CN110701255B - 一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构及其工作方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构及其工作方法与应用，属于齿轮传动控制技术领域，装置包括轴、差动轮系、制动器，本发明通过差动轮系的配合及优化设计，实现了依靠单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，从而在达到末端执行器目标位置前提下其他机构的运动不对其产生影响的目的，且可以利用制动器实现分别控制每个机构的运动与停止，并且在一个输入的同时与多个输出的转动方向没有任何的直接关系；有效解决了机械臂解耦的问题，实现了只依靠一个电机便可驱动多个执行机构的运动，从而实现末端执行装置的运动，机械分级传动技术的应用可以分别实现控制每个机构的运动和停止，可以不用用那么多电机单独控制和过于复杂的算法。

Description

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构及其工作方法与 应用

技术领域

本发明涉及一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构及其工作方法与应用，并且可用于为某些耦合关节机构进行解耦的一种解耦输出传动机构，属于齿轮传动控制技术领域。

背景技术

目前存在的技术中，在一些机械结构运动过程中存在耦合现象，使其工作中产生很大的困扰；比如在控制串联机械手臂的末端执行器的位置时，为了实现让末端执行器达到预定目标前提下其他关节的运动不对其产生影响，就需要各个关节间耦合运动的解耦。现有的机械臂关节之间，存在这种加速度相互影响的情况，但他们都是用电机或舵机控制单独不同关节来解决，这样的缺点就是可能需要的电机多，并且控制算法麻烦不够精确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，可以实现对耦合机构装置运动的分级控制与解耦，可以不用用那么多电机单独控制和过于复杂的算法。

本发明还提供上述机构的工作方法，同时还提供了上述工作机构在机械臂中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，包括轴1，轴1上设有齿1、齿2、齿3，齿1和齿2相互固定连接，齿1与齿2之间设有制动器1，制动器1用于制动齿2，齿2另一侧的轴1上设有机架1，机架1与轴1不固定连接，机架1一侧上设有制动器2，制动器2用于制动机架1，机架1另一侧上设有三个行星轮，三个行星轮中心外啮合连接有太阳轮1，三个行星轮与齿2内啮合连接，太阳轮1与轴1固定连接，齿3设于轴1端部，齿3与轴1固定连接；

轴2一端固定设有太阳轮2，轴2另一端固定设有齿4，太阳轮2外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架2上，三个行星轮与齿3内啮合连接，制动器3设于机架2上，制动器3用于制动机架2，制动器4设于轴2上，制动器4用于制动轴2；

轴3一端固定设有太阳轮3，轴3另一端固定设有齿5，齿5与齿4外啮合，太阳轮3外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架3上，三个行星轮与齿6内啮合连接，齿7为与齿6并排相连的同体内齿轮，机架3与齿c8相固定连接，齿8为设置在齿6内部的内齿轮，齿8内安装有机架4、机架5，机架4、机架5为一体制造且固定不动，机架4和机架5上分别设有三个行星轮，机架4上的三个行星轮与机架5上的三个行星轮相互啮合，齿6一侧设有齿轮端盖，齿轮端盖上设有制动器5；

轴4一端固定设有太阳轮4，太阳轮4与机架4上的三个行星轮外啮合、机架4上的三个行星轮各自与机架5上的三个行星轮外啮合，机架5上的三个行星轮与齿8啮合，轴4上还固定设有太阳轮5，太阳轮5外啮合连接有三个行星轮，三个行星轮设于机架6上，机架6上的三个行星轮与齿7内啮合连接，轴4上还设有制动器6，制动器6用以制动轴4。

优选的，机架1上的三个行星轮通过旋转副连接于机架1上；机架2上的三个行星轮通过旋转副连接于机架2上，机架3上的三个行星轮通过旋转副连接于机架3上，机架4、5上的行星轮通过旋转副与机架4、5连接，机架6上的三个行星轮通过旋转副与机架6连接。

优选的，齿6与齿7为一体制造的同心同体内齿轮。

优选的，齿1和齿2通过连接件相互固定连接，连接件中设有通孔，轴1穿过连接件的通孔设置，制动器1安置在连接件上。

优选的，所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的数量为至少两个，每个传动机构的齿3相互啮合，其中一个传动机构的齿1通过外啮合连接有齿9，齿9设于轴5上。

