CN104802157A - 机器人动力输出装置及具有该装置的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人动力输出装置及具有该装置的机器人，其中，机器人动力输出装置包括固定架、转动架、第一传动机构及第二传动机构，固定架上设置有可转动的第一动力输入轴、中间轴及传动轴，第一动力输入轴与中间轴及传动轴垂直；转动架与中间轴固定连接，且转动架上设有与中间轴垂直的动力输出轴；第一传动机构连接于第一动力输入轴与动力输出轴之间，用以将第一动力输入轴输入的转动力矩传输至动力输出轴；第二传动机构连接于传动轴与中间轴之间，用以将传动轴上的转动力矩传输至中间轴。本发明可以实现将动力源输出的动力传输至不同的动作部位，如此，可简化的机器人动力系统及传动系统等，降低成本，同时，控制及操作也更加方便。

Description

机器人动力输出装置及具有该装置的机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人动力输出装置及具有该装置的机器人。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器设备，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作等等。

机器人的运动时通过控制系统控制动力源输出动力，再通过传动机构传输至各个动作关节以实现动作的，然而，对于机器人而言，一般都会需要执行多个动作，例如手臂摆动、手指夹持等动作，不同部位的动作都需要动力。目前的机器人，由于各个部位的方向、位置都不同，同一个动力源的动力难以传输至其他动作的部分，因此，大多是在不同动作部位设置独立的动力源以驱动该部位动作，然而，这种多个动力源一方面造成成本过高，另一方面，使得每个部位配置于动力源适配的传动机构，如此，其结构复杂，系统庞大，控制及操作难度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提供一种机器人动力输出装置及具有该装置的机器人，可以实现将动力源输出的动力传输至不同的动作部位。

为实现上述目的，一方面，本发明提供的机器人动力输出装置，包括：

固定架，所述固定架上设置有可转动的第一动力输入轴、中间轴及传动轴，所述第一动力输入轴与所述中间轴及传动轴垂直；

转动架，所述转动架与所述中间轴固定连接，且所述转动架上设有与所述中间轴垂直的动力输出轴；

第一传动机构，所述第一传动机构连接于所述第一动力输入轴与动力输出轴之间，用以将所述第一动力输入轴输入的转动力矩传输至所述动力输出轴，以驱动所述动力输出轴转动；

第二传动机构，所述第二传动机构连接于所述传动轴与中间轴之间，用以将所述传动轴上的转动力矩传输至所述中间轴，以通过所述中间轴驱动所述转动架转动。

优选地，所述固定架上设有可转动的第二动力输入轴，所述第二动力输入轴与所述第一动力输入轴平行；

所述第二动力输入轴与所述传动轴之间设有第三传动机构，用以将所述第二动力输入轴输入的转动力矩传输至所述传动轴。

优选地，所述第一传动机构包括：

第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮固定连接于所述第一动力输入轴；

中间锥形齿轮，所述中间锥形齿轮可转动地连接于所述中间轴且与所述第一锥形齿轮啮合；

第二锥形齿轮，所述第二锥形齿轮固定连接于所述动力输出轴且与所述中间锥形齿轮啮合。

优选地，所述第二传动机构包括：

第一齿轮，所述第一齿轮固定连接于所述传动轴；

第二齿轮，所述第二齿轮固定连接于所述中间轴且与所述第一齿轮啮合。

优选地，所述第三传动机构包括：

蜗杆，所述蜗杆固定连接于所述第二动力输入轴且可相对于所述固定架转动；

蜗轮，所述蜗轮固定连接于所述传动轴且与所述蜗杆相啮合。

优选地，所述固定架上设有可转动的联动轴，所述联动轴的一端安装有角度传感器；

所述联动轴与所述传动轴之间设有第四传动机构，用以将所述传动轴上的转动力矩传输至联动轴，以通过所述联动轴驱动所述角度传感器转动。

优选地，所述第四传动机构包括：

第三齿轮，所述第三齿轮固定连接于所述传动轴；

第四齿轮，所述第四齿轮固定连接于所述联动轴且与所述第三齿轮啮合。

优选地，所述固定架的一侧固定连接有两相对的轴承座，所述蜗杆的两端分别与所述轴承座通过轴承连接固定；所述第二动力输入轴与所述蜗杆轴向固定连接。

另一方面，本发明提供的机器人，具有如上所述的机器人动力输出装置。

根据本发明提供的机器人动力输出装置及具有该装置的机器人，当第一动力输入轴及传动轴上分别连接至动力源(可以是同一动力源)时，可以通过第二传动机构将动力传输至中间轴，再通过中间轴驱动转动架转动，如此完成机器人的一个动作，同时，还通过第一传动机构将动力传输至转动架上的动力输出轴，该动力输出轴可以连接其他动作部位，以完成其他动作，也就是说，一个动力源输出的动力可以通过本发明的机器人动力输出装置传输至不同的部位，以送给不同部位完成不同的动作。藉此，可以简化的机器人动力系统及传动系统等，降低成本，同时，控制及操作也更加方便。

