CN108869674A - 差动减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种差动减速装置，属于机械传动技术领域。包括支撑座、摆转架、差动减速机构和驱动机构，摆转架通过摆转轴与支撑座铰接并可绕摆转轴相对于支撑座摆转；差动减速机构包括与摆转轴转动连接的第一传动轮和第二传动轮、以及设置在摆转架上的回转轮组，回转轮组的轴线垂直于摆转轴的轴线；驱动机构通过柔性驱动绳索依次与第一传动轮、回转轮组、第二传动轮连接构成闭环传动链，第一传动轮和第二传动轮转向相反，且缠绕在第一传动轮和第二传动轮的柔性驱动绳索的旋出线速度不同。本发明提供的差动减速装置，传动精度高，与基于齿轮传动原理设计的减速装置相比，在保障传动比相同的前提下，体积小、重量轻，制造及维护成本低。

Description

差动减速装置

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，更具体地说，是涉及一种差动减速装置。

背景技术

减速装置是一种在原动机和执行机构之间起匹配转速和传递转矩功能的机械传动装置。在各种减速装置中，基于齿轮传动原理设计的减速装置在现代机械中最为常用。

机器人关节是实现工业机器人各种运动的运动副，是影响工业机器人性能的最重要的结构部件之一，现有的机器人关节通常采基于齿轮传动的减速装置，常见的为RV减速器或谐波减速器，其中RV减速器存在背隙，传动精度较低，且设计制造复杂，对加工和安装精度要求高，而谐波减速器转动惯量较大；此外，对于大型的工业机器人，由于其输出力矩大，需要较大的传动比，故机器人关节的体积会很大。因此，预期一种减速装置，在不显著增加的体积下可以实现高精度的大传动比的减速传动。

发明内容

本发明提供了一种差动减速装置，旨在解决现有技术中减速装置体积随传动比增加极剧增大且传动精度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种差动减速装置，包括支撑座、摆转架,所述摆转架绕摆转轴相对所述支撑座摆转，所述摆转轴与所述支撑座铰接；

还包括差动减速机构，所述差动减速机构包括与所述摆转轴转动连接的第一传动轮和第二传动轮、以及设置在所述摆转架上的回转轮组，所述回转轮组的轴线垂直于所述摆转轴的轴线；

还包括用于驱动所述第一传动轮和所述第二传动轮旋转的驱动机构，所述驱动机构通过柔性驱动绳索依次与所述第一传动轮、所述回转轮组、所述第二传动轮连接构成一条闭环传动链；所述第一传动轮和所述第二传动轮转向相反,缠绕在所述第一传动轮和所述第二传动轮的柔性驱动绳索的旋出线速度不同。

进一步地，所述驱动机构包括同步旋转的第一驱动轮和第二驱动轮，所述第一驱动轮和所述第二驱动轮半径不同。

进一步地，所述驱动机构还包括平行布置于所述摆转轴下方且与所述支撑座铰接的驱动轴，所述第一驱动轮和所述第二驱动轮均固定设置在所述驱动轴上。

进一步地，所述第一传动轮与所述回转轮组之间、所述第二传动轮与所述回转轮组之间均设有用于改变所述柔性驱动绳索驱动方向的换向轮组，所述换向轮组的轴线同时垂直于所述回转轮组的轴线和所述摆转轴的轴线。

进一步地，所述换向轮组有四个，四个所述换向轮组两两对称设置，所述换向轮组包括换向轮和设于所述摆转架上的换向轮支架，所述换向轮上设有用于缠绕所述柔性驱动绳索的第一轮槽。

进一步地，所述摆转架包括两个平行设置的侧板以及连接两个所述侧板的连接板，所述摆转轴贯穿两个所述侧板与所述支撑座两端铰接。

进一步地，所述回转轮组包括回转轴以及套设在所述回转轴上的回转轮，所述回转轴垂直于所述摆转轴固定安装在所述连接板上，所述回转轮上设有用于缠绕所述柔性驱动绳索的第二轮槽。

