CN104786235A - 一种差速关节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种差速关节，包括过渡连接筒和固定在过渡连接筒上电机驱动装置、关节支撑架及其上的差速机构和关节结构架。驱动装置包括电机、光电编码器、行星减速器，差速机构包括齿轮轴、准双曲面齿轮和锥齿轮，通过控制两个电机的正反转来实现关节前后摆动和左右转动，两个电机反向转动控制关节前后摆动，同向转动控制关节左右转动。同时设置在关节支撑架和关节结构架上的电位器可以反馈控制关节的运动速度，用于多自由度机械手臂。本发明结构紧凑，负载能力高，有差速机构的双电机耦合关节共同分担力矩和冲击，对于误差能够互补，可以用较低质量的电机达到较好的电机控制效果，而且系统抑制震动能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人关节，尤其涉及一种差速关节。
背景技术
机械手臂关节是机械手臂构成的核心部件之一，是机械手臂运动的基础。关节的结构的优劣决定着整个机械手臂的负载能力，稳定性，并且对机械手臂的制作成本也有直接的影响。随着科学技术的快速发展，在一些恶劣的环境下，机器人能够代替人类完成一些枯燥、危险的工作。因此，对机械臂的性能要求也越来越高。一个负载能力高，稳定性好，结构紧凑的机械关节就尤为重要。
一般传统意义的机械臂关节负载能力低，稳定性差、体积大，并且一般只能提供单自由度的运动。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种可以实现关节前后摆动和绕中心转动、同时负载能力高，抗震能力强稳定性好的差速关节。
本发明的目的是这样实现的：包括过渡连接筒、安装在过渡连接筒上端的关节支撑架、通过两个轴承座安装在关节支撑架中间位置的主轴、套装在主轴上的关节结构架和设置在关节结构架上端的关节端面法兰，所述过度连接筒内安装有两个电机，每个电机的下端与光电编码器连接，每个电机的输出端连接有行星减速器，每个行星减速器的输出端连接有齿轮轴，且所述齿轮轴的有齿端穿过过渡连接筒伸入至关节支撑架内，所述主轴的两端分别空套有第一准双曲面齿轮和第一锥齿轮、第二双曲面齿轮和第二锥齿轮，且第一准双曲面齿轮和第二准双曲面齿轮分别和两个齿轮轴啮合，第一准双曲面齿轮和第一锥齿轮固定连接，第二双曲面齿轮和第二锥齿轮固定连接，所述关节端面法兰的中心竖直设置有改向轴，改向轴的端部套装有改向齿轮，改向齿轮同时与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，所述关节支撑架上还安装有第一电位器，第一电位器的输出轴上套装有第一电位器齿轮，主轴的对应位置上套装有主轴电位器齿轮，且第一电位器齿轮与主轴电位器齿轮啮合，所述关节结构架上还安装有第二电位器，第二电位器的输出轴上套装有第二电位器齿轮，所述改向轴上还套装有改向轴电位器齿轮，且第二电位器齿轮和改向轴电位器齿轮啮合，第一电位器、第二电位器及光电编码器分别和外部控制电路连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.第一电位器齿轮与主轴电位器齿轮的齿数相等，第二电位器齿轮与改向轴电位器齿轮的齿数相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置两个驱动电机可以相互分担驱动力矩，同时又相互制约，使机构运转不发太大波动，而有差速机构的双电机耦合关节，单电机承受力矩减少，同时还能提高控制精度，对电机的要求降低。本发明还可以通过控制两个电机的正反转来实现关节前后摆动和绕中心转动，设置的两个电位器可以实时采集转速，进行进一步调整控制，同时采用的差速关节负载能力高。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图一(前面)；