进一步优选的，轴5上设有丝缠绕器。丝缠绕器可用于丝传动、作为另外的不同于机架6的单独输出。

进一步优选的，所述传动机构外还设有机箱，轴5通过杆与机箱连接。通过杆使轴5仅在齿9的作用下转动，约束其他方向的运动。

进一步优选的，机箱还设有固定板，制动器1、制动器2、制动器3、制动器4、制动器5、制动器6均固定设在固定板上。

一种上述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的工作方法，包括步骤如下：

当轴1作为输入端顺时针转动时，带动太阳轮1顺时针转动，若启动制动器1、制动齿2，齿2停止转动，由于齿2与齿1是相互固定连接的，齿1也停止转动，相应的齿9也停止转动，所以轴5自然也无法输出；机架1上的三个行星轮逆时针自转动、顺时针公转动；实现利用制动器1实现齿轮的分级控制；若解除制动器1对齿2的制动，并启动机架1上的制动器2，机架1上的三个行星轮则会定轴逆时针转动，则齿2逆时针转动，齿1逆时针转动并且带动轴5使之输出信号；若同时启动齿2和机架1的制动器1和制动器2时，则无法输出；这就利用了安装在齿2和机架1的制动器起到了离合效果；

由于轴1与齿3同轴固定连接，在轴1顺时针转动时，齿3顺时针转动，若启动安装在机架2上的制动器3，则机架2上的三个行星轮顺时针自转且不公转，则与轴2固定连接的太阳轮2作逆时针旋转，且与轴2另一端固定连接的齿4也作逆时针转动；若关闭机架2的制动器3，且启动轴2的制动器4时，齿3作顺时针转动，则机架2上的三个行星轮顺时针自转、顺时针公转，太阳轮2是停止运动的并且无法通过轴2输出；若同时启动机架2的制动器3和轴2的制动器4，则齿3、机架2、机架2上的三个行星轮、轴2和齿4都停止运转；

在轴2顺时针转动时，则齿4顺时针转动，由于齿4与齿5外啮合，所以带动齿5逆时针转动，齿5与太阳轮3同轴约束，齿5与太阳轮3均与轴3连接，当齿5逆时针转动时，轴3和太阳轮3同样作逆时针转动，则与太阳轮3外啮合的机架3上的三个行星轮作顺时针自转动，(这个机架3和齿8是同一体的，如图15所示，需要启动制动器才能减少自由度，确定运动效果)，则齿6作顺时针转动，进而与齿6同体相连的齿7也作顺时针转动，(由于是差动轮系，运动效果具有不确定性)，

由于在齿6和齿7里面嵌套着一个行星轮系，机架3与齿8固定连接，安装在齿6的齿轮端盖上有制动器5，此时若只启动此制动器5时，当轴3逆时针转动时机架3上的三个行星轮则作顺时针自转动、逆时针公转动，所以机架3作逆时针转动，由于机架3与齿8固定连接，所以齿8也作逆时针转动，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12作逆时针自旋转，机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15作顺时针旋转，由于设定机架4和机架5都固定不动，其中机架4和机架5是同一个机架，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12和机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15只能作自转运动，由于机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15作顺时针旋转，所以太阳轮4作逆时针旋转，由于太阳轮4和太阳轮5是同轴约束(太阳轮4和太阳轮5均与轴4固定连接，也就是说太阳轮4、太阳轮5和轴4作相同的运动)，所以太阳轮5作逆时针转动，由于齿7固定不动(因为此时启动了制动器5制动了齿6、齿7不转动)，所以机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18顺时针自转、逆时针公转，所以机架6作逆时针转动，由于输出端是机架6(机架6通过丝传动绑在凸出来的地方进行传动)，所以在此情况下输出端作逆时针转动；