进一步地，所述支撑座包括平行设置的固定板以及连接两个所述固定板的底板，所述固定板平行于所述侧板。

进一步地，所述柔性驱动绳索的材质为钢丝绳。

本发明提供的差动减速装置有益效果在于，与现有技术相比，采用差动减速机构将驱动机构的旋转运动转换为摆转架相对于支撑座的摆转运动。驱动机构、第一传动轮、回转轮组、第二传动轮通过柔性驱动绳索构成了一条闭环传动链；当驱动机构转动时，柔性驱动绳索驱动第一传动轮和第二传动轮旋转，通过设置柔性驱动绳索的缠绕方向使得第一传动轮和第二传动轮的转向不同，通过设置驱动机构的结构使缠绕于第一传动轮和第二传动轮上的柔性驱动绳索的旋出线速度不同，由此产生差动线位移，故第一传动轮和第二传动轮输出端的柔性驱动绳索的拉力大小不同、方向相反，闭环传动链中，回转轮组位于第一传动轮和第二传动轮之间，回转轮组输入和输出端的柔性驱动绳索的线速度不同，拉力大小不同，回转轮组垂直设于摆转架上，摆转架通过摆转轴与支撑座铰接，在柔性驱动绳索的拉力下，摆转架以摆转轴为中心绕支撑座摆转，实现了驱动机构的高速旋转向摆转架的低速摆转的传动。本方案中减速装置，基于固定在摆转架上的回转轮组输入和输出端的线速度不同，受力大小不同，实现摆转架的摆转，该方案消除了背隙影响，保障了传动精度，可以通过设置缠绕在第一传动轮和第二传动轮上柔性驱动绳索输出线速度差值的实现大传动比的减速传动，与齿轮传动的减速装置相比，相同的传动比下，本方案的结构体积小、成本低。本发明提供的差动减速装置，传动精度高，与基于齿轮传动原理设计的减速装置相比，在保障传动比相同的前提下，体积小、重量轻，制造及维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明实施例提供的差动减速装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的差动减速装置除去支撑座和摆转架后的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的差动减速装置的工作原理图；

图4是本发明实施例提供的回转轮组的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的换向轮组的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的摆转架的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的支撑座的结构示意图。

其中，各附图标记：

1-支撑座；101-固定板；102-底板；2-摆转架；201-侧板；202-连接板；3-差动减速机构；301-第一传动轮；302-第二传动轮；303-回转轮组；3031-回转轮；3032-回转轴；3033-第二轮槽；4-驱动机构；401-第一驱动轮；402-第二驱动轮；403-驱动轴；5-柔性驱动绳索；6-摆转轴；7-换向轮组；701-第一换向轮组；702-第二换向轮组；703-第三换向轮组；704-第四换向轮组；705-换向轮；706-换向轮支架；707-第一轮槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的差动减速装置进行说明。差动减速装置包括支撑座1、摆转架2、差动减速机构3和驱动机构4，摆转架2绕摆转轴6相对于支撑座1摆转，摆转轴6与支撑座1铰接；差动减速机构3包括与摆转轴6转动连接的第一传动轮301和第二传动轮302、以及设置在摆转架2上的回转轮组303，回转轮组303的轴线垂直于摆转轴6的轴线；驱动机构4用于驱动第一传动轮301和第二传动轮302旋转，驱动机构4通过柔性驱动绳索5依次与第一传动轮301、回转轮组303、第二传动轮302连接构成闭环传动链，第一传动轮301和第二传动轮302转向相反，缠绕在第一传动轮301和第二传动轮302的柔性驱动绳索5的旋出线速度不同。

