CN105840742B - 滚动推杆活齿机器人关节减速器 - Google Patents

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    • F16H1/32Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear

Abstract

本发明公开了一种滚动推杆活齿机器人关节减速器,包括行星轮、行星架、针齿壳、内齿圈、激波器、推杆和活齿架,行星轮、行星架、内齿圈构成行星齿轮传动装置,激波器、推杆、活齿架和针齿壳共同构成推杆活齿传动装置。行星轮与输入轴啮合连接,行星架与激波器连接,活齿架或针齿壳作为旋转动力输出端。本发明首次将推杆活齿传动应用于高精度机器人关节减速器,并采用行星齿轮传动装置和推杆活齿传动装置两级传动,传动比大,速比调整方便,结构紧凑,能够保持很高的定位精度和重复定位精度,具有传动比大、传动效率高、定位精度高、耐冲击力强、工艺简单以及成本低廉等特点,适合推广普及。

Description

滚动推杆活齿机器人关节减速器
技术领域
[0001]本发明涉及减速器,尤其涉及一种机器人关节减速器,具体为一种滚动推杆活齿 机器人关节减速器D
背景技术
[0002]机器人、国防装备、航空航天以及风电新能源等领域的飞跃发展,对于直接影响装 备性能的传动件提出了更高的要求,就机器人产业而言,关节减速器是机器人的四大关键 技术(伺服电机、减速器、控制器和传感器)之一,而且是最关键的核心零部件。目前全球关 节减速器75%的市场份额被日本纳博特斯克和哈默纳科公司垄断。
[0003]工业机器人通常执行重复的动作,以完成相同的工序。为保证工业机器人在生产 中能够可靠地完成工序任务,并确保工艺质量,因此,要求工业机器人保持很高的定位精度 和重复定位精度,需要采用精密减速器,RV减速器目前在关节型机器人上应用广泛。
[0004] RV减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成,具有 结构紧凑、传2比大、扭转刚度大、扭矩密度高、运动精度高、回差小、启动惯量小、抗冲击能 力、传动效率高等优点,并且在一定条件下具有自锁功能,由日本纳博特斯克公司开发生 产,目前在精密机械传动产品市场占有绝对份额。
[0005] RV减速器中,输入主动小齿轮与装于曲轴上的从动大齿轮啮合,构成一级传动,曲 轴驱动摆线轮作偏心运动。为平衡载荷,采用两排摆线轮相错180°布置,摆线轮与壳体内的 针齿销相啮合而产生减速运动,该运动经由曲轴拨动输出盘输出,若输出轴固定,也可经壳 体输出。
[0006] 但是,RV减速器的基本结构存在着一定的设计缺陷,其原因为:
[0007]首先,RV减速器中的曲柄轴既作为输入机构,又作为输出机构,其两端的支撑轴承 承受极大载荷,很大程度上限制了减速器的寿命和承载能力;此外,为实现回差小和载荷分 布均匀,2〜3个曲柄轴必须严格同步运转,在制造过程中要求高精度,提高了产品成本。
[0008] 再次,国内外已有专家学者对推杆活齿减速器进行过相关研究,比如:专利号为 “2191107463.5”的发明专利,公开了一种活齿推杆减速器;专利号为“21 8520060.6”的实 用新型专利,公开了一种活齿针轮减速机;大连交通大学机械电子工程专业的硕士刘金伟 2007年写的学位论文《滚柱型轴承减速器结构创新方案的研宄》。
[0009] 但是,这些推杆活齿结构并未用于机器人关机减速,也不能直接用于机器人关节 减速,在机器人领域不具有工业应用价值。
发明内容
[0010] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在推杆活齿结构基础上研发 创新的滚动推杆活齿机器人关节减速器。
[0011] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0012] 一种滚动推杆活齿机器人关节减速器,包括行星轮、行星架、针齿壳、内齿圈、激波 器、推杆和活齿架,所述内齿圈的一端与所述针齿壳的一端固定连接,所述行星轮的外齿轮 同时与输入轴一端的外齿轮和所述内齿圈的自身中心通孔孔壁上的内齿相互啮合,所述行 星轮通过安装于自身中心通孔内的滚珠轴承套装于所述行星架上,所述行星架通过自身中 心通孔套装于与所述激波器的一端外并相互连接,所述激波器通过自身中心通孔套装于所 述输入轴外,所述激波器的外圆周上设有偏心凸轮,所述活齿架通过安装于自身中心通孔 内的活齿架轴承套装于所述激波器外,所述活齿架上与所述偏心凸轮对应的位置设有多个 径向通孔,多个所述推杆分别置于一一对应的多个所述径向通孔内,所述针齿壳通过安装 于自身中心通孔内的滚珠轴承套装于所述活齿架外,所述推杆的外端与所述针齿壳的内壁 上的针齿接触。
[0013] 上述结构中,行星轮用于将输入轴的旋转动力传递给内齿圈并带动行星架旋转, 其原理是:行星轮在输入轴的作用下自转,同时因为与内齿圈的内齿啮合而绕内齿圈的中 心轴线公转,行星轮公转会带动行星架一起旋转,行星轮、行星架、内齿圈构成行星齿轮传 动装置;激波器用于将行星架的旋转动力传递给推杆,其原理是:在针齿壳固定不动的情况 下,行星架带动激波器旋转,激波器的偏心凸轮在旋转过程中推动推杆径向移动,推杆用于 与针齿壳的内壁上的针齿配合将径向移动的动力转换为绕输入轴的中心线旋转的旋转动 力,推杆旋转带动活齿架旋转,活齿架作为旋转动力输出端;在活齿架固定不动的情况下, 激波器推动推杆沿活齿架径向运动,推动针齿,针齿带动针齿壳旋转,针齿壳作为旋转动力 输出端;激波器、推杆、活齿架和针齿壳共同构成推杆活齿传动结构。上述激波器的结构其 实是设有中心通孔的曲轴。
[0014] 作为优选,所述行星轮为两个且对称安装于所述输入轴的两侧,对应地,所述行星 架上设有两个用于安装所述行星轮的凸柱。