图2是本发明的整体结构示意图二(后面)；
图3是本发明的内部结构示意图；
图4是本发明的主视图；
图5是本发明的侧视图；
图6是本发明的俯视图；
图7是本发明的关节支撑架内部结构的局部剖视图；
图8是本发明电机部分的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图7，本发明包括过渡连接筒1、安装在过渡连接筒1上端的关节支撑架3、通过两个轴承座17安装在关节支撑架3中间位置的主轴14、套装在主轴14上的关节结构架6和设置在关节结构架6上端的关节端面法兰30，所述过度连接筒1内安装有两个电机2-1和2-2，每个电机的下端与光电编码器4连接，每个电机2-1和2-2的输出端连接有行星减速器5-1和5-2，每个行星减速器5-1和5-2的输出端连接有齿轮轴7，且所述齿轮轴7的有齿端穿过过渡连接筒1伸入至关节支撑架3内，所述主轴14的两端分别空套有第一准双曲面齿轮19-1和第一锥齿轮21-1、第二双曲面齿轮19-2和第二锥齿轮21-2，且第一准双曲面齿轮19-1和第二准双曲面齿轮19-2分别和两个齿轮轴啮合，第一准双曲面齿轮19-1和第一锥齿轮21-1固定连接，第二双曲面齿轮19-2和第二锥齿轮21-2固定连接，所述关节端面法兰30的中心竖直设置有改向轴27，改向轴27的端部套装有改向齿轮26，改向齿轮26同时与第一锥齿轮21-1和第二锥齿轮21-2啮合，所述关节支撑架3上还安装有第一电位器32，第一电位器32的输出轴上套装有第一电位器齿轮36，主轴的对应位置上套装有主轴电位器齿轮37，且第一电位器齿轮36与主轴电位器齿轮37啮合，所述关节结构架上还安装有第二电位器38，第二电位器38的输出轴上套装有第二电位器齿轮42，所述改向轴27上还套装有改向轴电位器齿轮41，且第二电位器齿轮42和改向轴电位器齿轮41啮合，第一电位器32、第二电位器38及光电编码器4分别和外部控制电路连接，也即本发明采用了两对电位器32和38作为速度反馈控制，第二电位器38检测关节左右转动速度，第一电位器32控制关节前后摆动的速度。第一电位器齿轮36与主轴电位器齿轮37的齿数相等，第二电位器齿轮42与改向轴电位器齿轮41的齿数相等，也即其传动比为1。
具体的说本发明通过一种新型的差速关节，其包括过渡连接筒1和驱动装置、关节支撑架3及其上的差速机构和关节结构架6。所述的驱动装置固定在过渡连接筒1内，差速机构位于关节支撑架3里面，两个电位器32和38分别设置在关节支撑架3和关节结构架6上。所述的驱动装置包括电机、光电编码器、行星减速器，光电编码器与电机固连在一起，减速器位于电机上方，且本发明设置了两个电机，分别采用了行星减速器，行星减速器输出轴均匀分布在关节支撑架下端面，但与行星减速器输出轴连接的齿轮轴7伸入至关节支撑架内，两个电机相互分担驱动力矩，同时又相互制约，使机构运转不发太大波动。当两个电机反向转动时，通过差速机构带动关节前后摆动，两个电机同向转动时带动关节绕中心轴转动。
参照图1、图4，本发明包括过渡连接筒1和固定在过渡连接筒1上电机驱动装置、关节支撑架3及其上的差速机构和关节结构架6。所述的驱动装置固定在过渡连接筒1内，差速机构位于关节支撑架3里面，两个电位器32和38分别设置在关节支撑架3和关节结构架6上。
关节驱动装置位于过渡连接筒1里面，其包括电机2、光电编码器4、行星减速器5，光电编码器4处于电机2下方，行星减速器5在电机2上方，行星减速器5输出齿轮轴7支撑在双列轴承9上，由轴承固定档环10做轴向固定。行星减速器5通过螺钉45固定在电机固定法兰12上，电机固定法兰12通过螺钉11固定在关节支撑架3下端面外侧。过渡连接筒1与关节支撑架3通过螺钉13连接。