具体地，驱动机构4通过轴承设置在支撑座1上，驱动机构4的输入端与驱动电机连接，驱动机构4通过柔性驱动绳索5驱动差动减速机构3中的第一传动轮301和第二传动轮302旋转，通过设置驱动机构4的结构，实现第一传动轮301和第二传动轮302旋出线速度不同，驱动机构4的结构可以为同轴旋转但半径尺寸不同的两个驱动轮，也可以为同步旋转的半径尺寸不同的两个驱动轮，两个驱动轮的旋转轴线平行，两个驱动轮可以通过齿轮或同步带实现同步旋转。优选地，驱动机构4位于摆转轴6下方且驱动机构4的旋转轴的轴线方向与摆转轴6的轴线方向平行。应理解的是，上述驱动结构4仅为示例性实施例，驱动机构4也可以为其他实现第一传动轮301和第二传动轮302旋出柔性驱动绳索5线速度不同的机构。

具体地，柔性驱动绳索5为一条闭环的驱动绳索，柔性驱动绳索5依次缠绕在驱动机构4、第一传动轮301、回转轮组303、第二传动轮302上，再绕回驱动机构4上构成一条闭环传动链，该闭环传动链中，柔性驱动绳索5的长度保持不变；应理解的是，柔性驱动绳索5有多种缠绕方式，通过设置柔性驱动绳索5的缠绕方式使得第一传动轮301和第二传动轮302转向相反。

具体地，摆转轴6与支撑座1铰接，摆转轴6用于支撑摆转架2，摆转架2在柔性驱动绳索5的拉力下可以以摆转轴6为中心绕支撑座1摆转，驱动机构4的输入端转速与摆转架2的摆转转速比即为本方案的传动比。应理解的是，摆转轴6可以与摆转架2固定连接，也可以与摆转架2铰接。

具体地，回转轮组303轴线垂直于摆转轴6的轴线，而第一传动轮301和第二传动轮302均旋转设置在摆转轴6上，故第一传动轮301、第二传动轮302的旋转方向与回转轮组303的旋转方向垂直。

本发明提供的差动减速装置有益效果在于，与现有技术相比，采用差动减速机构将驱动机构的旋转运动转换为摆转架相对于支撑座的摆转运动。驱动机构、第一传动轮、回转轮组、第二传动轮通过柔性驱动绳索构成了一条闭环传动链。当驱动机构转动时，柔性驱动绳索驱动第一传动轮和第二传动轮旋转，通过设置柔性驱动绳索的缠绕方向使得第一传动轮和第二传动轮的转向不同，通过设置驱动机构的结构使缠绕于第一传动轮和第二传动轮上的柔性驱动绳索的旋出线速度不同，由此产生差动线位移，故第一传动轮和第二传动轮输出端的柔性驱动绳索的拉力大小不同、方向相反，闭环传动链中，回转轮组位于第一传动轮和第二传动轮之间，回转轮组输入和输出端的柔性驱动绳索的线速度不同，拉力大小不同，回转轮组垂直设于摆转架上，摆转架通过摆转轴与支撑座铰接，在柔性驱动绳索的拉力下，摆转架以摆转轴为中心绕支撑座摆转，实现了驱动机构的高速旋转向摆转架的低速摆转的传动。本方案中减速装置，基于固定在摆转架上的回转轮组输入和输出端的线速度不同，受力大小不同，实现摆转架的摆转，该方案消除了背隙影响，保障了传动精度，可以通过设置缠绕在第一传动轮和第二传动轮上柔性驱动绳索输出线速度差值的实现大传动比的减速传动，与齿轮传动的减速装置相比，相同的传动比下，本方案的结构体积小、成本低。本发明提供的差动减速装置，传动精度高，在保障传动比相同的前提下，体积小、重量轻，制造及维护成本低。

进一步地，请参阅图2和图3，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，驱动机构4包括同步旋转的第一驱动轮401和第二驱动轮402，第一驱动轮401和第二驱动轮402半径不同。

