CN108880091A - 一种双轴驱动谐波减速电机 - Google Patents

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张旭龙
郑随兵
董芹鹏
张颖
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters

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Abstract

本发明公开了一种双轴驱动谐波减速电机，属于机器人电机驱动领域。该减速电机由动力单元、第一传动机构和第二传动机构组成。动力单元包括转子和配对定子，两个传动机构均包括柔轮、钢轮、支撑轴承、挡圈、柔性滚动轴承和连接螺钉。通电后，电机工作带动转子运动，转子的两端凸轮带动对称的两个柔性滚动轴承转动变形，随之两个对称的柔轮发生相应的变形，每个柔轮与各自的钢轮相啮合，实现动力的传递，进一步带动两个D形输出轴方向一致的转动，最终将连接的外部组件转动起来。本发明便于模块化，减少了装配人员的工作量，减少了异形连杆的使用，可以作为大多数操作性机器人的驱动单元。

Description

一种双轴驱动谐波减速电机
技术领域
本发明涉及一种双轴驱动谐波减速电机，属于机器人电机驱动领域。
背景技术
电机作为常见的驱动单元，是机械臂等操作性机器人的重要核心零部件之一。随着操作性机器人的快速发展，对电机的性能要求也越来越高。
对于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴，由于谐波减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高以及单级传动比大等优点，往往采用电机加谐波减速器的组合方式；但是，这种组合安装方式复杂，不便于集成，并且通常采用柔轮或者钢轮的端面作为输出端，当谐波减速器与外部组件连接时，需要针对谐波减速器的形状和尺寸设计一个专用的连接法兰。
此外，常见的电机均为单轴输出,例如在机械臂的关节驱动时,连杆只能安装在电机的一侧,为了考虑整体的重心分布,相邻连杆只能交替位于机械臂两侧，或者连杆为异形，增加制造成本。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种双轴驱动谐波减速电机，双轴输出同时减少了异形连杆的使用。
所述的双轴驱动谐波减速电机由动力单元、第一传动机构和第二传动机构组成；
所述动力单元位于整个电机的中心位置；所述第一传动机构和第二传动机构对称布置，分别安装在动力单元两侧，每个传动机构均含有一组谐波减速器，提高电机的输出扭矩，在每个谐波减速器的柔轮上设置有输出轴，便于与外部机构连接。
所述动力单元包括转子和配对定子，定子内部装设有成对的静止的主磁极，转子的形状类似一转轴，两端呈椭圆形，作为两端谐波减速器的凸轮；中间装设电枢绕组，当通电后产生电磁场，为电机提供动力。
所述第一传动机构包括第一柔轮、第一钢轮、第一支撑轴承、第一挡圈、第一柔性滚动轴承和第一连接螺钉；
第一柔轮的一端设有D形输出轴，用于连接外部组件；另一端为能产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮；D形输出轴上固定有第一支撑轴承；通过第一支撑轴承将第一柔轮安装在第一钢轮内部，可提高输出轴的径向刚度；
第一钢轮呈帽状，设有一个端面，端面上设有第一安装孔，用于外部组件的连接安装；同时在端面中心开设通孔；第一柔轮的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；第一钢轮设有内齿，与第一柔轮的外齿啮合，通过啮合带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；第一钢轮的外部四周通过第一连接螺钉固定在定子上；
第一柔性滚动轴承位于第一柔轮的内侧，通过第一挡圈固定在转子上。
所述第二传动机构包括第二柔轮、第二钢轮、第二支撑轴承、第二挡圈、第二柔性滚动轴承和第二连接螺钉；
第二柔轮的一端设有D形输出轴，用于连接外部组件；另一端为能产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮，D形输出轴上固定有第二支撑轴承；通过第二支撑轴承将第二柔轮安装在第二钢轮内部，可提高输出轴的径向刚度；
第二钢轮呈帽状，设有一个端面，端面上设有第二安装孔，用于固定外部组件的连接安装；同时在端面中心开设通孔；第二柔轮的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；第二钢轮设有内齿，与第二柔轮的外齿啮合；通过啮合齿轮带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；第二钢轮的外部四周通过第二连接螺钉固定在定子上；
第二柔性滚动轴承位于第二柔轮的内侧，通过第二挡圈固定在转子上。
所述的双轴驱动谐波减速电机的工作原理如下：
通电后，电机工作带动转子运动，转子的两端凸轮带动对称的两个柔性滚动轴承转动变形，随之两个对称的柔轮发生相应的变形，每个柔轮与各自的钢轮相啮合，实现动力的传递，进一步带动两个D形输出轴方向一致的转动，最终将连接的外部组件转动起来。