参照图3、图4、图7、图8，差速机构位于关节支撑架3内，主轴14两端分别由轴承15支撑，轴向用轴端挡圈16固定，轴承15固定在轴承座17里，轴承座17和关节支撑架3用螺钉18固连。第一准双曲面齿轮19-1和第一锥齿轮21-1由螺钉22固连在一起，第二准双曲面齿轮19-2与第二锥齿轮21-2也固连在一起，并通过套筒20套在主轴14上，实现所述的空套，每个准双曲面齿轮19-1和19-2的外侧面是垫片23，内花键24通过键与主轴14传动，并且通过螺钉25与关节结构架6固连。改向齿轮26通过键与改向轴27轴端传动，改向轴27上端由交叉滚子轴承29支撑，且通过螺钉28与关节端面法兰30连在一起。交叉滚子轴承29用螺钉31和关节结构架6固连，关节结构架6下部套在主轴14上。
参照图1、图2、图3，第一电位器32通过固定架33和螺钉34固定在关节支撑架3下端面内侧，第一电位器输出轴35与第一电位器齿轮36通过键传动，第一电位器齿轮36与主轴电位器齿轮37啮合，主轴电位器齿轮37与主轴14通过键传动。第二电位器38通过固定架39和螺钉40固定在关节结构架6上端面下侧。
参照图2、图3、图4、图7，当两个电机2同向转动时，输出的两个齿轮轴7带动两个准双曲面齿轮19-1和19-2反向运动，从而带动与之固连在一起的锥齿轮21-1和21-2反向转动，两个锥齿轮21-1和21-2带动改向齿轮26转动。改向齿轮26通过键带动改向轴27转动，从而带动与之固连的关节端面法兰30绕改向轴27轴线转动，改向轴27带动改向轴电位器齿轮41转动，改向轴电位器齿轮41带动第二电位器齿轮42转动从而控制关节的转动速度。当两个电机2-1和2-2反向转动时，输出的两个齿轮轴7带动两个准双曲面齿轮19-1和19-2同向运动，从而分别带动与之固连在一起的锥齿轮21-1和21-2同向转动，两个锥齿轮21-1和21-2带动改向齿轮26绕主轴14转动，从而带动与交叉滚子轴承29固连在一起的关节结构架6绕主轴14转动，与关节结构架6固连在一起的内花键24通过键带动主轴14转动，主轴14带动主轴电位器齿轮37转动，从而带动第一电位器齿轮36转动，第一电位器齿轮36带动电位器32的输出轴35转动从而控制关节前后转动速度。
Claims (2)
1.一种差速关节，其特征在于：包括过渡连接筒、安装在过渡连接筒上端的关节支撑架、通过两个轴承座安装在关节支撑架中间位置的主轴、套装在主轴上的关节结构架和设置在关节结构架上端的关节端面法兰，所述过度连接筒内安装有两个电机，每个电机的下端与光电编码器连接，每个电机的输出端连接有行星减速器，每个行星减速器的输出端连接有齿轮轴，且所述齿轮轴的有齿端穿过过渡连接筒伸入至关节支撑架内，所述主轴的两端分别空套有第一准双曲面齿轮和第一锥齿轮、第二双曲面齿轮和第二锥齿轮，且第一准双曲面齿轮和第二准双曲面齿轮分别和两个齿轮轴啮合，第一准双曲面齿轮和第一锥齿轮固定连接，第二双曲面齿轮和第二锥齿轮固定连接，所述关节端面法兰的中心竖直设置有改向轴，改向轴的端部套装有改向齿轮，改向齿轮同时与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，所述关节支撑架上还安装有第一电位器，第一电位器的输出轴上套装有第一电位器齿轮，主轴的对应位置上套装有主轴电位器齿轮，且第一电位器齿轮与主轴电位器齿轮啮合，所述关节结构架上还安装有第二电位器，第二电位器的输出轴上套装有第二电位器齿轮，所述改向轴上还套装有改向轴电位器齿轮，且第二电位器齿轮和改向轴电位器齿轮啮合，第一电位器、第二电位器及光电编码器分别和外部控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种差速关节，其特征在于：第一电位器齿轮与主轴电位器齿轮的齿数相等，第二电位器齿轮与改向轴电位器齿轮的齿数相等。
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