若制动器5停止工作，制动器6启动，还是像上述情况一样，轴3作逆时针转动的情况下，由于制动器6启动了，制动轴4，所以太阳轮5与太阳轮4都停止转动，又因为机架4与机架5是固定不动的，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12与机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15都停止转动，所以在轴3作逆时针转动的情况下，机架3上的三个行星轮xx7、xx8、xx9只作顺时针自转动，所以齿6与齿7也作顺时针转动，所以机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18顺时针公转动与顺时针自转动，所以机架6作顺时针转动；通过上述两种情况，在轴3都作逆时针转动的情况下，当只启动制动器5、关闭制动器6时，最终输出端也就是机架6是逆时针转动的；当只启动制动器6、关闭制动器5时，最终输出端也就是机架6是顺时针转动的；这就说明不管输入端是顺时针转动还是逆时针转动，与最终的输出转动的方向是没有任何关系的。

一种利用上述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构在机械臂关节上的应用方法，包括步骤如下：

根据机械臂关节的数量确定所使用的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的个数，其中一个传动机构的轴1为输入轴、轴1上的机架6为该传动机构的输出端，其余传动机构的机架6为各自传动机构的输出端；

所有传动机构的输出端通过丝传动连接到每个关节上；每个传动机构通过各自的制动器配合来独立转动或停止；

当执行装置需要实现分级控制和解耦功能时，独立控制各个传动机构的制动器，实现末端输出的方式单独控制，输入轴转向与各个输出端都可分别调控成停止转动、顺时针转动和逆时针转动中的一种。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过差动轮系的配合及优化设计，实现了依靠单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，从而在达到末端执行器目标位置前提下其他机构的运动不对其产生影响的目的，且可以利用制动器实现分别控制每个机构的运动与停止，并且在一个输入的同时与多个输出的转动方向没有任何的直接关系；这就有效的解决了机械臂解耦的问题，实现了只依靠一个电机便可驱动多个执行机构的运动，从而实现末端执行装置的运动，机械分级传动技术的应用可以分别实现控制每个机构的运动和停止。

2、本发明的传动机构整体紧凑，具有较强的实用价值。

附图说明

图1为输入轴部分结构示意图

图2为机架1部分结构示意图

图3为齿9部分结构示意图

图4为整体结构示意图

图5为机架2部分结构示意图

图6为太阳轮2部分结构示意图

图7为机架3部分结构示意图

图8为齿8与太阳轮4部分结构示意图

图9为机架4、机架5部分结构示意图

图10-1为齿7部分结构示意图

图10-2为机架6与齿7的部分结构示意图

图11为整体结构立体示意图

图12为机械臂关节简单结构示意图

图13为机械臂关节简单结构转动示意图

图14为齿c6和齿c7的结构示意图

图15为齿c8与机架jj3的结构示意图

图16为与齿c6固定连接的齿轮端盖示意图

图17为齿1和齿2的连接关系示意图；

其中：由于本申请附图数量和各类型部件数量较多，为便于附图结合文字理解本发明内容，标记中的z意为轴，c意为齿，t意为太阳轮，xx意为行星轮，jj意为机架，ZD意为制动器，g意为关节：

z1——轴1，z2——轴2，z3——轴3，z4——轴4，z5——轴5；

c1——齿1，c2——齿2，c3——齿3，c4——齿4，c5——齿5，c6——齿6，c7——齿7，c8——齿8，c9——齿9；

t1——太阳轮1，t2——太阳轮2，t3——太阳轮3，t4——太阳轮4，t5——太阳轮5；

jj1——机架1，jj2——机架2，jj3——机架3，jj4——机架4，jj5——机架5，jj6——机架6；

ZD1——制动器1，ZD2——制动器2，ZD3——制动器3，ZD4——制动器4，ZD5——制动器5，ZD6——制动器6；

xx1——行星轮1，xx2——行星轮2，xx3——行星轮3，xx4——行星轮4，xx5——行星轮5，xx6——行星轮6，xx7——行星轮7，xx8——行星轮8，xx9——行星轮9，xx10——行星轮10，xx11——行星轮11，xx12——行星轮12，xx13——行星轮13，xx14——行星轮14，xx15——行星轮15，xx16——行星轮16，xx17——行星轮17，xx18——行星轮18；