附图说明

图1是本发明实施例机器人动力输出装置的俯视图；

图2是本发明实施例机器人动力输出装置的立体图一；

图3是本发明实施例机器人动力输出装置的立体图二。

附图标记：

固定架10；

第一侧板101；

第二侧板102；

第一端板103；

轴承座104、105；

第一动力输入轴11；

中间轴12；

传动轴13；

第二动力输入轴14；

联动轴15；

转动架20；

第三侧板201；

第四侧板202；

第二端板203；

动力输出轴21；

第一锥形齿轮30；

中间锥形齿轮31；

第二锥形齿轮32；

第一齿轮40；

第二齿轮41；

蜗杆50；

蜗轮51；

第三齿轮60；

第四齿轮61；

角度传感器70。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3所示，本发明实施例提供了机器人动力输出装置，包括固定架10、转动架20、第一传动机构及第二传动机构。

具体的，固定架10上设置有可转动的第一动力输入轴11、中间轴12及传动轴13，第一动力输入轴11与中间轴12及传动轴13垂直。转动架20与中间轴12固定连接，且转动架20上设有与中间轴12垂直的动力输出轴21。

第一传动机构连接于第一动力输入轴11与动力输出轴21之间，用以将第一动力输入轴11输入的转动力矩传输至动力输出轴21，以驱动动力输出轴21转动。也就是说，当第一动力输入轴11连接(可以是直接连接，也可以是通过连接机构间接连接)至动力源时，第一动力输入轴11旋转并带动第一传动机构，第一传动机构再带动动力输出轴21旋转，动力输出轴21可以连接机器人的动作部分例如手臂等部分，为该部位的动作提供动力。

第二传动机构连接于传动轴13与中间轴12之间，用以将传动轴13上的转动力矩传输至中间轴12，以通过中间轴12驱动转动架20转动。传动轴13可以直接或间接连接至动力源，传动轴13旋转并带动第二传动机构转动，第二传动机构再带动中间轴12旋转，而转动架20又是与中间轴12固定连接的，所以转动架20可以随着中间轴12的旋转而转动一定角度。

可以理解的是，动力源一般可以为电动机，例如伺服电机或步进电机等。

需要说明的是，本发明的关键点在于动力输出轴21安装于转动架20上，而转动架20是通过中间轴12驱动而旋转的，也就是说，本发明可以将动力传输至动态的动力输出轴21上，再通过动力输出轴21为机器人其他动作部位提供动作的动力。同时，转动架20转动本身可以为作为驱动机器人手臂摆动、肘部等部位运动的动力。由此，实现了一个动力源的动力可以传递至机器人不同的动作部位。

根据本发明提供的机器人动力输出装置，当第一动力输入轴11及传动轴13上分别连接至动力源(可以是同一动力源)时，可以通过第二传动机构将动力传输至中间轴12，再通过中间轴12驱动转动架20转动，如此完成机器人的一个动作，同时，还通过第一传动机构将动力传输至转动架20上的动力输出轴21，该动力输出轴21可以连接其他动作部位，以完成其他动作，也就是说，一个动力源输出的动力可以通过本发明的机器人动力输出装置传输至不同的部位，以送给不同部位完成不同的动作。藉此，可以简化的机器人动力系统及传动系统等，降低成本，同时，控制及操作也更加方便。

在本发明的一个实施例中，固定架10上设有可转动的第二动力输入轴14，第二动力输入轴14与第一动力输入轴11平行；第二动力输入轴14与传动轴13之间设有第三传动机构，用以将第二动力输入轴14输入的转动力矩传输至传动轴13。也就是说，可以通过第二动力输入轴14接入动力，可以理解的是，该第二动力输入轴14与第一动力输入轴11可以连接同一动力源。第二动力输入轴14可以通过第三传动机构带动传动轴13旋转，如此，便于实现将动力输入至传动轴13。

