线针轮传动,针齿盘通过 第一滚针轴承与输入曲轴固连,第二摆线轮固连在输入曲轴的中间部位,且与第二滚针轴 承的外圈连接,输入曲轴的另一端有键槽和孔用于传输转矩;第一摆线轮与传动曲轴通过 花键固连,轴向用轴承挡圈固定,且与针齿盘上的针齿啮合,传动曲轴上均有滚柱轴承和第 二滚针轴承,滚柱轴承与支撑盘连接;第二摆线轮与针轮啮合,第二摆线轮上开有三个梯形 孔,支撑盘上对应均布三个梯形突起,梯形突起的顶部开有螺孔用来和输出盘固连;三根传 动曲轴带动支撑盘与输出盘进行反向低速转动,支撑盘与针轮通过主轴承连接,输出盘上 均布有多个对称的输出螺孔与输出杆件连接输出转矩。
[0016]本发明传动装置采用两级少齿差摆线针轮传动,使传动比提高数倍,传动更加平 稳,结构更加紧凑,特别适用于机器人关节传动体积小、速比高、扭矩大的使用要求。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施方式对本发明一种用于机器人关节的传动装置作进一步详 细说明。
[0018] 图1为本发明传动装置原理示意图。
[0019] 图2为本发明传动装置的装配示意图。
[0020] 图3为图2的A-A向剖视图。
[0021] 图4为图3的B-B向剖视图。
[0022] 图5为图3的C-C向剖视图。 L〇〇23」图6为本友明传动装置安装在机器人手臂肘部关节时的示意图。
[0024]图7为本发明传动装置安装在机器人水平旋转关节时的示意图。
[0025]图中:
[0026] 1.针齿盘2.第一摆线轮3.第一滚针轴承4.输入曲轴5.主轴承6.输出盘7. 支撑盘8•第二摆线轮9•轴承挡圈10•滚柱轴承n •传动曲轴12.第二滚针轴承13•针轮 14.密封圈15 •输出螺孔ie •机器人小臂1? •传动装置i8 •机器人大臂19 •第一电动机 20.旋转部分21.传动装置22.固定部分23•第二电动机
具体实施方式
[0027]本实施例是一种用于机器人关节的传动装置。
[0028]参阅图1〜图5,本实施例用于机器人关节的传动装置,采用两级少齿差摆线针轮 传动,由针齿盘1、第一摆线轮2、第一滚针轴承3、输入曲轴4、主轴承5、输出盘6、支撑盘7、第 二摆线轮8、轴承挡圈9、滚柱轴承1〇、传动曲轴U、第二滚针轴承12、针轮13、密封圈14、输出 螺孔15组成,针齿盘1为圆盘结构,针齿盘丨中心通孔内嵌有第一滚针轴承3,针齿盘丨上依中 心通孔外延等直径均布三组针齿,两个针齿盘1通过两个第一滚针轴承3与输入曲轴4的一 端固定连接,第二摆线轮8固连在输入曲轴4的中间部位,且与第二滚针轴承12的外圈连接, 输入曲轴的另一端有键槽和孔,用于传输转矩;第一摆线轮2与传动曲轴^通过花键固连, 轴向用轴承挡圈9固定,且与针齿盘1上的针齿啮合,每根传动曲轴上有滚柱轴承10和第二 滚针轴承12,滚柱轴承1〇与支撑盘7连接;第二摆线轮8中心有圆孔,第二摆线轮8与针轮13 上的针^啮合,第二摆线轮8上开有三个梯形孔,且与滚针轴承孔相隔均布;支撑盘7上对应 均布有三个梯形突起,梯形突起的顶部开有螺孔,用来和输出盘6固定连接,实现传动装置 的轴向固定。支撑盘7与输出盘6的外缘即为主轴承5的内圈,主轴承5的外圈在针轮上,针轮 外圈上有一圈螺孔,用于固定传动装置,输出盘6外圈上有螺孔,用于转矩的输出。三根传动 曲轴11带动支撑盘7与输出盘6进行反向低速转动,支撑盘7与针轮13通过主轴承5连接,输 出盘6上均布有多个对称的输出螺孔15,与输出杆件连接,传动曲轴n将第二摆线轮8的自 转运动传递给输出盘6,最终由输出盘6上连接的输出杆件将转矩输出。