g1——关节1，g2——关节2，g3——关节3，g4——关节4；

1001——输出1,1002——输出2，1003——输出3,1004-输出4，1005——输出5；

1011——齿轮端盖，1012——连接件，1013——丝缠绕器，1014——杆。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，包括轴1，轴1上设有齿1、齿2、齿3，齿1和齿2相互固定连接，齿1与齿2之间设有制动器1，制动器1用于制动齿2，齿2另一侧的轴1上设有机架1，机架1与轴1不固定连接，机架1一侧上设有制动器2，制动器2用于制动机架1，机架1另一侧上设有三个行星轮，三个行星轮中心外啮合连接有太阳轮1，三个行星轮与齿2内啮合连接，太阳轮1与轴1固定连接，齿3设于轴1端部，齿3与轴1固定连接；

轴2一端固定设有太阳轮2，轴2另一端固定设有齿4，太阳轮2外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架2上，三个行星轮与齿3内啮合连接，制动器3设于机架2上，制动器3用于制动机架2，制动器4设于轴2上，制动器4用于制动轴2；

轴3一端固定设有太阳轮3，轴3另一端固定设有齿5，齿5与齿4外啮合，太阳轮3外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架3上，三个行星轮与齿6内啮合连接，齿7为与齿6并排相连的同体内齿轮，齿6与齿7为一体制造的同心同体内齿轮，如图14所示。机架3与齿c8相固定连接，如图15所示，齿8为设置在齿6内部的内齿轮，齿8内安装有机架4、机架5，机架4、机架5为一体制造且固定不动，机架4和机架5上分别设有三个行星轮，机架4上的三个行星轮与机架5上的三个行星轮相互啮合，齿6一侧设有齿轮端盖，如图16所示，齿轮端盖上设有制动器5；

轴4一端固定设有太阳轮4，太阳轮4与机架4上的三个行星轮外啮合、机架4上的三个行星轮各自与机架5上的三个行星轮外啮合，机架5上的三个行星轮与齿8啮合，轴4上还固定设有太阳轮5，太阳轮5外啮合连接有三个行星轮，三个行星轮设于机架6上，机架6上的三个行星轮与齿7内啮合连接，轴4上还设有制动器6，制动器6用以制动轴4。

机架1上的三个行星轮通过旋转副连接于机架1上；机架2上的三个行星轮通过旋转副连接于机架2上，机架3上的三个行星轮通过旋转副连接于机架3上，机架4、5上的行星轮通过旋转副与机架4、5连接，机架6上的三个行星轮通过旋转副与机架6连接。

实施例2

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其结构如实施例1所述，所不同的是，齿1和齿2通过连接件相互固定连接，如图17所示，连接件中设有通孔，轴1穿过连接件的通孔设置，制动器1安置在连接件上。

实施例3

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其结构如实施例1所述，所不同的是，所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的数量为两个时，每个传动机构的齿3相互啮合，其中一个传动机构的齿1通过外啮合连接有齿9，齿9设于轴5上，轴5上设有丝缠绕器。丝缠绕器可用于丝传动、作为另外的不同于机架6的单独输出。

实施例4

一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其结构如实施例3所述，所不同的是，所述传动机构外还设有机箱，轴5通过杆与机箱连接，如图3所示。通过杆使轴5仅在齿9的作用下转动，约束其他方向的运动。机箱还设有固定板，制动器1、制动器2、制动器3、制动器4、制动器5、制动器6均固定设在固定板上。

实施例5：

一种利用实施例1所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的工作方法，包括步骤如下：

如图1，图2，图3及图4所示，当输入顺时针转动时，轴1顺时针转动，带动太阳轮1顺时针转动，若启动制动器1、制动齿2，齿2停止转动，由于齿2与齿1是相互固定连接的，齿1也停止转动，相应的齿9也停止转动，所以轴5自然也无法输出；机架1上的三个行星轮xx1、xx2、xx3逆时针自转动，顺时针公转动，实现利用制动器ZD1实现齿轮的分级控制；若解除制动器1对齿2的制动，并启动机架1上的制动器2，机架1上的三个行星轮xx1、xx2、xx3则会定轴逆时针转动，则齿2逆时针转动，则齿1逆时针转动并且带动输出轴5使之输出信号；若同时启动齿2和机架1的制动器1和制动器2时，则无法输出；这就利用了安装在齿c2和行星架jj1的制动器起到了离合效果。

