CN116292821B - 谐波减速器、关节模组、机械臂、移动平台和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请主要是涉及谐波减速器、关节模组、机械臂、移动平台和机器人，谐波减速器包括柔轮，柔轮包括一体成型设置的主体部以及转接部，主体部呈杯状设置，转接部沿谐波减速器的轴向设置于背离主体部的杯口的另一端，转接部包括与主体部的底部连接的过渡部以及连接于过渡部背离于主体部一端的固定部，过渡部的至少部分外壁呈锥面设置，锥面的横截面尺寸在朝向主体部的方向上逐渐缩小，固定部用于与待驱动部件固定连接。相较于柔轮的转接部与主体部之间的避空槽呈方形设置，本申请将转接部与主体部之间的避空槽设置成楔形，有利于降低谐波减速器的重量，进而有利于关节模组的轻量化。

Description

谐波减速器、关节模组、机械臂、移动平台和机器人

技术领域

本申请涉及机器人的技术领域，具体是涉及谐波减速器、关节模组、机械臂、移动平台和机器人。

背景技术

近年来，随着机器人技术的不断成熟，如四足机器人等机器人已经从实验室产品逐渐转化为商业产品，此类机器人或轻量级移动平台等载具的负载能力一般较低，而在多数场景的使用中，又需要搭载协作机械臂，传统的协作机械臂未考虑轻量化的需求，5公斤负载能力的协作机械臂的自重一般为25公斤左右，远超出上述机器人的承载协作机械臂的理想载重。因此，亟需提供一种轻量的机械臂，而关节模组的自重是影响机械臂的重量的主要因素，故亟需对关节模组进行轻量化设计。然而，相关技术(例如US6050155A)的杯型谐波减速器10中，结合图15，杯状柔轮22底部的法兰盘52由两个平行的壁60和62限定，每个壁优选地垂直于杯状柔轮22的旋转轴线“L”，使得法兰盘52呈柱状设置，导致杯型谐波减速器10的重量较大，不利于关节模组的轻量化。

发明内容

本申请实施例提供了一种谐波减速器，包括：柔轮，柔轮包括一体成型设置的主体部以及转接部，主体部呈杯状设置，转接部沿谐波减速器的轴向设置于背离主体部的杯口的另一端，转接部包括与主体部的底部连接的过渡部以及连接于过渡部背离于主体部一端的固定部，过渡部的至少部分外壁呈锥面设置，锥面的横截面尺寸在朝向主体部的方向上逐渐缩小，固定部用于与待驱动部件固定连接。

在一些实施例中，锥面的母线与轴向之间的夹角介于15°与75°之间。

在一些实施例中，锥面的母线与轴向之间的夹角介于35°与60°之间。

在一些实施例中，锥面沿轴向的尺寸不小于转接部沿轴向的尺寸的三分之一。

在一些实施例中，固定部背离过渡部的一端设置有固定孔，固定孔绕轴向间隔设置多个，固定孔设置成盲孔，且沿轴向朝向主体部的投影落在锥面上。

在一些实施例中，固定孔沿轴向延伸到过渡部内。

在一些实施例中，固定孔沿轴向的尺寸不小于转接部沿轴向的尺寸的四分之三。

在一些实施例中，固定孔朝向主体部的一端为锥形孔，锥面的母线与轴向之间的第一夹角与锥形孔的孔壁与轴向之间形成第二夹角之间的差值介于-15°与15°之间。

在一些实施例中，主体部具有沿轴向延伸的第一容置腔，转接部内设置有沿轴向延伸的第二容置腔，主体部包括筒状侧壁以及设置于筒状侧壁一端的底壁，底壁上设置有连通孔，连通孔连接第一容置腔和第二容置腔，底壁包括环绕连通孔设置的第一环形区域以及环绕第一环形区域设置的第二环形区域，在轴向上，第一环形区域的厚度大于第二环形区域的厚度，过渡部连接于第一环形区域背离第一容置腔的一侧。

