CN109048883A - 一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，包括电机箱体、电机、减速器箱体、偏心轴、偏心轴齿轮、摆线齿轮和舵盘。电机箱体与减速器箱体刚性连接，电机安装在电机箱体内，偏心轴水平设置在减速器箱体中，偏心轴端部设有偏心轴齿轮，舵盘与减速器箱体之间通过深沟球轴承连接，电机输出轴上安装渐开线圆柱齿轮，中间轴一端通过直齿圆柱齿轮与渐开线圆柱齿轮啮合，另一端通过直齿圆柱齿轮与偏心轴齿轮啮合，偏心轴上设有两个偏心轴承位，偏心轴承位上通过深沟球轴承安装两个摆线齿轮，摆线齿轮与减速箱体内圈的针齿啮合，摆线齿轮通过销轴、销套传递运动给舵盘。本发明传动具有大传动比及结构紧凑等优点。

Description

一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机

技术领域

本发明涉及一种机器人关节舵机，特别是涉及一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机。

背景技术

舵机也叫伺服电机，最早用于船舶上实现其转向功能，由于可以通过程序连续控制其转角，因而被广泛应用于智能小车以实现转向以及机器人各类关节运动中。

舵机的控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。其工作流程为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。

中国专利CN204347624U公布了一种带有磁性传感器的舵机，其位置检测组件包括磁铁、磁性传感器和控制电路，可以实现360°的角度转动和360°的定位控制。中国专利CN204089456U公布了一种电机一体化舵机，在舵机中壳上加工有驱动电机外壳主体，在舵机底壳中加工有电机底壳，保证了电机输出轴的精度并提高了舵机齿轮的传动精度。中国专利204089461U公布了一种双电机舵机，具有更大扭力和更高可靠性等优点，且当一个电机损坏时另一个电机还能保证舵机的基本运转。

上述专利及现有的舵机均采用多级平行轴圆柱齿轮传动，其体积较为庞大、传动比不大、输出扭矩较小，难以满足工业机器人关节中对舵机的小体积大扭矩的要求。

因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，采用两级圆柱齿轮传动加摆线针轮传动形式，能完全克服现有技术存在的问题。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，包括电机箱体、电机、减速器箱体、中间轴、偏心轴、偏心轴齿轮、第一摆线齿轮、第二摆线齿轮、销套、销轴和舵盘；所述电机箱体与减速器箱体刚性连接，电机安装在电机箱体内，偏心轴水平设置在减速器箱体中，偏心轴的一端设有偏心轴齿轮，并通过第四深沟球轴承支撑在减速器箱体内，另一端通过第五深沟球轴承支撑在舵盘上，舵盘与减速器箱体之间通过第三深沟球轴承连接，电机输出轴上安装渐开线圆柱齿轮，中间轴水平设置，其一端通过直齿圆柱齿轮与渐开线圆柱齿轮啮合，另一端通过直齿圆柱齿轮与偏心轴齿轮啮合，所述偏心轴上设有第一偏心轴承位和第二偏心轴承位，在第一偏心轴承位上安装第一深沟球轴承，在第二偏心轴承位上安装偏心套，偏心套上安装第二深沟球轴承，第一、第二深沟球轴承上对应安装第一摆线齿轮和第二摆线齿轮，并通过安装在偏心轴上的轴用弹性挡圈进行轴向定位，减速箱体内圈安装有针齿，第一摆线齿轮和第二摆线齿轮均与针齿啮合，所述销轴一端通过滚动轴承安装在减速箱体内，另一端穿过第一、第二摆线齿轮后固定在舵盘上，销轴上套接销套，销套与第一、第二摆线齿轮接触。