在本发明的一个实施例中，第一传动机构可以包括第一锥形齿轮30、中间锥形齿轮31及第二锥形齿轮32，第一锥形齿轮30固定连接于第一动力输入轴11，中间锥形齿轮31可转动地连接于中间轴12，且与第一锥形齿轮30啮合，第二锥形齿轮32固定连接于动力输出轴21，且与中间锥形齿轮31啮合。当第一动力输入轴11接入动力后，第一锥形齿轮30随第一动力输入轴11一同旋转，由于第一锥形齿轮30与中间锥形齿轮31啮合，所以第一锥形齿轮30进一步带动中间锥形齿轮31旋转，由于中间锥形齿轮31又与第二锥形齿轮32啮合，所以中间齿轮再进一步带动第二锥形齿轮32转动，最终通过第二锥形齿轮32带动动力输出轴21转动，如此实现动力的输出。

需要注意的是，中间锥形齿轮31是可以相对于中间轴12转动的，在第一动力输入轴11带动中间锥形齿轮31转动时，中间轴12是不转动的，而仅仅是中间锥形齿轮31在中间轴12上转动。

在本发明的一个实施例中，第二传动机构可以包括第一齿轮40及第二齿轮41，第一齿轮40固定连接于所述传动轴13，第二齿轮41固定连接于所述中间轴12且与第一齿轮40啮合。当传动轴13转动时，转动轴带动第一齿轮40旋转，第一齿轮40再带动第二齿轮41转动，由于第二齿轮41是与中间轴12固定的，所以，第二齿轮41进一步带动中间轴12旋转。又由于转动架20是与中间轴12固定连接的，所以中间轴12旋转时，转动架20随中间轴12一同旋转，如此，实现了转动架20的驱动，该转动架20可以作为机器人某些转动部位(例如手臂摆动、肘部等部位)的动力驱动。

在本发明的一个实施例中，第三传动机构可以包括蜗杆50及蜗轮51，蜗杆50固定连接于第二动力输入轴14且可相对于所述固定架10转动，蜗轮51固定连接于传动轴13且与蜗杆50相啮合。如此，当第二动力输入轴14接入动力后，第二动力输入轴14带动蜗杆50旋转，由于蜗杆50与蜗轮51啮合，所以蜗杆50进一步带动蜗轮51转动，又由于蜗轮51与传动轴13固定连接，所以通过蜗轮51最终带动传动轴13旋转，以使实现将动力加载至传动轴13。

可以理解的是，第一传动机构、第二传动机构及第三传动机构不限于上述齿轮驱动方式，还可以采用本领域的其他常见传动方式，例如链传动方式等等，在此不一一列举。

在本发明的另一个实施例中，固定架10上设有可转动的联动轴15，联动轴15的一端安装有角度传感器70；联动轴15与传动轴13之间设有第四传动机构，用以将传动轴13上的转动力矩传输至联动轴15，以通过联动轴15驱动所述角度传感器70转动。也就是说，当第二动力输入轴14接入动力后，同时第三传动机构带动传动轴13旋转时，传动轴13可进一步带动第四传动机构，通过第四传动机构带动联动轴15转动，联动轴15最终带动角度传感器70转动，如此可以通过角度传感器70检测转动架20转动地角度。

在本发明的一个实施例中，第四传动机构可以包括第三齿轮60及第四齿轮61，第三齿轮60固定连接于传动轴13，第四齿轮61固定连接于联动轴15且与所述第三齿轮60啮合。如此，当第二动力输入轴14接入动力后，同时第三传动机构带动传动轴13旋转时，传动轴13进一步带动第三齿轮60旋转，第三齿轮60进一步带动第四齿轮61转动，第四齿轮61再进一步带动联动轴15旋转，实现角度传感器70的转动以检测转动架20的转动角度。

在本发明的一个具体实施例中，固定架10可以包括第一侧板101及第二侧板102，第一侧板101与第二侧板102的一端通过第一端板103连接。中间轴12的一端可以通过轴承安装于第一侧板101另一端，中间轴12的另一端可以通过轴承安装于第二侧板102另一端。第二侧板102的内壁固定连接有一轴承座，第一动力输入轴11的一端通过轴承安装于第一端板103上，另一端通过轴承安装于轴承座上。传动轴13的一端通过轴承安装于所述第一侧板101上，另一端通过轴承安装于第二侧板102上。如此，结构简单，拆卸及组装方便。

