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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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters

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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