具体地，第一驱动轮401与第一传动轮301通过柔性驱动绳索5传动连接，第二驱动轮402与第二传动轮302通过柔性驱动绳索5传动连接，柔性驱动绳索5依次缠绕在第一驱动轮401、第一传动轮301、回转轮组303、第二传动轮302、第二驱动轮402上，然后再沿第二传动轮302、回转轮组303、第一传动轮301绕回第一驱动轮401构成一条闭环传动链，闭环传动链中，柔性驱动绳索5的长度始终保持不变。第一驱动轮401的半径尺寸大于第二驱动轮402的半径尺寸且同步旋转，则柔性驱动绳索5在第一传动轮301与第二传动轮302的旋入和旋出线速度不同，位移不同。实际应用中，可通过设置第一驱动轮401和第二驱动轮402的半径尺寸差，改变第一传动轮301与第二传动轮302上柔性驱动绳索5的旋出线速度差值，进而实现摆转架2摆转速度的改变，半径尺寸差值越大，摆转架2摆转速度越大。应理解的是，第一驱动轮401的半径尺寸大于第二驱动轮402的半径尺寸仅为一个示例性的实施例，第一驱动轮401的半径尺寸也可以小于第二驱动轮402的半径尺寸。

进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，驱动机构4还包括平行布置于摆转轴6下方且与支撑座1铰接的驱动轴403，第一驱动轮401和第二驱动轮402均固定设置在驱动轴403上。

具体地，驱动轴403平行于摆转轴6，则柔性驱动绳索5自驱动机构4上旋出后可直接缠绕在第一传动轮301和第二传动轮302上，第一驱动轮401和第二驱动轮402同轴固连，结构简单，占用空间小。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，第一传动轮301与回转轮组303之间、第二传动轮302与回转轮组303之间均设有用于改变柔性驱动绳索5驱动方向的换向轮组7，换向轮组7的轴线同时垂直于回转轮组303的轴线和摆转轴6的轴线。

具体地，四个换向轮组7的轴线为水平方向的前后方向，摆转轴6的轴线为水平方向的左右方向，回转轮组303的轴线方向为竖直方向，通过设置换向轮组7使得柔性驱动绳索5可切向旋入和旋出第一传动轮301、第二传动轮302和回转轮组303，而不承受轴向方向的拉力，驱动平滑无阻力。

进一步地，请参阅图2和图5，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，换向轮组7有四个，四个换向轮组7两两对称设置，换向轮组7包括换向轮705和设于摆转架2上的换向轮支架706，换向轮705上设有用于缠绕柔性驱动绳索5的第一轮槽707。

具体地，沿竖直方向，四个换向轮组7的第一轮槽707的上边缘与回转轮组303的第二轮槽3033处于同一水平面上，此时柔性驱动绳索5在进入回转轮组303之前处于水平状态，则回转轮组303仅承受柔性驱动绳索5的切向力，传动更加平滑。

优选地，实际应用中，柔性驱动绳索5在第一驱动轮401缠绕数圈后进入第一传动轮301，然后经过第一换向轮组件701换向后平滑过渡至回转轮组303，自回转轮组303的右侧引出后，经第三换向轮组件703换向后，缠绕于第二传动轮302上，从第二传动轮302下方第一侧引出，在第二驱动轮402缠绕后，再次缠绕在第二传动轮302上并从上方第二侧旋出，经过第四换向轮组件704换向，平滑过渡到并缠绕于回转轮组303，从回转轮组303左侧引出后，经过第二换向轮组件702换向，缠绕于第一传动轮301上，自第一传动轮301旋出后，最终缠绕第一驱动轮401上，构成一条闭环传动链；应理解的是，上述柔性驱动绳索5在各轮系上缠绕方式仅为一个示例性的实施例，也可以设置其他缠绕方式，需保障第一传动轮301和第二传动轮302转动方向相反。

进一步地，请参阅图1和图6，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，摆转架2包括两个平行设置的侧板201以及连接两个侧板201的连接板202，侧板201与摆转轴6连接，摆转轴6贯穿两个侧板201与支撑座1铰接。

具体地，两个侧板201与连接板202焊接在一起，两个侧板201和连接板202构成U形摆转架，环形轮组7、差动减速机构3均位于该U型摆转架的内腔，摆转轴6贯穿两个侧板201与支撑座1铰接，增加了摆转架2的刚性，安装制造方便。