固定架10的一侧固定连接有两相对的轴承座104、105，蜗杆50的两端分别与轴承座104、105通过轴承连接固定，第二动力输入轴14与蜗杆50轴向固定连接。如此，结构更加紧凑，安装更加方便。

在本发明的另一具体实施例中，转动架20包括第三侧板201及第四侧板202，第三侧板201与第四侧板202的一端之间通过第二端板203连接。第三侧板201的另一端与中间轴12一端通过紧固件(例如螺钉、螺栓等)固定连接，第四侧板202的另一端与中间轴12的另一端通过紧固件(例如螺钉、螺栓等)固定连接。动力输入轴可以通过轴承固定安装于第二端板203上。如此，结构简单紧凑，拆卸组装方便。

本发明实施例还提供了一种机器人，具有如上述实施例的机器人动力输出装置。

综上所述，根据本发明提供的机器人动力输出装置及具有该装置的机器人，当第一动力输入轴11及传动轴13上分别连接至动力源(可以是同一动力源)时，可以通过第二传动机构将动力传输至中间轴12，再通过中间轴12驱动转动架20转动，如此完成机器人的一个动作，同时，还通过第一传动机构将动力传输至转动架20上的动力输出轴21，该动力输出轴21可以连接其他动作部位，以完成其他动作，也就是说，一个动力源输出的动力可以通过本发明的机器人动力输出装置传输至不同的部位，以送给不同部位完成不同的动作。藉此，可以简化的机器人动力系统及传动系统等，降低成本，同时，控制及操作也更加方便。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种机器人动力输出装置，其特征在于，包括：

固定架，所述固定架上设置有可转动的第一动力输入轴、中间轴及传动轴，所述第一动力输入轴与所述中间轴及传动轴垂直；

转动架，所述转动架与所述中间轴固定连接，且所述转动架上设有与所述中间轴垂直的动力输出轴；

第一传动机构，所述第一传动机构连接于所述第一动力输入轴与动力输出轴之间，用以将所述第一动力输入轴输入的转动力矩传输至所述动力输出轴，以驱动所述动力输出轴转动；

第二传动机构，所述第二传动机构连接于所述传动轴与中间轴之间，用以将所述传动轴上的转动力矩传输至所述中间轴，以通过所述中间轴驱动所述转动架转动。

2.根据权利要求1所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述固定架上设有可转动的第二动力输入轴，所述第二动力输入轴与所述第一动力输入轴平行；

所述第二动力输入轴与所述传动轴之间设有第三传动机构，用以将所述第二动力输入轴输入的转动力矩传输至所述传动轴。

3.根据权利要求1所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述第一传动机构包括：

第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮固定连接于所述第一动力输入轴；

中间锥形齿轮，所述中间锥形齿轮可转动地连接于所述中间轴且与所述第一锥形齿轮啮合；

第二锥形齿轮，所述第二锥形齿轮固定连接于所述动力输出轴且与所述中间锥形齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述第二传动机构包括：

第一齿轮，所述第一齿轮固定连接于所述传动轴；

第二齿轮，所述第二齿轮固定连接于所述中间轴且与所述第一齿轮啮合。

5.根据权利要求2所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述第三传动机构包括：

蜗杆，所述蜗杆固定连接于所述第二动力输入轴且可相对于所述固定架转动；

蜗轮，所述蜗轮固定连接于所述传动轴且与所述蜗杆相啮合。

6.根据权利要求1所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述固定架上设有可转动的联动轴，所述联动轴的一端安装有角度传感器；

所述联动轴与所述传动轴之间设有第四传动机构，用以将所述传动轴上的转动力矩传输至联动轴，以通过所述联动轴驱动所述角度传感器转动。

7.根据权利要求6所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述第四传动机构包括：

第三齿轮，所述第三齿轮固定连接于所述传动轴；

第四齿轮，所述第四齿轮固定连接于所述联动轴且与所述第三齿轮啮合。

8.根据权利要求5所述的机器人动力输出装置，其特征在于，所述固定架的一侧固定连接有两相对的轴承座，所述蜗杆的两端分别与所述轴承座通过轴承连接固定；所述第二动力输入轴与所述蜗杆轴向固定连接。

9.一种机器人，其特征在于，具有如权利要求1至8任一项所述的机器人动力输出装置。