在一些实施例中，第一环形区域的厚度不小于第二环形区域的厚度的两倍。

在一些实施例中，第二环形区域的厚度沿谐波减速器的径向保持一致。

在一些实施例中，在谐波减速器的径向上，第二环形区域的宽度与第一环形区域的宽度之间的比值介于2与3之间。

在一些实施例中，固定孔绕轴向间隔设置多个，待驱动部件借助螺栓在多个固定孔处与固定部固定连接。

在一些实施例中，谐波减速器包括刚轮和波发生器，刚轮环绕设置于主体部的外围，波发生器设置于主体部内，并在转动时使得主体部与刚轮选择性啮合。

本申请实施例提供了一种关节模组，关节模组包括中空内转子电机和上述实施例所述的谐波减速器，中空内转子电机与谐波减速器连接。

本申请实施例提供了一种机械臂，机械臂包括多个上述实施例所述的关节模组。

本申请实施例提供了一种移动平台，移动平台上设置有上述实施例所述的机械臂。

本申请实施例提供了一种机器人，机器人上设置有上述实施例所述的机械臂。

在一些实施例中，机器人为四足机器人，机械臂设置在四足机器人的背部。

本申请的有益效果是：相较于相关技术中法兰盘(相当于转接部)与杯状柔轮(相当于柔轮)的底部通过螺栓连接，本申请将柔轮的主体部和转接部设置成一体成型的结构部件，能够减除传统通过多个螺栓固定连接的螺栓的重量，以及降低固定螺栓所需结构的壁厚，从而实现降低谐波减速器的重量的效果，还有利于避免因相应的螺牙崩裂导致结构失效的风险，进而增加谐波减速器的可靠性。进一步地，相较于柔轮的转接部与主体部之间的避空槽呈方形设置，本申请将转接部与主体部之间的避空槽设置成楔形，有利于降低谐波减速器的重量，进而有利于关节模组的轻量化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为示例性地提供一种通过本申请提供的关节模组所装配成的串联结构的七轴协作机械臂；

图2为示例性地提供一种搭载有本申请提供的机械臂的移动平台；

图3为示例性地提供一种搭载有本申请提供的机械臂的机器人；

图4为示例性地提供的关节模组的剖面结构示意图；

图5为示例性地提供的中空内转子电机的剖面结构示意图；

图6为图5中中空内转子电机在A1部分的放大结构示意图；

图7为示例性地提供的谐波减速器的剖面结构示意图；

图8为图7中柔轮一实施例的结构示意图；

图9为图7中柔轮一实施例的剖面结构示意图；

图10中(a)和(b)为示例性地提供的两种柔轮实施例的对比结构示意图；

图11为图7中谐波减速器一实施例的剖面结构示意图；

图12为图11中谐波减速器在A2部分的放大结构示意图；

图13为图4中关节模组一实施例的剖面结构示意图；

图14为图13中关节模组在A3部分的放大结构示意图；

图15为相关技术中关节模组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

请参阅图1，图1为示例性地提供一种通过本申请提供的关节模组所装配成的串联结构的六轴协作机械臂，本申请所保护的机械臂结构并不以此为限，亦可为4轴、5轴或6轴，以及串联与并联混合结构。

在中，机械臂100包括7个关节模组10、2个连接臂20和基座30，它们按照一定的排列方式直接地或者间接地与基座30连接，以使得机械臂100上远离基座30的末端能够在一定的三维空间中运动和调整姿态，进而满足各种应用场景的操作需求。根据不同的应用场景，机械臂100可以被搭载在不同的载体上。

请参阅图2，图2为示例性地提供一种搭载有本申请提供的机械臂的移动平台。

在一实施方式中，移动平台200上设置有机械臂100，机械臂100可以和移动平台200进行固定连接、可拆解地固定连接、通信连接、电连接中的一种或多种。

其中，移动平台200可以设置成车载类等结构。例如：移动平台200包括本体201和与本体201连接的滚轮202，本体201内设置有处理器、控制器和电源等部件，通过驱动滚轮202使得移动平台200能够运动。