进一步地，请参阅图2和图4，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，回转轮组303包括回转轴3032以及套设在回转轴3032上的回转轮3031，回转轴3032垂直于摆转轴6固定安装在连接板202上，回转轮3031上设有用于缠绕柔性驱动绳索5的第二轮槽3033。

具体地，回转轮3031与回转轴3032转动连接，则回转轮3031可以绕回转轴3032旋转，实现自转，通过在回转轮3031上设置第二轮槽3033可以有效的防止柔性驱动绳索5沿回转轮3031的轴向方向滑动。优选地，回转轴3032一端固定安装在连接板202上，另一端可与摆转轴6固定连接，以提高摆转架2的刚度。

进一步地，请参阅图1和图7，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，支撑座1包括平行设置的固定板101以及连接两个固定板101的底板102，固定板101平行于侧板201。

具体地，两个固定板101与底板102焊接在一起，且固定板101平行于侧板201，支撑座1和摆转架2均为U形结构，两个U形结构通过摆转轴6连接在一切，构成中空的箱体结构，则可将驱动机构4和差动减速组件3均设于中空箱体结构的内部，结构紧凑，节约空间。进一步地，固定板101位于侧板201的外侧，即两个固定板101之间的距离大于两个侧板201之间的距离。

进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的差动减速装置的一种具体实施方式，柔性驱动绳索5的材质为钢丝绳。连接可靠，成本低廉。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.差动减速装置，其特征在于：包括支撑座、摆转架,所述摆转架绕摆转轴相对所述支撑座摆转，所述摆转轴与所述支撑座铰接；

还包括差动减速机构，所述差动减速机构包括与所述摆转轴转动连接的第一传动轮和第二传动轮、以及设置在所述摆转架上的回转轮组，所述回转轮组的轴线垂直于所述摆转轴的轴线；

还包括用于驱动所述第一传动轮和所述第二传动轮旋转的驱动机构，所述驱动机构通过柔性驱动绳索依次与所述第一传动轮、所述回转轮组、所述第二传动轮连接构成一条闭环传动链；

所述第一传动轮和所述第二传动轮转向相反,缠绕在所述第一传动轮和所述第二传动轮的柔性驱动绳索的旋出线速度不同。

2.如权利要求1所述的差动减速装置，其特征在于：所述驱动机构包括同步旋转的第一驱动轮和第二驱动轮，所述第一驱动轮和所述第二驱动轮半径不同。

3.如权利要求2所述的差动减速装置，其特征在于：所述驱动机构还包括平行布置于所述摆转轴下方且与所述支撑座铰接的驱动轴，所述第一驱动轮和所述第二驱动轮均固定设置在所述驱动轴上。

4.如权利要求1-3任一项所述的差动减速装置，其特征在于：所述第一传动轮与所述回转轮组之间、所述第二传动轮与所述回转轮组之间均设有用于改变所述柔性驱动绳索移动方向的换向轮组，所述换向轮组的轴线同时垂直于所述回转轮组的轴线和所述摆转轴的轴线。

5.如权利要求4所述的差动减速装置，其特征在于：所述换向轮组有四个，四个所述换向轮组两两对称设置，所述换向轮组包括换向轮和设于所述摆转架上的换向轮支架，所述换向轮上设有用于缠绕所述柔性驱动绳索的第一轮槽。

6.如权利要求1-3任一项所述的差动减速装置，其特征在于：所述摆转架包括两个平行设置的侧板以及连接两个所述侧板的连接板，所述摆转轴贯穿两个所述侧板与所述支撑座两端铰接。

7.如权利要求6所述的差动减速装置，其特征在于：所述回转轮组包括回转轴以及套设在所述回转轴上的回转轮，所述回转轴垂直于所述摆转轴固定安装在所述连接板上，所述回转轮上设有用于缠绕所述柔性驱动绳索的第二轮槽。

8.如权利要求6所述的差动减速装置，其特征在于：所述支撑座包括平行设置的固定板以及连接两个所述固定板的底板，所述固定板平行于所述侧板。

9.如权利要求1所述的差动减速装置，其特征在于：所述柔性驱动绳索的材质为钢丝绳。