又如图5及图6所示，由于轴1与齿3同轴固定连接，在轴1顺时针转动时，齿3顺时针转动，若启动安装在机架2上的制动器3，则机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6顺时针自转且不公转，则与轴2固定连接的太阳轮2作逆时针旋转，且与轴2另一端固定连接的齿4也作逆时针转动；若关闭机架2的制动器3，且启动轴2的制动器4时，齿3作顺时针转动，则机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6顺时针自转、顺时针公转，太阳轮2是停止运动的并且无法通过轴2输出；若同时启动机架2的制动器3和轴2的制动器4，则齿3、机架2、机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6、轴2和齿4都停止运转。

在轴2顺时针转动时，则齿4顺时针转动，由于齿4与齿5外啮合，所以带动齿5逆时针转动，齿5与太阳轮3同轴约束，齿5与太阳轮3均与轴3连接，当齿5逆时针转动时，轴3和太阳轮3同样作逆时针转动，则与太阳轮3外啮合的机架3上的三个行星轮作顺时针自转动，(这个机架3和齿8是同一体的，如图15所示，需要启动制动器才能减少自由度，确定运动效果)，则齿6作顺时针转动，进而与齿6同体相连的齿7也作顺时针转动，(由于是差动轮系，运动效果具有不确定性)，

如图8、图9及图10-1、10-2所示，由于在齿6和齿7里面嵌套着一个行星轮系，机架3与齿8固定连接，安装在齿6的齿轮端盖上有制动器5，此时若只启动此制动器5时，当轴3逆时针转动时机架3上的三个行星轮xx7、xx8、xx9则作顺时针自转动、逆时针公转动，所以机架3作逆时针转动，由于机架3与齿8固定连接，所以齿8也作逆时针转动，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12作逆时针自旋转，机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15作顺时针旋转，由于设定机架4和机架5都固定不动，其中机架4和机架5是同一个机架，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12和机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15只能作自转运动，由于机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15作顺时针旋转，所以太阳轮4作逆时针旋转，由于太阳轮4和太阳轮5是同轴约束(太阳轮4和太阳轮5均与轴4固定连接，也就是说太阳轮4、太阳轮5和轴4作相同的运动)，所以太阳轮5作逆时针转动，由于齿7固定不动(因为此时启动了制动器5制动了齿6、齿7不转动)，所以机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18顺时针自转、逆时针公转，所以机架6作逆时针转动，由于输出端是机架6(机架6通过丝传动绑在凸出来的地方进行传动)，所以在此情况下输出端作逆时针转动；

若制动器5停止工作，制动器6启动，还是像上述情况一样，轴3作逆时针转动的情况下，由于制动器6启动了，制动轴4，所以太阳轮5与太阳轮4都停止转动，又因为机架4与机架5是固定不动的，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12与机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15都停止转动，所以在轴3作逆时针转动的情况下，机架3上的三个行星轮xx7、xx8、xx9只作顺时针自转动，所以齿6与齿7也作顺时针转动，所以机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18顺时针公转动与顺时针自转动，所以机架6作顺时针转动；通过上述两种情况，在轴3都作逆时针转动的情况下，当只启动制动器5、关闭制动器6时，最终输出端也就是机架6是逆时针转动的；当只启动制动器6、关闭制动器5时，最终输出端也就是机架6是顺时针转动的；这就说明不管输入端是顺时针转动还是逆时针转动，与最终的输出转动的方向是没有任何关系的。

实施例6：

利用实施例1所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构应用到具体的机械臂关节中，如图11所示，采用四个独立的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，每一个传动机构的结构均如实施例1所述，每一个传动机构的工作方法均如实施例5所述，同理对于输出2、输出3、输出4都是以上的原理。