进一步，所述偏心轴与偏心轴齿轮一体成型。

这种结构设计，有利于整体结构的紧凑和小型化，而且加工成型方便，避免二次装配误差。

进一步，所述销轴有两根，对称设置于偏心轴两侧。

这种两销轴对称结构设计，有利于平衡输出载荷，具有减振降噪的功效。

进一步，所述电机为直流无刷电机，具有功率密度高、效率高、转动惯量小、动态响应快、峰值转速性能好等优点。

进一步，所述第三深沟球轴承与舵盘之间通过轴肩和轴用弹性挡圈进行轴向定位，第三深沟球轴承与减速器箱体之间通过凸台和螺塞进行轴向定位，螺塞与舵盘之间设有密封圈。

进一步，还包括螺栓、增量编码器、绝对编码器、控制电路板和远程客户端，所述控制电路板固定在电机箱体内，增量编码器过盈配合在电机输出轴上，绝对编码器安装在螺栓的一端，螺栓端部通过深沟球轴承与减速箱体连接，螺栓的另一端穿过偏心轴与舵盘固连，电机、增量编码器和绝对编码器的电源线和数据线均连接至控制电路板，远程客户端与控制电路板通过端口连接，远程客户端读取增量编码器、绝对编码器的实时参数，并控制电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用两级圆柱齿轮传动加摆线针轮传动形式，使其具有结构紧凑、体积小、传动比大、输出扭矩大、刚度高等优点；增量编码器和绝对编码器可对电机、舵盘的转速、位移、力矩等参数进行精确控制，实现装置的全闭环智能控制，可满足工业机器人、服务机器人、特种机器人等各种机器人对关机舵机的特殊要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传动原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，包括电机箱体1、电机2、减速器箱体3、中间轴4、偏心轴5、偏心轴齿轮6、第一摆线齿轮7、第二摆线齿轮8、销套9、销轴10和舵盘11。所述电机箱体1与减速器箱体3刚性连接，电机2安装在电机箱体1内，偏心轴5水平设置在减速器箱体3中，偏心轴5的一端设有偏心轴齿轮6，并通过第四深沟球轴承12支撑在减速器箱体3内，另一端通过第五深沟球轴承13支撑在舵盘11上，舵盘11与减速器箱体3之间通过第三深沟球轴承14连接，电机输出轴上安装渐开线圆柱齿轮15，中间轴4水平设置，其一端通过直齿圆柱齿轮17与渐开线圆柱齿轮15啮合，另一端通过直齿圆柱齿轮17与偏心轴齿轮6啮合，所述偏心轴5上设有第一偏心轴承位和第二偏心轴承位，在第一偏心轴承位上安装第一深沟球轴承18，在第二偏心轴承位上安装偏心套19，偏心套19上安装第二深沟球轴承20，第一、第二深沟球轴承18、20上对应安装第一摆线齿轮7和第二摆线齿轮8，并通过安装在偏心轴5上的轴用弹性挡圈21进行轴向定位，减速箱体3内圈安装有针齿22，第一摆线齿轮7和第二摆线齿轮8均与针齿22啮合，所述销轴10一端通过滚动轴承23安装在减速箱体3内，另一端穿过第一、第二摆线齿轮7、8后固定在舵盘11上，销轴10上套接销套9，销套9与第一、第二摆线齿轮7、8接触。

所述偏心轴5与偏心轴齿轮6一体成型。所述销轴10有两根，对称设置于偏心轴5两侧。所述电机2为直流无刷电机。

所述第三深沟球轴承14与舵盘11之间通过轴肩和轴用弹性挡圈21进行轴向定位，第三深沟球轴承14与减速器箱体3之间通过凸台和螺塞24进行轴向定位，螺塞24与舵盘11之间设有密封圈25。

本舵机还包括螺栓26、增量编码器16、绝对编码器27、控制电路板28和远程客户端，所述控制电路板28固定在电机箱体1内，增量编码器16过盈配合在电机输出轴上，绝对编码器27安装在螺栓26的一端，螺栓26端部通过深沟球轴承与减速箱体3连接，螺栓26的另一端穿过偏心轴5与舵盘11固连，电机2、增量编码器16和绝对编码器27的电源线和数据线均连接至控制电路板28，远程客户端与控制电路板28通过端口29连接，远程客户端读取增量编码器16、绝对编码器27的实时参数，并控制电机2。