本发明的优点在于：
1)一种双轴驱动谐波减速电机，采用一个驱动单元驱动两个对称布置的谐波传动机构，将传统的电机与谐波减速器合二为一，便于模块化，减少了装配人员的工作量。
2)一种双轴驱动谐波减速电机，两个谐波传动机构对称布置，可使减速电机的两个输出轴转动方向一致，这种双轴输出的减速电机减少了异形连杆的使用。
3)一种双轴驱动谐波减速电机，具有简易的安装接口，可以作为机械臂等大多数操作性机器人的驱动单元。
附图说明
图1为本发明一种双轴驱动谐波减速电机的整体示意图；
图2为本发明一种双轴驱动谐波减速电机的剖视图；
图3为本发明一种双轴驱动谐波减速电机的爆炸图；
图中，1-动力单元，101-定子，102-转子，2-第一传动机构，201-第一柔轮，202-第一钢轮，203-第一支撑轴承，204-第一挡圈，205-第一柔性滚动轴承，206-第一连接螺钉，207-第一安装孔，3-第二传动机构，301-第二柔轮，302-第二钢轮，303-第二支撑轴承，304-第二挡圈，305-第二柔性滚动轴承，306-第二连接螺钉，307-第二安装孔。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种双轴驱动谐波减速电机，是一种可提供较大输出扭矩的双轴输出电机，如图1所示，采用了一个驱动单元和两个谐波传动机构，可作为机械臂等大多数操作性机器人的驱动单元。
如图2和图3所示，所述的双轴驱动谐波减速电机，由动力单元1、第一传动机构2和第二传动机构3组成；
所述动力单元1位于整个电机的中心位置，为本发明提供动力；所述第一传动机构2和第二传动机构3对称布置，分别安装在动力单元1两侧，每个传动机构均含有一组谐波减速器，提高电机的输出扭矩，在每个谐波减速器的柔轮上设置有输出轴，便于与外部机构连接。
所述动力单元1由定子101和配对转子102组成，为电机提供动力，转子102与定子101同轴，定子101内部装设有成对的静止的主磁极，转子102的形状类似一转轴，两端呈椭圆形，作为两端谐波减速器的凸轮；中间装设电枢绕组，当通电后产生电磁场，为电机提供动力。
更进一步地，所述第一传动机构2包括第一柔轮201、第一钢轮202、第一支撑轴承203、第一挡圈204、第一柔性滚动轴承205和第一连接螺钉206；
所述第一柔轮201的一端设有D形输出轴，便于与外部组件连接，另外一端为可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮；D形输出轴上固定有第一支撑轴承203；所述第一柔轮201通过第一支撑轴承203安装在第一钢轮202内部，可提高输出轴的径向刚度；
所述第一钢轮202呈帽状，设有一个端面，端面上设有第一安装孔207，用于固定外部组件；同时在端面中心开设通孔；第一钢轮202的内部中空，用于安装第一柔轮201，第一柔轮201的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；在第一钢轮202内部的边缘设有内齿，可与第一柔轮201的外齿啮合；通过啮合齿轮带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；
第一钢轮202的外部四周通过第一连接螺钉206固定在定子101上；
第一柔性滚动轴承205位于第一柔轮201的内侧，对第一柔轮201起支撑作用；同时第一挡圈204将第一柔性滚动轴承205固定在转子102上。
第一柔性滚动轴承205的转动带动啮合齿轮转动，进一步带动D形输出轴和外部组件的转动。
所述第二传动机构3包括第二柔轮301、第二钢轮302、第二支撑轴承303、第二挡圈304、第二柔性滚动轴承305和第二连接螺钉306；
所述第二柔轮301的一端设有D形输出轴，便于与外部组件连接，另外一端为可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮；D形输出轴上固定有第二支撑轴承303；所述第二柔轮301通过第二支撑轴承303安装在第二钢轮302内部，可提高输出轴的径向刚度；
所述第二钢轮302呈帽状，设有一个端面，端面上设有第二安装孔307，用于固定外部组件；同时在端面中心开设通孔；第二钢轮302的内部中空，用于安装第二柔轮301，第二柔轮301的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；在第二钢轮302内部的边缘设有内齿，可与第二柔轮301的外齿啮合；通过啮合齿轮带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；第二钢轮302的外部四周通过第二连接螺钉306固定在定子101上；
第二柔性滚动轴承305位于第二柔轮301的内侧，对第二柔轮301起支撑作用；同时第二柔性滚动轴承305通过第二挡圈304固定在转子102上。
第二柔性滚动轴承305的转动带动啮合齿轮转动，进一步带动D形输出轴和外部组件的转动。
所述的双轴驱动谐波减速电机的工作原理如下：
当通电后电机工作带动转子转动，转子的两端凸轮带动对称的两个柔性滚动轴承转动变形，随之两个对称的柔轮发生相应的变形，每个柔轮与各自的钢轮相啮合，实现动力的传递，进一步带动两个D形输出轴方向一致的转动，最终将连接的外部组件转动起来。