将四个传动机构的输出端通过丝传动连接到四个关节，如图12，四个关节g1、g2、g3、g4分别由控制箱的输出轴控制四个关节，用丝缠绕在控制箱的机架jj6上，绑定输出1与关节1，同时运转，同理将输出2与关节2绑定，输出3与关节3绑定，输出4与关节4绑定，对于丝传动的机械臂具有耦合效果，为了用单驱动输入多轴输出达到解耦效果，就要用此装备的各个制动器和齿轮传动达到此效果，具体实施方式如下：

若机械臂需要运动到图13所示后，g3关节逆时针转了x度，g2关节需要顺时针转动y度，g1关节逆时针转动z度，从此装备中，从输入端输入顺时针信号时，从上文分析可知，在输入端输入顺时针信号，齿c3作顺时针转动，先只启动制动器ZD3，机架jj2停止不动，机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6作顺时针自转动，轴z2作逆时针转动，齿c4作逆时针转动，从而齿c5作顺时针转动，所以太阳轮t3作顺时针转动，再只启动制动器ZD6，从此太阳轮t5和t4都不能转动，机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12与机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15也不能转动，从而齿c8和jj3也不能转动，由于太阳轮t3作顺时针转动，机架3上的行星轮xx7、xx8、xx9作逆时针自转动，齿c6和c7作逆时针转动，机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18作逆时针自转动和逆时针公转动，所以jj6作逆时针转动，从此输出信号为逆时针转动，从而让关节1逆时针转动z度。

把输出2与关节2相互用丝传动绑定，输出1的整根轴与输出2的整根轴是利用齿c3外啮合连接传动的，在上述操作中，当输入信号是顺时针信号，输出1上的齿c3是作顺时针转动的，那么输出2整根轴上的齿c3是作逆时针转动，由于每个传动机构上的结构以及操作一模一样，我们按照输出1的整根轴的零部件代号来看，那么接下来先只启动制动器ZD3，那么jj2停止转动，机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6是作逆时针自转动，所以太阳轮t2作顺时针转动，轴z2作顺时针转动，从而齿c4作顺时针转动，那么齿c5作逆时针转动，那么此时轴z3和太阳轮t3也作逆时针转动，再只启动制动器ZD6，从此太阳轮t5和t4都不能转动，机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12和机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15也不能转动，从而齿c8和jj3也不能转动，由于太阳轮t3作逆时针转动，机架3上的三个行星轮xx7、xx8、xx9作顺时针自转动，齿c6和c7作顺时针转动，机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18作顺时针自转动和顺时针公转动，所以jj6作顺时针转动，从此输出信号为顺时针转动，从而让关节2逆时针转动y度。

把输出3与关节3相互用丝传动绑定，输出1的整根轴与输出3的整根轴是利用齿c3外啮合连接传动的，在上述操作中，当输入信号是顺时针信号，输出1上的齿c3是作顺时针转动的，那么输出3整根轴上的齿c3是作逆时针转动，由于每个传动机构上的结构以及操作一模一样，我们按照输出1的整根轴的零部件代号来看，那么接下来先只启动制动器ZD3，那么jj2停止转动，机架2上的三个行星轮xx4、xx5、xx6是作逆时针自转动，所以太阳轮t2作顺时针转动，轴z2作顺时针转动，从而齿c4作顺时针转动，那么齿c5作逆时针转动，那么此时轴z3和太阳轮t3也作逆时针转动，此时只启动制动器ZD5，此时齿c6和c7是不可转动的，由于太阳轮t3是逆时针转动的，所以机架3上的三个行星轮xx7、xx8、xx9是作顺时针自转动和逆时针公转动，所以机架jj3和齿c8作逆时针转动，所以机架5上的三个行星轮xx10、xx11、xx12作逆时针自转动，机架4上的三个行星轮xx13、xx14、xx15作顺时针自转动，太阳轮t4和t5作逆时针转动，所以机架6上的三个行星轮xx16、xx17、xx18作顺时针自转动逆时针公转动，所以jj6作逆时针转动，从此输出信号为逆时针转动，从而让关节3逆时针转动x度；