[0015] 为了更好地平衡载荷,所述激波器上的偏心凸轮为两个且在所述激波器的中心轴 线方向并列分布,两个所述偏心凸轮相差180°。
[0016] 具体地,所述活齿架轴承包括滚柱轴承和活齿架滚珠轴承,所述活齿架滚珠轴承 安装于所述推杆的内端与所述激波器的偏心凸轮之间。
[0017] 为了便于组装,所述激波器与所述行星架之间通过键槽和键连接。
[0018] 为了减小推杆与活齿架的径向通孔孔壁之间的摩擦力,所述推杆与所述活齿架的 径向通孔的孔壁之间安装有多个滚珠形成直线滚珠轴承。
[0019]为了确保啮合精度及平稳度,提高动态响应精度,所述推杆的端头表面为共轭曲 面。
[0020]为了避免润滑油渗漏,所述针齿壳与所述活齿架之间靠近端头的位置设有油封。
[0021] 本发明的有益效果在于:
[0022] 本发明首次将推杆活齿传动应用于高精度机器人关节减速器,并采用行星齿轮传 动装置和推杆活齿传动装置两级传动,传动比大,速比调整方便,结构紧凑,能够保持很高 的定位精度和重复定位精度;通过在推杆与激波器之间设置滚珠形成直线滚珠轴承结构, 将推杆与激波器之间的滑动摩擦改为滚动摩擦,减小了磨损,提高了效率;将本发明所述滚 动推杆活齿机器人关节减速器用于机器人的轴、肩关节,既具备传统RV传动的优点,又对整 体结构进行了创新研宄,具有传动比大、传动效率高、定位精度高、耐冲击力强、工艺简单以 及成本低廉等特点,适合推广普及。
附图说明
[0023]图1是本发明所述滚动推杆活齿机器人关节减速器的剖视结构图;
[0024]图2是图1中“A”的放大图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不 用于限定本发明。
[0027]如图1和图2所示,本发明所述滚动推杆活齿机器人关节减速器包括行星轮9、行星 架11、针齿壳7、内齿圈8、激波器2、推杆5和活齿架4,内齿圈8的一端与针齿壳7的一端通过 螺钉固定连接,行星轮9的外齿轮同时与输入轴1 一端的外齿轮和内齿圈8的自身中心通孔 孔壁上的内齿相互啮合,两个行星轮9分别通过安装于自身中心通孔内的滚珠轴承10套装 于行星架11的两个凸柱上,两个行星轮9对称分布于输入轴1的两侧,行星架11通过自身中 心通孔套装于与激波器2的一端外并通过键槽和键相互连接,激波器2通过自身中心通孔套 装于输入轴1外,激波器2与输入轴1之间填充有润滑油,激波器2的外圆周上设有两个偏心 凸轮21,两个偏心凸轮21在激波器2的中心轴线方向并列分布,两个偏心凸轮21相差180°, 活齿架4通过安装于自身中心通孔内的活齿架轴承套装于激波器2外,所述活齿架轴承包括 滚柱轴承3 (具体为双列圆柱滚子轴承)和活齿架滚珠轴承,所述活齿架滚珠轴承安装于推 杆5的内端与激波器2的偏心凸轮21之间,所述活齿架滚珠轴承与上述滚珠轴承10为相同结 构的轴承,一般为深沟球轴承,所以未作单独标记,活齿架4上与偏心凸轮21对应的位置设 有多个径向通孔(图中未标记),多个推杆5分别置于一一对应的多个径向通孔内,推杆5与 活齿架4的径向通孔的孔壁之间安装有多个滚珠51形成直线滚珠轴承,针齿壳7通过安装于 自身中心通孔内的滚珠轴承10套装于活齿架4外,推杆5的外端与针齿壳7的内壁上的针齿 71接触,针齿壳7与活齿架4之间靠近端头的位置设有油封6。
[0028]图1和图2中还示出了属于活齿架4其中一部分的活齿架辅件41,活齿架辅件41与 其它的活齿架4为各自独立加工成型的部件,只是为了便于组装并对其它部件进行限位,所 以将活齿架辅件41独立加工并与活齿架4通过螺栓固定连接,活齿架辅件41与行星架11之 间、活齿架辅件41与针齿壳7之间分别通过滚珠轴承10连接。
[0029]如图1所示,本发明所述滚动推杆活齿机器人关节减速器的工作原理是:
[0030] 两个行星轮9在输入轴1的作用下自转,同时因为与内齿圈8的内齿啮合而绕内齿 圈8的中心轴线公转,行星轮9公转会带动行星架11 一起旋转,这是第一级的行星齿轮传动 过程;行星架11带动激波器2旋转,激波器2的两个偏心凸轮21在旋转过程中推动推杆5径向 移动,推杆5的外端与针齿壳7的内壁上的针齿71配合将径向移动的动力转换为绕输入轴1 的中心线旋转的旋转动力,推杆5旋转带动活齿架4绕输入轴1的中心线旋转,活齿架4作为 旋转动力输出端;或者,在活齿架4固定不动的情况下,推杆5推动针齿71带动针齿壳7旋转, 针齿壳7作为旋转动力输出端,这是第二级的推杆活齿传动过程。
[0031] 经过上述两级传动后,输入轴1的旋转动力被显著减速,稳定地传递给活齿架4或 针齿壳7输出,使工业机器人保持很高的定位精度和重复定位精度。
[0032]由上可知,本发明所述滚动推杆活齿机器人关节减速器与传统RV减速器相比的优 势在于:
[0033] 1、RV传动是以摆线针轮传动为基础,本发明以推杆活齿传动为基础,尽管二者结 构有相似之处,但内部的传动和受力有着本质的区别,推杆活齿传动输出力矩不通过激波 器(与RV减速器的曲轴对应),激波器不承受沉重的输出力矩,从而使激波器上的轴承承受 力得以极大改善;
[0034] 2、在保障传动精度方面,RV传动的曲轴力矩半径较小,轴承间隙反应到输出轴上 的侧隙和回差也大,为减小回差和使载荷均匀分布,需用2〜3个曲柄轴严格按照同步运转, 在制造过程中要求尚精度,提高了产品成本;而本发明中,推杆5外端处的力矩半径较大,设 置直线滚珠轴承的推杆5与活齿架4之间的配合间隙小,反应到输出轴上的侧隙和回差相 减小,两排环状排列的推杆5相错1S0°均匀布置,载荷分布均匀,更有利于实现小回 度、高刚度。
[OO35]上述实施例只是本发明的较佳实施例,并不是对本发明技术方案的限口面曰 不经过创造性劳动即可在上述实施垂基础上实现的技术方案,均应视为落入本发 的权利保护范围内。