[0029]本实施例的工作过程如下:首先,输入曲轴4将转矩传递给两个对称布置的嵌有针 齿的针齿盘1,两针齿盘1用第一滚针轴承3套在输入曲轴4上并绕着输入曲轴4中心做公转 运动。针齿盘1上有均布的三组针齿随着针齿盘1 一起做公转运动。由于针齿的作用,使得与 其啮合的第一摆线轮2进行自转。第一摆线轮2与传动曲轴11之间用花键连接,轴向用轴承 挡圈9固定•传动曲轴4绕其中心进行自转。传动曲轴的偏心部分固定有两个第二滚针轴承 12,第二滚针轴承的外圈与第二摆线轮S连接。传动曲轴U自转带动两个第二摆线轮8进行 公转,由于针轮13与传动曲轴11的作用,第二摆线轮8在公转运动的同时获得一个反方向的 自转运动。这时得到的运动是由三根传动曲轴11带动支撑盘7和输出盘6—起进行的反向低 速自转。支撑盘7、针轮13之间用主轴承5连接,保证了运动的良好运行。输出盘6上有若干个 对称布置的输出螺孔15,与输出杆件连接进行输出。此时得到一个速度很低的回转运动,从 而满足了机器人关节对大减速比传动的要求。
[0030] 本实施例装配流程:
[0031]先将带有针齿的针齿盘1、第一滚针轴承3、输入曲轴4进行装配。其次,进行第二摆 线轮8、第二滚针轴承12与传动曲轴4的装配。第三,将轴承挡圈9、滚柱轴承10以及支撑盘7 依次套入传动曲轴11,再将带有针齿的针轮13、主轴承5、支撑盘7、输出盘6依次套入,并用 螺栓将输出盘6与支撑盘7轴向固定。第四,将第一摆线轮2装配在传动曲轴11的花键部分上 并作轴向固定。最后,调整第一摆线轮2,套入之前得到的针齿盘1与输入曲轴4装配体,安装 密封圈14,完成传动装置的装配工作。
[0032] 如图6〜图7所示,在实际应用中,传动装置安装在机器人关节处,发挥其大扭矩高 减速比的特点。传动装置应用在机器人手臂肘部关节时,采用两组电动机与传动装置,电动 机19和传动装置17输入轴与机器人大臂18固定连接,输出轴与机器人小臂16相连接,大臂 小臂之间通过轴承连接。传动装置应用在机器人水平旋转关节时,电动机23和传动装置21 的输入轴与固定部分22固连,输出轴与旋转部分20固定连接,固定部分22和旋转部分20通 过轴承连接。传动装置的传动比计算方法按以下公式进行,公式(1)为第一级传动比计算公 式,公式(2)为第二级传动比计算公式,公式(3)为总传动比计算公式;
[0033] i1 = Z2/ (z2-zi) (1)
[0034] i2 = Z4/(Z4-Z3)⑵
[0035] i = ii*i2+l (3)
[0036] 式中,i为总传动比,^为一级传动比,i2二级传动比,zi为第一摆线轮齿数,Z2为针 齿盘齿数,Z3为第二摆线轮齿数,Z4为针轮齿数。
[0037]当Z1、Z2、Z3、Z4分别为10、9、50、49时,按公式⑴和公式⑵,得到一级、二级传动比 ii、i2分别为1〇、5〇;按照公式⑶,得到总传动比丨为501。可以看出,使用双级大扭矩、高速比 传动装置,传动比可提高数倍。