在中，图2中的机械臂100为图1实施例中的机械臂100，基座30与本体201固定连接，使得机械臂100跟随移动平台200移动，且移动平台200为机械臂提供电能。

请参阅图3，图3为示例性地提供一种搭载有本申请提供的机械臂的机器人。

在本实施方式中，机器人为四足机器人，即机器狗，在一些实施例中，机器人300可以是两足机器人等结构。机器人300上设置有机械臂100。例如：机器人300包括躯干301和与躯干301连接的腿足302，躯干301内设置有处理器、控制器和电源等部件，腿足302使得机器人300能够运动；基座30与躯干301固定连接，使得机械臂100随机器人300移动。值得注意的是：腿足302可以包括与躯干301连接的大腿和与大腿连接的小腿。换言之，机器人300可以为四足机器人，机械臂100可以设置在四足机器人的背部。

请参阅图4，图4为示例性地提供的关节模组的剖面结构示意图。在本实施例中，关节模组10包括中空内转子电机11、谐波减速器12和制动组件13，中空内转子电机11的一端设置有谐波减速器12，另一端设置有制动组件13。其中，谐波减速器12和制动组件13可以设置在中空内转子电机11的相背两侧。

其中，中空内转子电机11用于输出动力，谐波减速器12用于对中空内转子电机11的输出进行减速、及传递和放大扭矩，制动组件13用于提供机械制动能力。

在一些实施例中，制动组件13可以设置成电磁式抱闸制动器，也可以设置成撞针式抱闸制动器。

进一步地，关节模组10还包括设置在制动组件13背离中空内转子电机11一侧的编码组件14，编码组件14用于检测待检测轴的转动状态(例如角位置或者转动量)。

在一些实施例中，编码组件14包括用于检测中空内转子电机11的转动状态的输出轴编码组件14A和用于检测谐波减速器12的转动状态的传动轴编码组件14B。其中，输出轴编码组件14A可以包括第一编码盘141A和第一读头142A，传动轴编码组件14B可以包括第二编码盘141B和第二读头142B。基于此，传动轴编码组件14B检测的谐波减速器12的输出端的转速或者角位置等信息可以通过谐波减速器12的传动比换算成相应的中空内转子电机11的输出轴的转速或者角位置等信息，进而可以与输出轴编码组件14A检测的中空内转子电机11的输出轴的转速或者角位置等信息进行相互校核以提高编码组件14的可靠性或者相互配合以提高编码组件14的检测精度，相关原理为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。此时，为了便于安装编码组件14，输出轴编码组件14A可以包括用于固定第一编码盘141A的第一安装座143A，也即输出轴编码组件14A可以通过第一安装座143A与中空内转子电机11的输出轴连接；传动轴编码组件14B可以包括用于固定第二编码盘141B的第二安装座143B，也即传动轴编码组件14B可以通过第二安装座143B与谐波减速器12的输出端连接；编码组件14可以包括电路板144，搭载第一读头142A和第二读头142B可以分别集成在电路板144上。进一步地，关节模组10可以包括与谐波减速器12的输出端连接的传动轴15，传动轴15主要是用于方便编码组件14检测谐波减速器12的转动状态。除此之外，传动轴15可以呈中空管状设置，以便于设置机械臂100的走线。

在一些实施例中，编码组件14仅包括用于检测中空内转子电机11的转动状态的输出轴编码组件14A。类似地，输出轴编码组件14A可以包括第一编码盘141A和第一读头142A，第一编码盘141A可以通过第一安装座143A与中空内转子电机11的输出轴连接。

进一步地，关节模组10可以包括与中空内转子电机11连接的外罩16，外罩16主要是用于保护制动组件13和编码组件14等关节模组10内的结构部件。

请参阅图5，图5为示例性地提供的中空内转子电机的剖面结构示意图。其中，中空内转子电机11可以包括壳体111、电机定子112、电机转子113、输出轴114和轴承组件115，电机转子113在通电状态下可以相对于电机定子112转动。其中，壳体111既可以是中空内转子电机11的外壳，也可以是关节模组10的外壳；两种外壳的区别可以在于大小，例如关节模组10的外壳比中空内转子电机11的外壳更大些。进一步地，电机定子112可以设置于壳体111内，并与壳体111保持相对固定，例如电机定子112通过热压方式嵌入壳体111内，再例如电机定子112借助胶水固定在壳体111内；电机转子113可以嵌设于电机定子112内，并能够绕关节模组10的轴向相对于电机定子112转动，例如电机转子113与电机定子112保持一定的径向间距；输出轴114可以穿过电机转子113，并与电机转子113同轴固定连接，例如电机转子113通过热压方式嵌套在输出轴114上，再例如电机转子113借助胶水或通过螺栓固定在输出轴114上；轴承组件115可以用于转动支撑输出轴114，例如维持电机转子113与电机定子112之间的径向间距。