Claims (8)

1. 一种滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:包括行星轮、行星架、针齿壳、内 齿圈、激波器、推杆和活齿架,所述内齿圈的一端与所述针齿壳的一端固定连接,所述行星 轮的外齿轮同时与输入轴一端的外齿轮和所述内齿圈的自身中心通孔孔壁上的内齿相互 啮合,所述行星轮通过安装于自身中心通孔内的滚珠轴承套装于所述行星架上,所述行星 架通过自身中心通孔套装于与所述激波器的一端外并相互连接,所述激波器通过自身中心 通孔套装于所述输入轴外,所述激波器的外圆周上设有偏心凸轮,所述活齿架通过安装于 自身中心通孔内的活齿架轴承套装于所述激波器外,所述活齿架上与所述偏心凸轮对应的 位置设有多个径向通孔,多个所述推杆分别置于一一对应的多个所述径向通孔内,所述针 齿壳通过安装于自身中心通孔内的滚珠轴承套装于所述活齿架外,所述推杆的外端与所述 针齿壳的内壁上的针齿接触。
2. 根据权利要求1所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述行星轮为 两个且对称安装于所述输入轴的两侧,对应地,所述行星架上设有两个用于安装所述行星 轮的凸柱。
3. 根据权利要求1所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述激波器上 的偏心凸轮为两个且在所述激波器的中心轴线方向并列分布,两个所述偏心凸轮相差 180。。
4.根据权利要求1或3所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述活齿 架轴承包括滚柱轴承和活齿架滚珠轴承,所述活齿架滚珠轴承安装于所述推杆的内端与所 述激波器的偏心凸轮之间。
5.根据权利要求1或3所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述激波 器与所述行星架之间通过键槽和键连接。
6.根据权利要求1所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述推杆与所 述活齿架的径向通孔的孔壁之间安装有多个滚珠形成直线滚珠轴承。
7.根据权利要求1或6所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述推杆 的端头表面为共轭曲面。
8.根据权利要求1所述的滚动推杆活齿机器人关节减速器,其特征在于:所述针齿壳与 所述活齿架之间靠近端头的位置设有油封。
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