各个关节的转动角度由单片机或者DSP来控制电机的。通过解释齿轮系的配合情况，完全可以实现为中小型机械臂解耦。

从此实施例操作来看，当输入信号是输入了顺时针信号的，通过制动器的控制，就可以控制输出信号的两个方向：分别是顺时针和逆时针方向，不管输入信号是顺时针还是逆时针，都可以通过控制制动器，来实现输出信号的转动方向的转变，实现了一种单驱动输入多轴解耦输出的功能。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.一种单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，包括轴1，轴1上可转动地设有齿1、齿2，齿1和齿2相互固定连接，齿1与齿2之间设有制动器1，制动器1用于制动齿2，齿2另一侧的轴1上设有机架1，机架1一侧上设有制动器2，制动器2用于制动机架1，机架1另一侧上设有三个行星轮，三个行星轮中心外啮合连接有太阳轮1，三个行星轮与齿2内啮合连接，太阳轮1与轴1固定连接，齿3设于轴1端部，齿3与轴1固定连接；

轴2一端固定设有太阳轮2，轴2另一端固定设有齿4，太阳轮2外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架2上，三个行星轮与齿3内啮合连接，制动器3设于机架2上，制动器3用于制动机架2，制动器4设于轴2上，制动器4用于制动轴2；

轴3一端固定设有太阳轮3，轴3另一端固定设有齿5，齿5与齿4外啮合，太阳轮3外啮合连接设有三个行星轮，三个行星轮设于机架3上，三个行星轮与齿6内啮合连接，齿7为与齿6并排相连的同体内齿轮，机架3与齿8相固定连接，齿8为设置在齿6内部的内齿轮，齿8内安装有机架4、机架5，机架4、机架5为一体制造且固定不动，机架4和机架5上分别设有三个行星轮，机架4上的三个行星轮与机架5上的三个行星轮相互啮合，齿6一侧设有齿轮端盖，齿轮端盖上设有制动器5；

轴4一端固定设有太阳轮4，太阳轮4与机架4上的三个行星轮外啮合、机架4上的三个行星轮各自与机架5上的三个行星轮外啮合，机架5上的三个行星轮与齿8啮合，轴4上还固定设有太阳轮5，太阳轮5外啮合连接有三个行星轮，三个行星轮设于机架6上，机架6上的三个行星轮与齿7内啮合连接，轴4上还设有制动器6，制动器6用以制动轴4。

2.根据权利要求1所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，机架1上的三个行星轮通过旋转副连接于机架1上；机架2上的三个行星轮通过旋转副连接于机架2上，机架3上的三个行星轮通过旋转副连接于机架3上，机架4、5上的行星轮通过旋转副与机架4、5连接，机架6上的三个行星轮通过旋转副与机架6连接。

3.根据权利要求1所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，齿6与齿7为一体制造的同心同体内齿轮。

4.根据权利要求1所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，齿1和齿2通过连接件相互固定连接，连接件中设有通孔，轴1穿过连接件的通孔设置，制动器1安置在连接件上。

5.根据权利要求1所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的数量为至少两个，每个传动机构的齿3相互啮合，其中一个传动机构的齿1通过外啮合连接有齿9，齿9设于轴5上。

6.根据权利要求5所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，轴5上设有丝缠绕器。

7.根据权利要求5所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，所述传动机构外还设有机箱，轴5通过杆与机箱连接。

8.根据权利要求7所述的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构，其特征在于，机箱还设有固定板，制动器1、制动器2、制动器3、制动器4、制动器5、制动器6均固定设在固定板上。

9.一种如权利要求1所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的工作方法，包括步骤如下：

当轴1作为输入端顺时针转动时，带动太阳轮1顺时针转动，若启动制动器1、制动齿2，齿2停止转动，由于齿2与齿1是相互固定连接的，齿1也停止转动，相应的齿9也停止转动，轴5无法输出；机架1上的三个行星轮逆时针自转动、顺时针公转动；实现利用制动器1实现齿轮的分级控制；若解除制动器1对齿2的制动，并启动机架1上的制动器2，机架1上的三个行星轮则会定轴逆时针转动，则齿2逆时针转动，齿1逆时针转动并且带动轴5使之输出信号；若同时启动齿2和机架1的制动器1和制动器2时，则无法输出；