在本实施例中，对于关节模组10而言，输出轴114与谐波减速器12的波发生器传动连接；而在其他一些实施例中，输出轴114可以与其他类型的减速器连接，也可以不与减速器连接而直接输出动力。

在本实施例中，轴承组件115可以包括沿关节模组10的轴向间隔排列的至少两组滚珠组，例如第一滚珠组1151A和第二滚珠组1151B，至少两组滚珠组可以沿关节模组10的轴向与电机定子112至少部分重叠。如此，在电机定子112的轴向尺寸一定时，至少两组滚珠组沿关节模组10的轴向与电机定子112至少部分重叠，使得轴承组件115至少部分内缩在中空内转子电机11内，从而使得关节模组10在结构上更加紧凑。当然，轴承组件115可以包括第三滚珠组、第四滚珠组等，以在关节模组10的轴向尺寸较大时更好地支撑输出轴114。

在一些实施例中，本申请所述的滚珠组可以定义为多个绕关节模组10的轴向设置的滚珠的集合，每一滚珠组中滚珠的数量可以根据实际的需求进行合理地选择。其中，前述滚珠可以呈球状设置。例如：对于本领域的技术人员而言，单滚珠轴承具有一组滚珠组、双滚珠轴承具有两组滚珠组。进一步地，本申请所述的轴承组件115既可以包括内圈和外圈，例如单滚珠轴承或者双滚珠轴承；也可以不包括内圈和外圈，例如轴承组件115直接通过滚珠组与输出轴114接触。在电机定子112的轴向尺寸一定，且至少两组滚珠组沿关节模组10的轴向与电机定子112至少部分重叠时，相邻两组滚珠组之间的轴向间距也不易过小，以便于轴承组件115更好地支撑输出轴114。

在一些实施例中，至少两组滚珠组中的至少一组沿关节模组10的轴向与电机定子112全部重叠，使得关节模组10在结构上更加紧凑。例如：第一滚珠组1151A沿关节模组10的轴向与电机定子112全部重叠，第二滚珠组1151B沿关节模组10的轴向与电机定子112部分重叠。

在一些实施例中，轴承组件115可以仅包括沿关节模组10的轴向间隔设置的两个轴承，例如第一轴承115A和第二轴承115B，每一轴承可以仅包括一组滚珠组，例如第一滚珠组1151A和第二滚珠组1151B，两组滚珠组可以沿关节模组10的轴向与电机定子112全部重叠，使得关节模组10在结构上更加紧凑。换言之，轴承组件115仅包括两个单滚珠轴承，两个单滚珠轴承沿关节模组10的轴向间隔设置。

在一些实施例中，结合图5，壳体111可以包括彼此嵌套且沿关节模组10的轴向至少部分重叠的外筒部1111和内筒部1112，以及连接于外筒部1111和内筒部1112之间的连接部1113，例如壳体111的轴向截面形状呈U字型设置且开口沿关节模组10的轴向。其中，电机定子112可以固定于外筒部1111的内壁上，例如两者热压在一起；电机转子113可以位于电机定子112与内筒部1112之间，例如三者中两两之间保持一定的径向间距；输出轴114可以穿设于内筒部1112，并与电机转子113保持相对固定；轴承组件115可以设置于内筒部1112的外壁与输出轴114的外壁之间。相较于相关技术中两个轴向间隔设置的单滚珠轴承分别通过与壳体连接的轴承座支撑输出轴，也即壳体和两个轴承座构成的结构的轴向截面形状呈U字型设置且开口沿关节模组10的径向，本实施例可以省掉相关的轴承座，以在电机定子112的轴向尺寸一定时简化中空内转子电机11的结构。

