CN108150611A - 一种机器人及行星齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器人及行星齿轮减速器，该行星齿轮减速器包括内齿圈、若干个滚子以及相邻两级的行星架和内齿圈；行星架开设有内圈外滚道，内齿圈开设有外圈内滚道，行星架和内齿圈通过依次压装于内圈外滚道和外圈内滚道之间的若干个滚子转动连接；且，太阳轮的外齿被周向切削形成连接部，连接部与所述行星架直接周向传动连接。与现有技术相比，行星架和内齿圈直接通过滚子转动连接省去了轴承部件，这在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的径向尺寸；且，相邻两级行星架和太阳轮直接周向传动连接，省去了联轴器等辅助连接组件，从而在缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸。此外，轴向和径向尺寸均缩小的综合效果使得行星齿轮减速器整体体积相对较小。

Description

一种机器人及行星齿轮减速器

技术领域

本发明涉及机器人的关节减速器结构技术领域，特别涉及一种机器人及行星齿轮减速器。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人已越来越多的应用于生产或生活领域。基于使用空间的考虑，小型化、轻量化已成为机器人发展的必然趋势。

机器人通常包括多节肢体和连接相邻两节肢体的关节减速器，目前，机器人技术领域普遍采用行星齿轮减速器作为关节减速器。

然而，由于自身结构限定，行星齿轮减速器的体积通常较大，继而增加了机器人向小型化发展的难度。

因此，如何优化行星齿轮减速器的结构，以使其整体体积缩小，继而推动机器人整体结构向小型化发展，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供一种体积相对较小的行星齿轮减速器。在此基础上，本发明还提供一种机器人，该机器人的关节减速器具体为前述的行星齿轮减速器。

为达到上述目的，本发明所提供的行星齿轮减速器包括内齿圈及相邻两级的行星架和内齿圈，其特征在于，还包括若干个滚子，所述行星架开设有内圈外滚道，所述内齿圈开设有外圈内滚道，所述行星架和所述内齿圈通过依次压装于所述内圈外滚道和所述外圈内滚道之间的若干个所述滚子转动连接；且，所述太阳轮的外齿被周向切削形成连接部，所述连接部与所述行星架直接周向传动连接。

可选地，若干个所述滚子呈两列并排设置。

可选地，所述行星架包括沿轴向拼接的两个子行星架，所述内齿圈具有与两列所述滚子对应设置的两个子外圈内滚道，两个所述子行星架中一者具有与两列所述滚子中一列对应设置的子内圈外滚道，另一者具有与另一列所述滚子对应设置的所述子内圈外滚道。

可选地，所述滚子为球形滚子，在径向截面内，所述子外圈内滚道和所述子内圈外滚道均具有圆弧段和导入段，所述导入段与所述圆弧段相切，所述圆弧段与所述滚子同心设置，且，与同列所述滚子配合的所述子内圈外滚道和所述子外圈内滚道两者的所述导入段沿轴向反向延伸。

可选地，所述内齿圈和所述行星架至少一者由淬硬材料制成。

可选地，所述连接部为切削后的剩余外齿，所述行星架具有与所述剩余外齿对应设置的内齿，所述行星架与所述太阳轮通过所述剩余外齿和所述内齿周向传动连接。

可选地，所述剩余外齿的齿高为所述太阳轮的原外齿齿高的30％-60％。

可选地，还包括行星轮，同级的所述行星架和所述行星轮通过圆柱滚子直接转动连接。

除上述行星齿轮减速器外，本发明还提供一种机器人，该机器人包括至少两节肢体，相邻两节所述肢体通过关节减速器连接，且，所述关节减速器具体为如上所述的行星齿轮减速器。

可选地，所述行星齿轮减速器具体为三级行星齿轮减速器

本发明所提供的行星齿轮减速器包括内齿圈、若干个滚子以及相邻两级的行星架和内齿圈；其中，行星架开设有内圈外滚道，内齿圈开设有外圈内滚道，行星架和内齿圈通过依次压装于内圈外滚道和外圈内滚道之间的若干个滚子转动连接；且，太阳轮的外齿被周向切削形成连接部，连接部与所述行星架直接周向传动连接。

与现有技术相比，这种行星齿轮减速器的行星架和内齿圈直接通过滚子转动连接省去了轴承部件，这在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的径向尺寸；且，相邻两级行星架和太阳轮直接周向传动连接，省去了联轴器等辅助连接组件，从而在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸。可以想见，轴向和径向尺寸均缩小的综合效果使得行星齿轮减速器整体体积相对较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供行星齿轮架减速器具体实施例的结构示意图。

其中，图1中各组件名称与相应附图标记之间的对应关系为：

10第一级太阳轮、11第一级行星架、12第一级行星轮；

20第二级太阳轮、21第二级行星架、22第二级行星轮；

30第三级太阳轮、31第三级行星架、311左子行星架、31a左子内圈外滚道、312右子行星架、31b右子内圈外滚道、32第三级行星轮；

40第一内齿圈、41第二内齿圈、41a左子外圈内滚道、41b右子外圈内滚道；

50滚子；

60圆柱滚子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于本领域技术人员更好地理解本发明所提供的行星齿轮减速器，现结合图1，以三级行星齿轮减速器为例来说明行星齿轮减速器的具体结构及工作原理，图1为本发明所提供行星齿轮减速器具体实施例的剖视结构示意图。

该三级行星齿轮减速器包括输入轴(图中未示出)、第一级太阳轮10、第一级行星架11、第一级行星轮12、第二级太阳轮20、第二级行星架21、第二级行星轮22、第三级太阳轮30、第三级行星架31、第三级行星轮32、第一内齿圈40和第二内齿圈41；

其中，沿动力传动方向上，输入轴和第一级太阳轮10周向传动连接，第一级行星轮12与第一级太阳轮10外齿啮合并与第一内齿圈40内齿啮合，第一级行星轮12通过圆柱滚子和定心轴将其轴线绕第一级太阳轮10轴线的公转传递给第一级行星架11；第一级行星架11与第二级太阳轮20周向传动连接，第二级行星轮22与第二级太阳轮20外齿啮合并与第一内齿圈40内齿啮合，第二级行星轮22通过圆柱滚子和定心轴将其轴线绕第二级太阳轮20轴线的公转传递给第二级行星架21；第二级行星架21与第三级太阳轮30周向传动连接，第三级行星轮32与第三级太阳轮30外齿啮合并与第二内齿圈41内齿啮合，第三级行星架31直接与执行元件周向传动连接或者是与输出轴周向传动连接，第一内齿圈40和第二内齿圈41通过各自的法兰盘固定连接，且，第一级行星轮12、第二级行星轮22和第三级行星轮32均为相对于输入轴轴线圆周均匀分布的若干个外齿轮，这些外齿轮均与各自对应地太阳轮外齿啮合，第一级行星轮12和第二级行星轮22的若干个外齿轮均与第一内齿圈40内齿啮合，第三节行星轮的若干个外齿轮与第二内齿圈41内齿啮合。

需要说明的是，这些外齿轮的数量可以根据减速器各级行星架尺寸及传递扭矩等实际需要，由本领域技术人员自行决定具体个数，在此不做限定。

该三级行星齿轮减速器的工作原理为：动力源的动力经由输入轴传递至第一级太阳轮10，再经由第一级行星轮12一级减速处理后传递至第二级太阳轮20，经一级减速处理后的动力继续由第二级行星轮22二级减速处理后传递至第三级太阳轮30，经二级减速处理后的动力再次经由第三级行星轮32减速处理后传递至执行元件或输出轴。

该三级行星齿轮减速器包括内齿圈、若干个滚子以及相邻两级的行星架和内齿圈；其中，行星架开设有内圈外滚道，内齿圈开设有外圈内滚道，行星架和内齿圈通过依次压装于内圈外滚道和外圈内滚道之间的若干个滚子转动连接；且，太阳轮的外齿被周向切削形成连接部，连接部与所述行星架直接周向传动连接。

与现有技术相比，这种行星齿轮减速器的行星架和内齿圈直接通过滚子转动连接省去了轴承部件，这在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的径向尺寸；且，相邻两级行星架和太阳轮直接周向传动连接，省去了联轴器等辅助连接组件，从而在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸。可以想见，轴向和径向尺寸均缩小的综合效果使得行星齿轮减速器整体体积相对较小。

接下来，结合图1对该三级行星齿轮减速器的行星架与内齿圈以及相邻连接太阳轮和行星架的连接方式分别加以详述。

为了减小行星齿轮减速器的径向尺寸，上述三级行星齿轮减速器的第三级行星架31和第二内齿圈41通过滚子50和与该滚子50相匹配的滚道转动连接。

详细地，该三级行星齿轮减速器还包括若干个滚子50，第三级行星架31开设有内圈外滚道，第二内齿圈41开设有外圈内滚道，第三行星架和第二内齿圈41通过依次压装于内圈外滚道和外圈内滚道之间的若干个滚子50转动连接。

需要说明的是，由于上述行星齿轮减速器第一级行星架11与第二级太阳轮20直接周向传动连接，从而较好地保证了第一级行星架11与第二级太阳轮20的同轴度。同样，第二级行星架21与第三级太阳轮30也是直接周向传动连接，继而也很好地保证了第二级行星架21和第三级太阳轮30的同轴度。当然，可以理解，为了进一步地提高行星齿轮减速器整体动力传动平稳性，本具体是实施例中第一行星架和第二行星架两者与第一内齿圈40亦可借鉴第三级行星架31和第二内齿圈41传动连接方式。

进一步地，第一参照图1所示，上述三级行星齿轮减速器的若干个滚子50呈两列并排设置。如此，第三级行星架31和第二内齿圈41之间形成沿轴向依次布置的两组滚动配合间，可提高第三级行星架31和第二内齿圈41之间的转动配合平稳性，继而可进一步地提高三级行星齿轮减速器的动力传动稳定性。

为了简化第三级行星架31、第二内齿圈41和这两列滚子50的装配工艺、提高装配效率，本具体实施例中进一步地限定内圈外滚道和外圈内滚道的具体结构。

详细地，继续参见图1所示，第三级行星架31包括沿轴向拼接的两个子行星架，第二内齿圈41具有与两列滚子50对应设置的两个子外圈内滚道，两个子行星架中一者具有与两列滚子50中一列对应设置的子内圈外滚道，另一者具有与另一列滚子50对应设置的子内圈外滚道。

需要说明的是，为了便于本领域技术人员更好地理解这种三级行星齿轮减速器的具体结构，本文在此通过方位词左右来区分两个子行星架、两组内圈外滚道和两组外圈内滚道，方位词左右是以图1中第三级行星轮32为基准设定，即图1中位于第三级行星轮32的左手侧的子行星架为左子行星架311，位于第三级行星轮32的右手侧的子行星架为右子行星架312。

也就是说，第三级行星架31包括沿轴向通过螺钉拼接的左子行星架311和右子行星架312，若干个滚子50为分设于第三级行星轮32左右两侧并排设置的两列，第二内齿圈41具有对称分设于第三级行星轮32左右两侧的左子外圈内滚道41a和右子外圈内滚道41b，左子行星架311具有左子内圈外滚道31a，右子行星架312具有右子内圈外滚道31b。

装配时，先将第二内齿圈41套装于右子行星架312并保证两者同轴；再将右列滚子50逐一的压入右子外圈内滚道41b和右子内圈外滚道31b之间并保证第二内齿圈41和右子行星架312两者可绕轴线相对转动；然后，再将第三级行星轮32的三个外齿轮相对于轴线圆周均匀分布安装于第三级行星架31的三个行星轴上，并使各行星轴和与其对应地外齿轮通过圆柱滚子60直接转动连接；最后，将左列滚子50逐一放置于左子内圈外滚道31a内并将左子行星架311装入，且，左列滚子50压装于左子内圈外滚道31a和左子外圈内滚道41a之间，然后，通过螺钉将左子行星架311和右子行星架312固定连接并使两者夹持第三级行星轮32，以便对圆柱滚子60形成轴向限位。

更为详细地，为简化装配工艺及控制成本，继续参照图1所示，滚子50具体为球形滚子50，且，在径向截面内，左子内圈外滚道31a、右子内圈外滚道31b、左子外圈内滚道41a和右子外圈内滚道41b均包括导入段和圆弧段；其中，圆弧段与滚子50同心设置，导入段与圆弧段相切并沿轴向延伸，且，与同列滚子50配合的子内圈外滚道和子外圈内滚道两者的导入段反向延伸，也就是说，左子内圈外滚道31a的导入段位于其圆弧段右侧，左子外圈内滚道41a的导入段位于其圆弧段的左侧，同样，右子内圈外滚道31b的导入段位于其圆弧段左侧，而右子外圈内滚道41b的导入段位于其圆弧段的右侧。

装配时，由各自的导入段将滚子50导入对应地圆弧段机壳，装配工艺简单快捷。

由于第三级行星架31通过滚子50相对于第二内齿圈41转动，故为了提高第三级行星架31和第二内齿圈41耐磨性，以延长行星齿轮减速器整体的使用寿命。

优选方案中，第三级行星架31和第二内齿圈41中至少一者由淬硬材料制成。

更进一步地，在满足第三级行星相对于第二内齿圈41转动功能要求基础上，该滚子50可以为钢滚子、塑料滚子或陶瓷滚子。

再次需要说明的是，本具体实施例为了便于本领域技术人员更好地理解本发明的发明点，以三级行星齿轮减速器为例来对行星齿轮减速器的内齿圈和行星架通过滚子50直接转动连接的技术方案加以示例性说明。

可以理解，在满足内齿圈和行星架通过滚子50直接转动连接及装配工艺要求的基础上，除三级行星齿轮减速器外的，二级、四级或五级等其他级数的行星齿轮减速器也均落入本发明的保护范围内。

继续参见图1所示，为了减小行星齿轮减速器的轴向尺寸，上述三级行星齿轮减速器的第一级行星架11和第二级太阳轮20直接周向转动连接，第二级行星架21和第三级太阳轮30直接周向转动连接。

详细地，第二级太阳轮20的外齿被周向切削形成连接部，第二级太阳轮20的连接部与第一级行星架11直接周向传动连接；同样，第三级太阳轮30的外齿被周向切削形成连接部，第三级太阳轮30的连接部与第二级行星架21直接周向传动连接。

与现有行星齿轮减速器相邻两级的行星架和太阳轮通过联轴器传动连接相比，这种行星齿轮减速器的相邻两级行星架和太阳轮直接周向传动连接，在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸。

此外，由于上述行星齿轮减速器的第一级行星架11与第二级太阳轮20直接周向传动连接，从而较好地保证了第一级行星架11与第二级太阳轮20的同轴度。同样，第二级行星架21与第三级太阳轮30也是直接周向传动连接，继而也很好地保证了第二级行星架21和第三级太阳轮30的同轴度。需要说明的是，为了便于本领域技术人员更好地理解本发明的发明点，接下来以三级行星齿轮减速器的第二级太阳轮20和第一级行星架11两者为例来说明相邻两级太阳轮和行星架直接周向传动连接的具体实施方式。当然，第二级太阳轮20和第一级行星架11两者直接周向传动连接关系方式适用于第三级太阳轮30和第二级行星架21，故而本文在此不再加以赘述。

第一种实施方式为：第二级太阳轮20的连接部为切削后的剩余外齿，第一级行星架11具有与剩余外齿对应设置的内齿，第一级行星架11与第二级太阳轮20通过内齿和外齿周向传动连接。

具体的，沿着行星齿轮减速器的传动方向，切削加工第二级太阳轮20外齿，切削加工后的剩余外齿为与第一级行星架11连接的连接部，该连接部可以理解为齿轮轴。为了与该连接部形成内外齿齿轮啮合连接，需要在第一级行星架11内孔加工相对应的内齿。

装配时，第一级行星架11内齿直接与第二级太阳轮20连接部的外齿啮合即可。采用这种连接方式，可以减少对第二级太阳轮20的切削加工工作量，直接利用切削后剩余外齿与第一级行星轮12内齿连接。缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸，同时降低了行星齿轮减速器的成本。

进一步的，为了保证齿轮传动的可靠性及传动平稳，优选的切削加工后第二级太阳轮20的剩余外齿齿高为原太阳轮的原外齿齿高的30％-60％。

当然，切削加工后第二级太阳轮20的剩余外齿齿高与原太阳轮的原外齿齿高比例关系并不限定于上述数值范围，本领域技术人员可根据行星齿轮减速器的具体结构加以调整。

第二种实施方式为：第二级太阳轮20的连接部为切削后的光轴，连接部与第一级行星架11通过键周向传动连接。

具体的，沿着行星齿轮减速器的传动方向，切削加工第二级太阳轮20外齿，直到切削成为光轴，即连接部为光轴。为了与第一级行星架11相连接，本实施例采用键连接，所以需要在连接部光轴上加工键槽，并安装与连接部键槽相匹配的键，相应的在第一级行星架11的内孔上也要加工与该键相匹配的键槽。第二级太阳轮20连接部的键槽与键配合连接，键与第一级行星架11键内孔上的键槽配合连接，形成第二级太阳轮20与第一级行星架11通过键周向转动连接。

该方法缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸，同时降低了行星齿轮减速器的制作成本，同时键连接，对中性好，装拆、维护方便。

第三种实施方式为：第二级太阳轮20的连接部为切削后的光轴，连接部和第一级行星架11通过相啮合的外螺纹和内螺纹螺纹连接，外螺纹设置于连接部，内螺纹设置于第一级行星架11。

具体的，沿着行星齿轮减速器传动方向，切削加工第二级太阳轮20外齿，直到切削成为光轴，即连接部为光轴，在连接部光轴上加工外螺纹，相应的在第一级行星架11内孔上加工与光轴上外螺纹相匹配的内螺纹。

第二级太阳轮20连接部和第一级行星架11通过相啮合的外螺纹和内螺纹螺纹连接，当第一级行星架11在与连接部装配时，螺纹拧紧后则相对固定，所以第一级行星架11周向转动时带动第二级太阳轮20周向转动。需要说明的是，行星架螺纹拧紧方向与第一级行星架11带动第二级太阳轮20周向传动方向一致。

第四种实施方式为：第二级太阳轮20的连接部为切削后的光轴，该连接部与第一级行星架11通过胀套周向传动连接。

具体的，沿着行星齿轮减速器的传动方向，切削加工第二级太阳轮20外齿，直到切削成为光轴，即连接部为光轴。同时将第一级行星架11内孔加工成光孔，由于本实施例采用胀套连接，所以本领域技术人员可知安装胀套的第二级太阳轮20连接部和第一级行星架11内孔的加工要求精度不高，故胀套安装时只需将螺栓按要求的力矩拧紧即可，且还可以很容易的将第一级行星架11和第二级太阳轮20的相对位置调整到所需位置。此外，胀套联结可以承受多重负荷，其结构可以做成多种样式，根据安装负荷大小，还可以多个胀套串联使用，胀套拆卸方便，胀紧时，接触面紧密贴合不易锈蚀，便于拆开。安装时，只调整第一级行星架11和第二级太阳轮20的相对位置至设计位置；然后，再将胀套平滑地装入联结孔处即可。

需要说明的是，在满足太阳轮和前一级行星架直接周向转动连接的技术方案及装配工艺要求的基础上，除三级行星齿轮减速器外的，二级、四级或五级等其他级数的行星齿轮减速器也均落入本发明的保护范围内。

除上述三级行星齿轮减速器外，本发明还提供一种机器人，该机器人包括至少两节肢体；其中，相邻两节肢体通过关节减速器连接，且，该关节减速器为如上所述的行星齿轮减速器。

优选地，该关节减速器具体为前述的三级行星齿轮减速器。

如前所述，这种行星齿轮减速器的行星架和内齿圈直接通过滚子转动连接省去了轴承部件，这在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的径向尺寸；且，相邻两级行星架和太阳轮直接周向传动连接，省去了联轴器等辅助连接组件，从而在一定程度上缩小了行星齿轮减速器的轴向尺寸。可以想见，轴向和径向尺寸均缩小的综合效果使得行星齿轮减速器整体体积相对较小，继而使得该机器人向小型化发展，符合目前对机器人产品市场需求。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种行星齿轮减速器，包括内齿圈及相邻两级的行星架和内齿圈，其特征在于，还包括若干个滚子，所述行星架开设有内圈外滚道，所述内齿圈开设有外圈内滚道，所述行星架和所述内齿圈通过依次压装于所述内圈外滚道和所述外圈内滚道之间的若干个所述滚子转动连接；且，所述太阳轮的外齿被周向切削形成连接部，所述连接部与所述行星架直接周向传动连接。

2.如权利要求1所述行星齿轮减速器，其特征在于，若干个所述滚子呈两列并排设置。

3.如权利要求2所述的行星齿轮减速器，其特征在于，所述行星架包括沿轴向拼接的两个子行星架，所述内齿圈具有与两列所述滚子对应设置的两个子外圈内滚道，两个所述子行星架中一者具有与两列所述滚子中一列对应设置的子内圈外滚道，另一者具有与另一列所述滚子对应设置的所述子内圈外滚道。

4.如权利要求3所述的行星齿轮减速器，其特征在于，所述滚子为球形滚子，在径向截面内，所述子外圈内滚道和所述子内圈外滚道均具有圆弧段和导入段，所述导入段与所述圆弧段相切，所述圆弧段与所述滚子同心设置，且，与同列所述滚子配合的所述子内圈外滚道和所述子外圈内滚道两者的所述导入段沿轴向反向延伸。

5.如权利要求1至4任一项所述的行星齿轮减速器，其特征在于，所述内齿圈和所述行星架至少一者由淬硬材料制成。

6.如权利要求1至4任一项所述的行星齿轮减速器，其特征在于，所述连接部为切削后的剩余外齿，所述行星架具有与所述剩余外齿对应设置的内齿，所述行星架与所述太阳轮通过所述剩余外齿和所述内齿周向传动连接。

7.如权利要求6所述的行星齿轮减速器，其特征在于，所述剩余外齿的齿高为所述太阳轮的原外齿齿高的30％-60％。

8.如权利要求1至4任一项所述的行星齿轮减速器，其特征在于，还包括行星轮，同级的所述行星架和所述行星轮通过圆柱滚子直接转动连接。

9.一种机器人，包括至少两节肢体，相邻两节所述肢体通过关节减速器连接，其特征在于，所述关节减速器具体为权利要求1-8任一项所述的行星齿轮减速器。

10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述行星齿轮减速器具体为三级行星齿轮减速器。