CN114017486B - 一种机器人关节多传动比的传动装置 - Google Patents

一种机器人关节多传动比的传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器人关节多传动比的传动装置，包括芯轴、波发生器和内齿圈，所述的内齿圈与芯轴之间啮合传动有行星齿轮，所述的波发生器安装在芯轴上，波发生器外侧套有柔轮，所述的柔轮外侧啮合有第一齿轮和第二齿轮，其中，第二齿轮的端面安装有端盖和波发生器法兰，第一齿轮的端面与内齿圈连接，所述内齿圈的另一端安装有行星法兰，所述的行星法兰与波发生器连接。本发明采用多级传动的结构形式，基于行星齿轮传动和谐波齿轮传动的传动原理，通过不同的输入和输出端的组合，实现了同一结构下的八种不同传动比，满足机器人关节不同传动比的需求，同时也为传动领域提供了一种多传动比的解决方案，有效的提升了机器人关节传动装置的应用范围。

Description

一种机器人关节多传动比的传动装置
技术领域
本发明涉及一种传动装置，尤其涉及一种机器人关节多传动比的传动装置。
背景技术
机器人关节是机器人实现运动必不可少的核心部件，目前机器人关节主要依靠RV减速器和谐波减速器来进行传动，RV减速器是由行星减速器和摆线减速器串联而成的二级减速装置，谐波减速器是通过少齿差传动原理的减速装置，它们都具有较小的结构尺寸和较大的减速比。但是由于结构的限制，对于单一型号来说，RV减速器和谐波减速器的减速比都是固定不变的，使得当应用场景需要关节减速装置具备多个不同传动比的时候，无法满足需求。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种机器人关节多传动比的传动装置，实现了机器人关节的大传动比、高传动精度和多传动比。
技术方案：本发明包括芯轴、波发生器和内齿圈，所述的内齿圈与芯轴之间啮合传动有行星齿轮，所述的波发生器安装在芯轴上，波发生器外侧套有柔轮，所述的柔轮外侧啮合有第一齿轮和第二齿轮，其中，第二齿轮的端面安装有端盖和波发生器法兰，第一齿轮的端面与内齿圈连接，所述内齿圈的另一端安装有行星法兰，所述的行星法兰与波发生器连接。
所述的第一齿轮为等齿刚轮，所述等齿刚轮的齿数与柔轮齿数相同。
所述的第二齿轮为差齿刚轮，所述差齿刚轮的齿数比柔轮齿数多，当波发生器转动时，柔轮外齿将依次啮入啮出等齿刚轮和差齿刚轮的刚轮内齿，形成等齿刚轮和差齿刚轮之间的相对转动。
所述的柔轮与波发生器之间装配有柔性轴承。
所述柔性轴承的轮廓与波发生器的外轮圈曲线相同。
所述柔性轴承的外轮廓与柔轮内壁周长相等。
所述波发生器的一端设有行星轴，另一端设有法兰轴。
所述的行星齿轮安装在波发生器的行星轴上，波发生器法兰与法兰轴连接。
所述的波发生器通过轴承安装在芯轴上。
所述的芯轴上加工有太阳齿轮，所述的太阳齿轮与行星齿轮啮合。
有益效果：本发明采用多级传动的结构形式，基于行星齿轮传动和谐波齿轮传动的传动原理，通过不同的输入和输出端的组合，实现了同一结构下的八种不同传动比，满足机器人关节不同传动比的需求，同时也为传动领域提供了一种多传动比的解决方案，有效的提升了机器人关节传动装置的应用范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的爆炸图；
图3为本发明的芯轴结构图；
图4(a)为本发明的波发生器侧视图，图4(b)为图4(a)的A-A剖视图；
图5为本发明波发生器外轮廓不同波数示意图；