Claims (1)

1. 一种用于机器人关节的传动装置,其特征在于:包括针齿盘、第一摆线轮、第一滚针 轴承、fej入曲轴、主轴承、输出盘、支撑盘、第二摆线轮、轴承挡圈、滚柱轴承、传动曲轴、第二 滚针轴承、针轮、笛封圈、输出螺孔,所述针齿盘为圆盘结构,针齿盘中心通孔内嵌有第一滚 针轴承,针齿盘上依中心通孔外延等直径均布三组针齿,两个针齿盘通过两个第一滚针轴 承与输入曲轴的一端固连,第二摆线轮中心有圆孔,第二摆线轮固连在输入曲轴的中间部 位,且与第二滚针轴承的外圈连接,输入曲轴的另一端有键槽和孔,用于传输转矩;第一摆 线轮与传动曲轴通过花键固连,轴向用轴承挡圈固定,且与针齿盘上的针齿啮合,传动曲轴 上均有滚柱轴承和第二滚针轴承,滚柱轴承与支撑盘连接;第二摆线轮与针轮啮合,第二摆 线轮上开有三个梯形孔,支撑盘上对应均布三个梯形突起,梯形突起的顶部开有螺孔用来 和输出盘固连;三根传动曲轴带动支撑盘与输出盘进行反向低速转动,支撑盘与针轮通过 主轴承连接,支撑盘与针轮端装有密封圈,输出盘上均布有多个对称的输出螺孔与输出杆 件连接输出转矩;传动比计算方法按以下公式计算,公式(1)为第一级传动比计算公式,公 式(2)为第二级传动比计算公式,公式⑶为总传动比计算公式: 11 = Z2/(z2-Zl) (1) 12 = Z4/(Z4—Z3) (2) i = ii*i2+l (3) 式中,i为总传动比,^为一级传动比,i2二级传动比,zi为第一摆线轮齿数,22为针齿盘 齿数,Z3为第二摆线轮齿数,Z4为针轮齿数。
CN201510002717.4A 2015-01-05 2015-01-05 一种用于机器人关节的传动装置 Active CN104534031B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510002717.4A CN104534031B (zh) 2015-01-05 2015-01-05 一种用于机器人关节的传动装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510002717.4A CN104534031B (zh) 2015-01-05 2015-01-05 一种用于机器人关节的传动装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104534031A CN104534031A (zh) 2015-04-22
CN104534031B true CN104534031B (zh) 2017-07-07

Family

ID=52849618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510002717.4A Active CN104534031B (zh) 2015-01-05 2015-01-05 一种用于机器人关节的传动装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104534031B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021115119A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Inovo Robotics (Hk) Limited A gear transmission device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100364716C (zh) * 2001-03-23 2008-01-30 陕西秦川机械发展股份有限公司 减速器制造工艺方法
CN100593654C (zh) * 2008-05-26 2010-03-10 重庆大学 精密摆线针轮行星传动装置
DE102008029696A1 (de) * 2008-06-24 2009-12-31 Spinea S.R.O. Getriebe
KR101158032B1 (ko) * 2010-04-19 2012-06-22 주식회사 해성산전 초소형 다단형 싸이클로이드 감속기
JP5620826B2 (ja) * 2011-01-04 2014-11-05 Ntn株式会社 サイクロイド減速機およびインホイールモータ駆動装置
CN102252062B (zh) * 2011-07-21 2013-11-06 浙江恒丰泰减速机制造有限公司 复式精密摆线减速器
KR101308737B1 (ko) * 2011-10-26 2013-09-16 (주)로보티즈 일체형 싸이클로이드 감속기
CN103542041B (zh) * 2012-07-13 2016-02-24 财团法人工业技术研究院 差速两级高减速比摆线减速机
CN203686042U (zh) * 2014-02-12 2014-07-02 李斌锐 一种中空套式2k-v型精密减速机

Also Published As

Publication number Publication date
CN104534031A (zh) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202914641U (zh) 一种偏心摆动减速装置
CN104019190A (zh) 齿轮变速结构与偏心摆动滚针变速结构相结合的减速装置
CN201496482U (zh) 一种水泥辊压减速箱
CN103836121B (zh) 一种行星差环减速器
CN104534031B (zh) 一种用于机器人关节的传动装置
CN201560903U (zh) 用于风力发电机的活齿传动增速箱
CN201053475Y (zh) 一种三曲柄行星摆线针轮减速机
US10948048B2 (en) Thickness-variable transmission structure for robot joint
CN206111961U (zh) 一种三齿联动双曲柄针轮输出摆线少齿差行星减速器
CN107355524A (zh) 一种微分差动减速器
CN203809637U (zh) 扭力感应差速行星轮系减速装置
CN206175573U (zh) 一种单偏心短传动链减速器
CN202726933U (zh) 一种机械手手腕传动结构
CN203130944U (zh) 大范围大功率无级变速器
CN202100248U (zh) 一种适用于钻井作业的井下谐波齿轮传动装置
CN106352024B (zh) 一种单偏心短传动链减速器
CN204852191U (zh) 一种工业机器人rv减速器
CN203756873U (zh) 一种行星差环减速器
CN204533377U (zh) 一种多曲轴摆线减速机
CN204739185U (zh) 一种液压传动装置
CN104455227B (zh) 一种渐开线齿轮和摆线齿轮组合传动的减速装置
CN103363033A (zh) 逆转叠加式行星变速器
CN209212895U (zh) 摆轮传动组件、减速单元和减速器
CN206409577U (zh) 两级行星减速机
CN202719079U (zh) 内摆动多曲轴少齿差减速器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant