CN108638116A - 机器人及其传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机器人及其传动装置，其传动装置包括由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴上并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；套设在所述连接轴上的第一齿轮，所述第一齿轮围绕所述连接轴转动且在所述连接轴的长度方向上往复移动，所述第一齿轮和所述蜗轮的相对面上分别设有相互啮合的齿牙；套设在输出轴上并和所述输出轴共同转动的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。本发明实施例的机器人及其传动装置解决了现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

Description

机器人及其传动装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人及其传动装置。

背景技术

机器人的旋转功能在机器人活动中起到至关重要的作用，例如机器人的摄像头、投影模组、显示屏等角度调节都需要用到旋转功能，其主要是通过机器人关节中的电机和减速设备构成传动装置(如舵机)实现角度的调节。

舵机一般通过直流电机经过齿轮减速，实现扭矩输出，舵机可以在一定角度范围内旋转，通过电位器检测当前位置，实现闭环控制。但是输出轴需要保持一特定角度时，必须实时输出扭矩，此时直流电机需保持实时运转，易造成噪声较大；另外当需输出的扭矩过大时，直流电机的负载过大，导致电流增大，会烧坏直流电机；再者舵机的直流电机和输出轴之间会相互约束，使其不能人工干预旋转。

简言之，现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

发明内容

本发明提供一种机器人及其传动装置，用以解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题。

一个方面，本发明提供了一种传动装置，其包括：

由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴上并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；

套设在所述连接轴上的第一齿轮，所述第一齿轮围绕所述连接轴转动且在所述连接轴的长度方向上往复移动，所述第一齿轮和所述蜗轮的相对面上分别设有相互啮合的齿牙；

套设在输出轴上并和所述输出轴共同转动的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

进一步地，所述传动装置还包括挡环，所述挡环固定在所述第一齿轮背离所述蜗轮一侧的所述连接轴上。

进一步地，所述传动装置还包括弹簧，所述弹簧套设在所述挡环和所述第一齿轮之间的所述连接轴上。

进一步地，所述传动装置还包括上盖和下盖，所述电机设在所述下盖上，所述连接轴的两个端部分别设在所述上盖和所述下盖上，并相对于所述上盖和所述下盖转动。

进一步地，所述传动装置还包括两个第一轴承，所述两个第一轴承分别设在所述连接轴的两个端部，所述两个第一轴承的内圈分别与所述连接轴的两个端部连接，所述两个第一轴承的外圈分别与所述上盖和所述下盖连接。

进一步地，所述上盖上开设有输出孔，所述输出轴的端部穿过所述输出孔显露于所述上盖上方。

进一步地，所述传动装置还包括设在所述输出孔内的第二轴承，所述第二轴承的外圈连接在所述输出孔的孔壁上，所述输出轴固定连接在所述第二轴承的内圈内。

进一步地，所述传动装置还包括第三轴承以及轴承架，所述轴承架设在所述下盖上，所述第三轴承的外圈连接在所述轴承架上，所述蜗杆的端部固定连接在所述第三轴承的内圈内。

进一步地，所述传动装置还包括立壁，所述立壁围绕所述下盖和所述上盖边缘一周连接在所述上盖和所述下盖之间。

另一个方面，本发明并提供了一种机器人，其包括以上任一项所述的传动装置。

本发明提供的机器人及其传动装置与现有技术相比，至少具有以下优点：

1、通过具有自锁功能的蜗轮蜗杆输出扭矩，使得所输出的扭矩在电机停转时可以保持，避免因电机持续转动而造成较大的噪声；

2、在蜗轮蜗杆和输出轴之间增设相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，在输出轴的负载较大时第一齿轮和蜗轮之间可相互分离，避免电机的电流过大而烧坏电机，起到过载保护的作用；

3、第一齿轮和蜗轮之间可相互分离，在通过人工输出扭矩时不至于对蜗轮蜗杆造成损害，增加传动装置的人工干预性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种传动装置的一爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种传动装置的又一爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种传动装置的一立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种传动装置的一剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”或“电性连接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其它装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。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、商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例一

为解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题，本发明第一实施例提供了一种传动装置，请参考图1，所述传动装置包括电机10、蜗杆20、蜗轮30、第一齿轮40、连接轴50、输出轴60以及第二齿轮70。

其中，所述蜗轮20由所述电机10驱动，在这里，所述蜗轮20连接在所述电机10的转轴上，其连接方式包括但不限定于是焊接、轴上键固定的形式，所述蜗轮20与所述电机10的转轴同轴转动；所述蜗轮30套设在所述连接轴50上，在这里所述蜗轮30和所述连接轴50之间的连接形式包括但不限定于是通过轴上键固定或者焊接等形式，所述蜗轮30和所述连接轴50之间相对固定，两者共同转动；所述蜗轮30和所述蜗杆20啮合，且所述蜗杆20的导程角小于所述蜗轮30的当量摩擦角，在这里所述蜗轮30和所述蜗杆20相互接触的面上分别具有相互啮合的齿牙，使得蜗轮30和所述蜗杆20相互啮合，由于所述蜗杆20上齿牙的导程角小于所述蜗轮30上齿牙的当量摩擦角，在这里只可以所述蜗杆20作为主动件，而所述蜗轮30作为从动件，即只能由所述蜗杆20带动所述蜗轮30转动，而不能由所述蜗轮30带动所述蜗杆20转动；简言之，本实施例所使用的所述蜗轮30和所述蜗杆20结构具有自锁功能。

所述连接轴50上还套设有所述第一齿轮40，所述第一齿轮40可围绕所述连接轴50转动，且所述第一齿轮40可在所述连接轴50的长度方向上往复移动，所述第一齿轮40和所述蜗轮30的相对面上分别设有相互啮合的齿牙。在这里，所述第一齿轮40在所述连接轴50上移动到与所述蜗轮30相接触的位置，所述第一齿轮40和所述蜗轮30的接触面上的齿牙相互啮合，由此所述电机10带动所述蜗杆20转动，所述蜗杆20带动所述蜗轮30转动，所述蜗轮30带动所述第一齿轮40转动；而当所述第一齿轮40在所述连接轴50上移动到与所述蜗轮30相互分离时，所述蜗轮30并不会带动所述第一齿轮40转动。

所述第二齿轮70套设在所述输出轴60上，具体地，所述第二齿轮70通过轴上键固定在所述输出轴60上，能够所述输出轴60共同转动，所述第二齿轮70与所述第一齿轮40啮合，如此所述第一齿轮40转动时便可以带动所述第二齿轮70转动，进而带动所述输出轴60转动，即完成所述输出轴60的扭矩输出。所述输出轴60还用于连接机器人的待旋转设备，这里的待旋转设备包括但不限定于是摄像头、投影模组、显示屏等，通过所述输出轴60的扭矩输出，进而实现待旋转设备角度的变化。

在工作时，所述第一齿轮40在所述连接轴50上移动，使得所述第一齿轮40和所述蜗轮30啮合，所述电机10带动所述蜗杆20转动，所述蜗杆20带动所述蜗轮30转动，所述蜗轮30带动所述第一齿轮40转动，所述第一齿轮40带动所述第二齿轮70转动，所述第二齿轮70带动所述输出轴60转动，所述输出轴60转动即输出扭矩，带动所述待旋转设备转动，完成所述待旋转设备角度的变化。

当所述待旋转设备达到预定的角度时，由于所述蜗杆20和所述蜗轮30的自锁特性，所述蜗轮30不能带动所述蜗杆20转动，所述输出轴60不需要持续输出扭矩便可以使得所述待旋转设备保持上述的预定的角度，此时便可以对所述电机10断电，使其停止工作，一方面可以避免所述电机10转动带来的噪声，另一方面还可以避免所述电机10转动带来机器人的抖动。

另外，所述电机10负载时，即转动所述待旋转设备所需的扭矩会比较大，即带动所述输出轴60以及所述第二齿轮70转动的力会比较大，即带动所述第一齿轮40转动的力会增大，所述蜗轮30和所述第一齿轮40之间的作用力便会增大，即所述蜗轮30对所述第一齿轮40的推力变大，使得所述第一齿轮40在所述连接轴50上向远离所述蜗轮30的方向移动，并与所述蜗轮30相互分离，此时所述电机10仅带动所述蜗杆20和所述蜗轮30转动，几近于空载状态，避免了所述电机10在负载情况下因电流变大而烧坏所述电机10，对所述电机10起到过载保护的作用。

再者，由于所述蜗杆20和所述蜗轮30具有自锁特性，当人工转动所述待旋转设备时，所述输出轴60、所述第二齿轮70以及所述第一齿轮40会跟随转动，由于所述蜗轮30不能带动所述蜗杆20转动，即所述蜗轮30会保持静止状态，伴随着所述第一齿轮40的转动，所述第一齿轮40和所述蜗轮30之间的作用力变大，即所述蜗轮30对所述第一齿轮40的推力变大，使得所述第一齿轮40在所述连接轴50上向远离所述蜗轮30的方向移动，如此在所述电机10、所述蜗杆20以及所述蜗轮30不转动的情况下通过人工干预旋转实现了所述待旋转设备角度的变化，避免了因所述蜗杆20和所述蜗轮30的自锁特性在人工转动所述待旋转设备时对所述蜗杆20和所述蜗轮30造成损坏，增强所述机器人的人工干预旋转性能。

请参考图2-图4，在本发明其他较佳的实施例中，所述传动装置还包括挡环510，所述挡环510固定在所述第一齿轮40背离所述蜗轮30一侧的所述连接轴50上。具体地，所述挡环510固定在所述连接轴50上，所述第一齿轮40在所述挡环510和所述蜗轮30之间往复移动，在这里，所述挡环510可以起到对所述第一齿轮40限位的作用，防止所述第一齿轮40在所述连接轴50上移动距离过大而不易与所述蜗轮30相啮合。

进一步地，所述传动装置还包括弹簧520，所述弹簧520套设在所述挡环510和所述第一齿轮40之间的所述连接轴50上。具体地，所述弹簧520套设在所述连接轴50上，所述弹簧520的两端分别与所述挡环510和所述第一齿轮40相接触，所述弹簧520的外径大于所述第一齿轮40用于套设所述连接轴50上的孔径，所述弹簧520的外径小于所述挡环510的外径。在这里，所述电机10超出负载时，即当所述第一齿轮40和所述蜗轮30之间的作用力大于所述弹簧520的弹力时，所述弹簧520被所述第一齿轮40压缩，所述第一齿轮40向远离所述蜗轮30的方向上运动，进而与所述蜗轮30分离；反之，所述电机10在负载范围内时，即当所述第一齿轮40和所述蜗轮30之间的作用力小于所述弹簧520的弹力时，在所述弹簧520弹力的作用下所述第一齿轮40和所述蜗轮30相接触并啮合；本实施例中，通过所述弹簧520以及所述挡环的设置，使得所述第一齿轮40和所述蜗轮30在所述电机10负载范围内时啮合，在超出所述电机10负载范围时相互分离，对所述电机10起到过载保护作用；另外，还有利于在所述第一齿轮40和所述蜗轮30分离后所述第一齿轮40快速回位。

另外，所述传动装置还包括壳体80，所述壳体80包括上盖810、下盖820以及立壁830。所述立壁830围绕所述下盖820和所述上盖810边缘一周，所述立壁830连接在所述上盖810和所述下盖820之间。在这里，所述上盖810、所述下盖820以及所述立壁830构成一个封闭空间，所述传动装置的其他部件容置于所述封闭空间内。

所述电机10设在所述下盖820上，所述连接轴50的两个端部分别设在所述上盖810和所述下盖820上，并相对于所述上盖810和所述下盖820转动。具体地，所述电机10通过紧固件固定在所述下盖820上，所述连接轴50的两个端部分别连接所述上盖810和所述下盖820，所述连接轴50在所述第一齿轮40的带动下可以相对所述上盖810和所述下盖820转动。

更进一步地，所述传动装置还包括轴承组90，所述轴承组90包括两个第一轴承910、第二轴承920、第三轴承930以及轴承架940。

具体地，所述两个第一轴承910分别设在所述连接轴50的两个端部，所述两个第一轴承910的内圈分别与所述连接轴50的两个端部连接，所述两个第一轴承910的外圈分别与所述上盖810和所述下盖820连接。在这里，通过所述两个第一轴承910的设置可以提升所述连接轴50相对所述上盖810和所述下盖820转动的顺畅度。

在所述上盖810上开设有输出孔8101，所述输出轴60的端部穿过所述输出孔8101显露于所述上盖810上方。具体地，所述输出轴60远离所述第二齿轮70的端部穿过开设于所述上盖810上的输出孔8101，并显露于所述上盖810的上方，以便于连接以上实施例中的所述待旋转设备。更进一步地，所述第二轴承920设在所述输出孔8101内，所述第二轴承920的外圈连接在所述输出孔8101的孔壁上，所述输出轴70固定连接在所述第二轴承920的内圈内，在这里，通过所述第二轴承920的设置一方面可以对所述输出轴70起到承托作用，另一方面可以提升所述输出轴70相对所述上盖810转动的顺畅度。

在所述蜗杆20的端部设置有所述第三轴承930，在这里，需要指出的是可以是所述蜗杆20的一个端部设置所述第三轴承930，也可以是所述蜗杆20的两个端部都设置所述第三轴承930，所述第三轴承930的外圈连接在所述轴承架940上，所述蜗杆20的端部固定连接在所述第三轴承930的内圈内，所述轴承架940设在所述下盖820上，在这里，通过所述第三轴承930的设置一方面可以起到对所述蜗杆20起到支撑作用，另一方面可以提升所述蜗杆20转动的顺畅性。

实施例二

为解决现阶段机器人的舵机具有工作噪声较大、不具有过载保护以及不能人工干预旋转的技术问题，本发明第二实施例提供了一种机器人，所述机器人包括以上第一实施例中的传动装置，所述传动装置设置在所述机器人内，所述传动装置的输出轴连接所述机器人的待旋转设备。对于所述传动装置的详细结构，请参考以上实施例的描述，在此不予赘述。

需要说明的是，在结构不相冲突的情况下，上述各实施例中提及的各部分的结构可相互组合，为避免重复，组合后获得的技术方案在此不再赘述，但组合后获得的技术方案也应属于本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种传动装置，其特征在于，包括：

由电机驱动的蜗杆，套设在连接轴上并和所述连接轴共同转动的蜗轮，所述蜗轮和所述蜗杆啮合，且所述蜗杆的导程角小于所述蜗轮的当量摩擦角；

套设在所述连接轴上的第一齿轮，所述第一齿轮围绕所述连接轴转动且在所述连接轴的长度方向上往复移动，所述第一齿轮和所述蜗轮的相对面上分别设有相互啮合的齿牙；

套设在输出轴上并和所述输出轴共同转动的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括挡环，所述挡环固定在所述第一齿轮背离所述蜗轮一侧的所述连接轴上。

3.根据权利要求2所述的传动装置，其特征在于，还包括弹簧，所述弹簧套设在所述挡环和所述第一齿轮之间的所述连接轴上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的传动装置，其特征在于，还包括上盖和下盖，所述电机设在所述下盖上，所述连接轴的两个端部分别设在所述上盖和所述下盖上，并相对于所述上盖和所述下盖转动。

5.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，还包括两个第一轴承，所述两个第一轴承分别设在所述连接轴的两个端部，所述两个第一轴承的内圈分别与所述连接轴的两个端部连接，所述两个第一轴承的外圈分别与所述上盖和所述下盖连接。

6.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述上盖上开设有输出孔，所述输出轴的端部穿过所述输出孔显露于所述上盖上方。

7.根据权利要求6所述的传动装置，其特征在于，还包括设在所述输出孔内的第二轴承，所述第二轴承的外圈连接在所述输出孔的孔壁上，所述输出轴固定连接在所述第二轴承的内圈内。

8.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，还包括第三轴承以及轴承架，所述轴承架设在所述下盖上，所述第三轴承的外圈连接在所述轴承架上，所述蜗杆的端部固定连接在所述第三轴承的内圈内。

9.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，还包括立壁，所述立壁围绕所述下盖和所述上盖边缘一周连接在所述上盖和所述下盖之间。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的传动装置。