图6为本发明的柔轮结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括行星法兰1，行星齿轮2，芯轴3，波发生器4，内齿圈5，等齿刚轮6，差齿刚轮7，端盖8，波发生器法兰9，深沟球轴承10，柔性轴承11和柔轮12，其中，内齿圈5与芯轴3之间啮合传动有行星齿轮2，波发生器4通过深沟球轴承10安装在芯轴3上，波发生器4外侧套有柔轮12，柔轮12与波发生器4之间装配有柔性轴承11，柔轮12外侧套有等齿刚轮6和差齿刚轮7，柔轮12的外齿与等齿刚轮6和差齿刚轮7的内齿相啮合，差齿刚轮7的端面安装有端盖8和波发生器法兰9，等齿刚轮6的端面通过螺栓13与内齿圈5连接，内齿圈5远离波发生器4的一端安装有行星法兰1，行星法兰1通过螺栓13与波发生器4连接。
如图3所示，芯轴3上加工有太阳齿轮31，通过太阳齿轮31与行星齿轮2啮合，太阳齿轮31的齿数为ZS，内齿圈5的内圈齿数为ZR。如图4和图5所示，波发生器4其内孔为标准圆孔，与深沟球轴承10的外圈同轴配合，如图4(b)，波发生器4的外轮廓43为波数为U的曲线，如图5所示为U取2～4时对应的波发生器4的外轮廓曲线。装配完成后，由于支撑作用使得柔性轴承11的外圈变为波数为U的曲线。如图4(a)，波发生器4的一端设有行星轴41，另一端设有法兰轴42，行星齿轮2安装在波发生器4的行星轴41上，法兰轴42与波发生器法兰9通过螺栓13紧固。
如图6，柔轮12为薄壁外齿轮，其外齿121的齿数为Zf，由于柔性轴承11外圈的支撑作用，柔轮12的内壁122会形成与波发生器外轮廓43同轴的曲线，柔性轴承11的外轮廓与柔轮内壁周长相等。
等齿刚轮6和差齿刚轮7均为刚性内齿轮，等齿刚轮6的齿数与柔轮12的齿数相同，齿数为Zf。差齿刚轮7的齿数比柔轮多U个，齿数为Zf+U，当波发生器4转动时，柔轮外齿121将依次啮入啮出等齿刚轮6和差齿刚轮7的刚轮内齿，形成等齿刚轮6和差齿刚轮7之间的相对转动。
本发明通过不同的应用方式实现多传动比，具体阐述如下：
传动方式一：芯轴3输入，内齿圈5固定，端盖8输出
此时，本发明的传动装置为二级减速器，其中第一级减速器为行星传动，由芯轴3、内齿圈5、行星法兰1，行星齿轮2和波发生器4构成，其中芯轴3为输入端，波发生器4为输出端，第一级减速器的传动比第二级减速器为谐波传动，由波发生器4、等齿刚轮6、差齿刚轮7、柔性轴承11、柔轮12和端盖8构成，其中波发生器4为输入端，波发生器4通过柔性轴承11使柔轮12的廓形变为波数为U的曲线，该廓形共有U个长轴和U个短轴，当波发生器4转动时，柔轮12的外齿121与刚轮内齿长轴处的齿啮入，短轴处的齿啮出，因为等齿刚轮6与柔轮12的齿数相同，二者不会发生相对转动，差齿刚轮7的齿数为Zf+U，波发生器4与差齿刚轮7的传动比为/>即第二级减速器的传动比/>因此，传动方式一时，该装置的传动比/>
传动方式二：芯轴3输入，内齿圈5固定，波发生器法兰9输出
此时，本发明的传动装置为一级减速器，此时该一级减速器传动形式为行星传动，由芯轴3、行星法兰1、行星齿轮2、波发生器4和波发生器法兰9构成，其中芯轴3为输入端，当内齿圈5固定后，行星齿轮2和行星法兰1会绕着芯轴3转动，芯轴3与行星齿轮2的传动比行星齿轮2通过行星轴41连接带动波发生器4转动，波发生器4通过螺栓13连接带动波发生器法兰9转动。因此传动方式二时，该装置的传动比/>
传动方式三：行星法兰1输入，内齿圈5固定，芯轴3输出。
此时，本发明的传动装置为一级减速器，该一级减速器传动形式为行星传动，由芯轴3、行星法兰1、内齿圈5和行星齿轮2构成，行星法兰1为输入端，当内齿圈5固定时，芯轴3作为该行星传动的太阳轮，会产生与行星法兰1的相对转动，行星法兰1与芯轴3的传动比因此传动方式三时，该装置的传动比/>
传动方式四：行星法兰1输入，内齿圈5固定，端盖8输出。
此时，本发明的传动装置为一级减速器，该一级减速器传动形式为谐波传动，由行星法兰1、波发生器4、内齿圈5、等齿刚轮6、差齿刚轮7、柔性轴承11、柔轮12和端盖8构成，行星法兰1为输入端，等齿刚轮6与内齿圈5通过螺栓13连接，等齿刚轮6固定不动，行星法兰1通过螺栓13连接带动波发生器4转动，波发生器4通过柔性轴承11使柔轮12的廓形变为波数为U的曲线，该廓形共有U个长轴和U个短轴，当波发生器4转动时，柔轮12的外齿121与刚轮内齿长轴处的齿啮入，短轴处的齿啮出，因为等齿刚轮6与柔轮12的齿数相同，二者不会发生相对转动，差齿刚轮7的齿数为Zf+U，波发生器4与差齿刚轮7的传动比为差齿刚轮7和端盖8通过螺栓13连接，因此传动方式四时，该装置的传动比
传动方式五：行星法兰1输入，芯轴3固定，端盖8输出。
此时本发明的传动装置为差动减速器，其中行星传动由行星法兰1、行星齿轮2和芯轴3构成，当行星法兰1输入时，由于芯轴3固定，内齿圈5输出，行星法兰1与内齿圈5的传动比为谐波传动由波发生器4、内齿圈5、等齿刚轮6、差齿刚轮7和端盖8构成，当行星法兰1带动波发生器4转动，波发生器4通过柔性轴承11使柔轮12的廓形变为波数为U的曲线，该廓形共有U个长轴和U个短轴，当波发生器4转动时，柔轮12的外齿121与刚轮内齿的长轴处的齿啮入，短轴处的齿啮出，因为等齿刚轮6与柔轮12的齿数相同，二者不会发生相对转动，差齿刚轮7的齿数为Zf+U，波发生器4与差齿刚轮7的传动比为而由于行星法兰1与内齿圈5存在/>的传动比，行星传动与谐波传动为差动关系，且传动方向一致，因此传动方式五时，该装置的传动比
传动方式六：波发生器法兰9输入，端盖8固定，行星法兰1输出，或行星法兰1输入，端盖8固定，波发生器法兰9输出。
当波发生器法兰9输入，端盖8固定，行星法兰1输出时，波发生器法兰9通过螺栓13连接带动波发生器4转动，波发生器4通过螺栓13连接带动行星法兰1转动，由于采用的是刚性连接，波发生器法兰9与行星法兰1的传动比i6′＝1。
当行星法兰1输入，端盖8固定，波发生器法兰9输出时，行星法兰1通过螺栓13连接带动波发生器4转动，波发生器4通过螺栓13连接带动波发生器法兰9输出，由于采用刚性连接，行星法兰1与波发生器法兰9的传动比i6″＝1。
综上，波发生器法兰9输入，端盖8固定，行星法兰1输出，或行星法兰1输入，端盖8固定，波发生器法兰9输出，传动比i6＝i6′＝i6″＝1。
传动方式七：端盖8输入，内齿圈5固定，行星法兰1输出。
此时本发明的传动装置为一级加速器，该一级加速器传动形式为谐波传动，由行星法兰1、内齿圈5、等齿刚轮6、差齿刚轮7、端盖8、柔性轴承11和柔轮12构成。当端盖8转动时，由于内齿圈5为固定状态，因此等齿刚轮6也是固定状态，此时谐波传动为加速器，差齿刚轮7与波发生器4的传动比为波发生器4带动行星法兰1转动，行星法兰1输出。因此传动方式七时，该装置的传动比/>
传动方式八：端盖8输入，内齿圈5固定，芯轴3输出。
此时本发明的传动装置为二级加速器，其中第一级加速器为谐波传动，由等齿刚轮6、差齿刚轮7、端盖8、柔性轴承11和柔轮12构成。当端盖8转动时，由于内齿圈5为固定状态，因此等齿刚轮6也是固定状态，此时谐波传动为加速器，差齿刚轮7与波发生器4的传动比为第二级加速器为行星传动，由内齿圈5、芯轴3、行星法兰1，行星齿轮2构成，波发生器4通过螺栓13连接带动行星齿轮2转动，芯轴3作为行星轮系的太阳轮，当内齿圈5固定时，行星齿轮2与芯轴3的传动比为/>因此传动方式八时，该装置的传动比/>
本发明基于行星齿轮和谐波齿轮传动原理，采用多级传动，多输入、输出轴方式，实现了紧凑结构下的大传动比、多传动比以及高传动精度，满足了机器人关节对于多传动比的应用需求，可以有效地扩大机器人关节传动装置的应用范围。