所述电机箱体1左端通过端盖30密封，右端下侧设有开口，电机输出轴从该开口伸出。端口29设置在端盖30外侧面。中间轴4通过间隙配合安装在减速器箱体3上。

本实施例中，所述基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机的工作过程为：远程客户端通过控制电路板28及增量编码器16驱动直流无刷电机2运转，输出运动经渐开线圆柱齿轮15与直齿圆柱齿轮17啮合传动进行一级减速；经过中间轴4传递至直齿圆柱齿轮17，再经直齿圆柱齿轮17与偏心轴齿轮6啮合传动进行二级减速，将运动输送至偏心轴齿轮6；偏心轴齿轮6经偏心套19及第一深沟球轴承18与第二深沟球轴承20，将偏心运动传递至第一、第二摆线齿轮7、8，并结合针齿22和销套9及销轴10，将运动传递至舵盘11输出；同时，通过与舵盘11固连的绝对编码器27，将实时输出信号反馈至远程客户端，实现对舵机的全闭环精确智能控制。

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 (6)

1.一种基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：

包括电机箱体、电机、减速器箱体、中间轴、偏心轴、偏心轴齿轮、第一摆线齿轮、第二摆线齿轮、销套、销轴和舵盘；

所述电机箱体与减速器箱体刚性连接，电机安装在电机箱体内，偏心轴水平设置在减速器箱体中，偏心轴的一端设有偏心轴齿轮，并通过第四深沟球轴承支撑在减速器箱体内，另一端通过第五深沟球轴承支撑在舵盘上，舵盘与减速器箱体之间通过第三深沟球轴承连接，电机输出轴上安装渐开线圆柱齿轮，中间轴水平设置，其一端通过直齿圆柱齿轮与渐开线圆柱齿轮啮合，另一端通过直齿圆柱齿轮与偏心轴齿轮啮合，所述偏心轴上设有第一偏心轴承位和第二偏心轴承位，在第一偏心轴承位上安装第一深沟球轴承，在第二偏心轴承位上安装偏心套，偏心套上安装第二深沟球轴承，第一、第二深沟球轴承上对应安装第一摆线齿轮和第二摆线齿轮，并通过安装在偏心轴上的轴用弹性挡圈进行轴向定位，减速箱体内圈安装有针齿，第一摆线齿轮和第二摆线齿轮均与针齿啮合，所述销轴一端通过滚动轴承安装在减速箱体内，另一端穿过第一、第二摆线齿轮后固定在舵盘上，销轴上套接销套，销套与第一、第二摆线齿轮接触。

2.根据权利要求1所述的基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：所述偏心轴与偏心轴齿轮一体成型。

3.根据权利要求1所述的基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：所述销轴有两根，对称设置于偏心轴两侧。

4.根据权利要求1所述的基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：所述电机为直流无刷电机。

5.根据权利要求1所述的基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：所述第三深沟球轴承与舵盘之间通过轴肩和轴用弹性挡圈进行轴向定位，第三深沟球轴承与减速器箱体之间通过凸台和螺塞进行轴向定位，螺塞与舵盘之间设有密封圈。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于摆线针轮传动的工业机器人关节舵机，其特征在于：还包括螺栓、增量编码器、绝对编码器、控制电路板和远程客户端，所述控制电路板固定在电机箱体内，增量编码器过盈配合在电机输出轴上，绝对编码器安装在螺栓的一端，螺栓端部通过深沟球轴承与减速箱体连接，螺栓的另一端穿过偏心轴与舵盘固连，电机、增量编码器和绝对编码器的电源线和数据线均连接至控制电路板，远程客户端与控制电路板通过端口连接，远程客户端读取增量编码器、绝对编码器的实时参数，并控制电机。