Claims (4)

1.一种双轴驱动谐波减速电机，其特征在于，由动力单元、第一传动机构和第二传动机构组成；
所述动力单元位于整个电机的中心位置；所述第一传动机构和第二传动机构对称布置，分别安装在动力单元两侧；
所述动力单元包括转子和配对定子，定子内部装设有成对的静止的主磁极，转子的形状类似转轴，两端呈椭圆形，作为两端谐波减速器的凸轮；中间装设电枢绕组，当通电后产生电磁场，为电机提供动力；
所述第一传动机构包括第一柔轮、第一钢轮、第一支撑轴承、第一挡圈、第一柔性滚动轴承和第一连接螺钉；
第一柔轮的一端设有D形输出轴，用于连接外部组件；另一端为能产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮；D形输出轴上固定有第一支撑轴承；通过第一支撑轴承将第一柔轮安装在第一钢轮内部，提高输出轴的径向刚度；
第一钢轮呈帽状，设有一个端面，在端面中心开设通孔；第一柔轮的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；第一钢轮设有内齿，与第一柔轮的外齿啮合，通过啮合带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；第一钢轮的外部四周通过第一连接螺钉固定在定子上；
第一柔性滚动轴承位于第一柔轮的内侧，通过第一挡圈固定在转子上；
所述第二传动机构包括第二柔轮、第二钢轮、第二支撑轴承、第二挡圈、第二柔性滚动轴承和第二连接螺钉；
第二柔轮的一端设有D形输出轴，用于连接外部组件；另一端为能产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮，D形输出轴上固定有第二支撑轴承；通过第二支撑轴承将第二柔轮安装在第二钢轮内部，提高输出轴的径向刚度；
第二钢轮呈帽状，设有一个端面，在端面中心开设通孔；第二柔轮的D形输出轴穿过端面中心通孔与外部组件相连；第二钢轮设有内齿，与第二柔轮的外齿啮合；通过啮合齿轮带动D形输出轴转动，进一步带动外部组件的转动；第二钢轮的外部四周通过第二连接螺钉固定在定子上；
第二柔性滚动轴承位于第二柔轮的内侧，通过第二挡圈固定在转子上；
所述的双轴驱动谐波减速电机工作原理如下：
通电后，电机工作带动转子运动，转子的两端凸轮带动对称的两个柔性滚动轴承转动变形，随之两个对称的柔轮发生相应的变形，每个柔轮与各自的钢轮相啮合，实现动力的传递，进一步带动两个D形输出轴方向一致的转动，最终将连接的外部组件转动起来。
2.如权利要求1所述的双轴驱动谐波减速电机，其特征在于，所述的第一传动机构和第二传动机构均含有一组谐波减速器，提高电机的输出扭矩，在每个谐波减速器的柔轮上设置有输出轴，便于与外部机构连接。
3.如权利要求1所述的双轴驱动谐波减速电机，其特征在于，所述的第一钢轮端面上设有第一安装孔，用于外部组件的连接安装。
4.如权利要求1所述的双轴驱动谐波减速电机，其特征在于，所述的第二钢轮端面上设有第二安装孔，用于固定外部组件的连接安装。
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