进一步通过应用实例来阐明本发明的实施效果，太阳齿轮齿数ZS＝20，内齿圈齿数ZR＝100，波发生器外轮廓的波数U＝2，柔轮齿数Zf＝200，本发明装置在不同传动方式下的传动比如下表所示。
表1本发明传动装置的传动比
此外，本发明的发明内容不仅仅局限于上表所示的8种传动比，在其它结构不变的情况下，仅需改变波发生器外轮廓的波数U，即可实现更多传动比的拓展。

Claims (9)

1.一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，包括芯轴（3）、波发生器（4）和内齿圈（5），所述的内齿圈（5）与芯轴（3）之间啮合传动有行星齿轮（2），所述的波发生器（4）安装在芯轴（3）上，所述芯轴（3）贯穿传动装置的两侧，波发生器（4）外侧套有柔轮（12），所述的柔轮（12）外侧啮合有第一齿轮和第二齿轮，其中，第二齿轮的端面安装有端盖（8）和波发生器法兰（9），第一齿轮的端面与内齿圈（5）连接，所述内齿圈（5）的另一端安装有行星法兰（1），所述的行星法兰（1）与波发生器（4）连接，所述波发生器（4）的一端设有行星轴（41），另一端设有法兰轴（42），波发生器（4）的外轮廓（43）为波数为U的曲线；该传动装置能够实现如下多种传动比：
芯轴（3）输入，内齿圈（5）固定，端盖（8）输出；芯轴（3）输入，内齿圈（5）固定，波发生器法兰（9）输出；行星法兰（1）输入，内齿圈（5）固定，芯轴（3）输出；行星法兰（1）输入，内齿圈（5）固定，端盖（8）输出；行星法兰（1）输入，芯轴（3）固定，端盖（8）输出；波发生器法兰（9）输入，端盖（8）固定，行星法兰（1）输出，或行星法兰（1）输入，端盖（8）固定，波发生器法兰（9）输出；端盖（8）输入，内齿圈（5）固定，行星法兰（1）输出；端盖（8）输入，内齿圈（5）固定，芯轴（3）输出。
2.根据权利要求1所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的第一齿轮为等齿刚轮（6），所述等齿刚轮（6）的齿数与柔轮（12）齿数相同。
3.根据权利要求1所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的第二齿轮为差齿刚轮（7），所述差齿刚轮（7）的齿数比柔轮（12）齿数多。
4.根据权利要求1所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的柔轮（12）与波发生器（4）之间装配有柔性轴承（11）。
5.根据权利要求4所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述柔性轴承（11）与波发生器（4）的外轮圈曲线相同。
6.根据权利要求4或5所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述柔性轴承（11）的外轮廓与柔轮内壁（122）周长相等。
7.根据权利要求1所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的行星齿轮（2）安装在波发生器（4）的行星轴（41）上，波发生器法兰（9）与法兰轴（42）连接。
8.根据权利要求1或7所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的波发生器（4）通过轴承安装在芯轴（3）上。
9.根据权利要求8所述的一种机器人关节多传动比的传动装置，其特征在于，所述的芯轴（3）上加工有太阳齿轮（31），所述的太阳齿轮（31）与行星齿轮（2）啮合。
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