由于轴1与齿3同轴固定连接，在轴1顺时针转动时，齿3顺时针转动，若启动安装在机架2上的制动器3，则机架2上的三个行星轮顺时针自转且不公转，则与轴2固定连接的太阳轮2作逆时针旋转，且与轴2另一端固定连接的齿4也作逆时针转动；若关闭机架2的制动器3，且启动轴2的制动器4时，齿3作顺时针转动，则机架2上的三个行星轮顺时针自转、顺时针公转，太阳轮2是停止运动的并且无法通过轴2输出；若同时启动机架2的制动器3和轴2的制动器4，则齿3、机架2、机架2上的三个行星轮、轴2和齿4都停止运转；

在轴2顺时针转动时，则齿4顺时针转动，由于齿4与齿5外啮合，所以带动齿5逆时针转动，齿5与太阳轮3同轴约束，齿5与太阳轮3均与轴3连接，当齿5逆时针转动时，轴3和太阳轮3同样作逆时针转动，则与太阳轮3外啮合的机架3上的三个行星轮作顺时针自转动，则齿6作顺时针转动，进而与齿6同体相连的齿7也作顺时针转动；

由于在齿6和齿7里面嵌套着一个行星轮系，机架3与齿8固定连接，安装在齿6的齿轮端盖上有制动器5，此时若只启动此制动器5时，当轴3逆时针转动时机架3上的三个行星轮则作顺时针自转动、逆时针公转动，所以机架3作逆时针转动，由于机架3与齿8固定连接，所以齿8也作逆时针转动，所以机架5上的三个行星轮(xx10、xx11、xx12)作逆时针自旋转，机架4上的三个行星轮(xx13、xx14、xx15)作顺时针旋转，由于设定机架4和机架5都固定不动，其中机架4和机架5是同一个机架，所以机架5上的三个行星轮(xx10、xx11、xx12)和机架4上的三个行星轮(xx13、xx14、xx15)只能作自转运动，由于机架4上的三个行星轮(xx13、xx14、xx15)作顺时针旋转，所以太阳轮4作逆时针旋转，由于太阳轮4和太阳轮5是同轴约束，所以太阳轮5作逆时针转动，由于齿7固定不动，所以机架6上的三个行星轮(xx16、xx17、xx18)顺时针自转、逆时针公转，所以机架6作逆时针转动，由于输出端是机架6，所以在此情况下输出端作逆时针转动；

若制动器5停止工作，制动器6启动，轴3作逆时针转动的情况下，由于制动器6启动了，制动轴4，所以太阳轮5与太阳轮4都停止转动，又因为机架4与机架5是固定不动的，所以机架5上的三个行星轮(xx10、xx11、xx12)与机架4上的三个行星轮(xx13、xx14、xx15)都停止转动，所以在轴3作逆时针转动的情况下，机架3上的三个行星轮(xx7、xx8、xx9)只作顺时针自转动，所以齿6与齿7也作顺时针转动，所以机架6上的三个行星轮(xx16、xx17、xx18)顺时针公转动与顺时针自转动，所以机架6作顺时针转动；通过上述两种情况，在轴3都作逆时针转动的情况下，当只启动制动器5、关闭制动器6时，最终输出端也就是机架6是逆时针转动的；当只启动制动器6、关闭制动器5时，最终输出端也就是机架6是顺时针转动的。

10.一种权利要求1所述单驱动输入多轴解耦输出的传动机构在机械臂关节上的应用方法，包括步骤如下：

根据机械臂关节的数量确定所使用的单驱动输入多轴解耦输出的传动机构的个数，其中一个传动机构的轴1为输入轴、轴1上的机架6为该传动机构的输出端，其余传动机构的机架6为各自传动机构的输出端；

所有传动机构的输出端通过丝传动连接到每个关节上；每个传动机构通过各自的制动器配合来独立转动或停止；

当执行装置需要实现分级控制和解耦功能时，独立控制各个传动机构的制动器，实现末端输出的方式单独控制，输入轴转向与各个输出端都可分别调控成停止转动、顺时针转动和逆时针转动中的一种。

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