在一些实施例中，外筒部1111、内筒部1112和连接部1113可以一体成型设置，例如通过铸造工艺一体成型，以简化壳体111的结构。当然，外筒部1111和连接部1113可以一体成型设置并与内筒部1112固定连接，或者内筒部1112和连接部1113可以一体成型设置并与外筒部1111固定连接，或者外筒部1111、内筒部1112和连接部1113可以彼此独立并固定连接。

在一些实施例中，壳体111可以包括与连接部1113连接的限位部1114，例如限位部1114与连接部1113一体成型设置，限位部1114可以在关节模组10的径向上对诸如制动组件13的结构件进行径向限位，这样有利于增加装配精度。例如：制动组件13支撑在连接部1113背离电机定子112的一侧，并被径向限位于限位部1114的内侧。

在一些实施例中，壳体111可以包括与外筒部1111连接的散热翅片1115，例如散热翅片1115与外筒部1111一体成型设置，多个散热翅片1115可以沿关节模组10的轴向间隔设置，有利于增加关节模组10的散热能力。

在一些实施例中，中空内转子电机11可以包括盖设在壳体111的敞口端的盖板116，盖板116可以与壳体111或者输出轴114保持相对固定，这样有利于提高中空内转子电机11的防油、防尘性能。

在一些实施例中，轴承组件115可以包括沿关节模组10的轴向间隔设置的第一轴承115A和第二轴承115B。其中，第一轴承115A可以包括彼此嵌套的第一外环部1152A和第一内环部1153A，以及夹设于第一外环部1152A和第一内环部1153A之间的第一滚珠组1151A，第一外环部1152A可以与内筒部1112固定连接，第一内环部1153A可以与输出轴114固定连接；第二轴承115B可以包括彼此嵌套的第二外环部1152B和第二内环部1153B，以及夹设于第二外环部1152B和第二内环部1153B之间的第二滚珠组1151B，第二外环部1152B可以与内筒部1112固定连接，第二内环部1153B可以与输出轴114固定连接。换言之，第一轴承115A和第二轴承115B可以分别为单滚珠轴承，他们分别支撑在内筒部1112与输出轴114之间。类似地，第一滚珠组1151A和第二滚珠组1151B可以沿关节模组10的轴向与电机定子112至少部分重叠，以使得关节模组10在结构上更加紧凑。

在一些实施例中，轴承组件115可以包括彼此嵌套的外环部和内环部，以及夹设于前述外环部和前述内环部之间的第一滚珠组1151A和第二滚珠组，前述外环部可以与内筒部1112固定连接，前述内环部可以与输出轴114固定连接。换言之，轴承组件115可以为支撑在内筒部1112与输出轴114之间的双滚珠轴承。类似地，第一滚珠组1151A和第二滚珠组1151B可以沿关节模组10的轴向与电机定子112至少部分重叠，以使得关节模组10在结构上更加紧凑。

在一些实施例中，结合图5，内筒部1112的外壁上可以设置有沿关节模组10的径向向输出轴114凸起的凸台1116，例如凸台1116与内筒部1112一体成型设置。在一实施方式中，内筒部1112可以沿关节模组10的轴向划分成三段，且中间一段的外径比两段的外径要大。

在一些实施例中，第一轴承115A和第二轴承115B可以沿关节模组10的轴向设置于凸台1116的相背两侧，第一外环部1152A可以沿关节模组10的轴向抵接于凸台1116的一侧端面上，第二外环部1152B可以沿关节模组10的轴向抵接于凸台1116的另一侧端面上，这样有利于避免第一轴承115A和第二轴承115B沿关节模组10的轴向彼此靠近。当然，凸台1116也可以为独立于内筒部1112的结构部件。

在一些实施例中，输出轴114的外壁可以设置有支撑台面1141，第一内环部1153A背离第二内环部1153B的外端面可以抵接于支撑台面1141上。相应地，中空内转子电机11可以包括支撑件117和压持件118，支撑件117可以套设于输出轴114的外围，并可以抵接于第一内环部1153A和第二内环部1153B彼此朝向的内端面之间，压持件118可以沿关节模组10的轴向压持第二内环部1153B背离第一内环部1153A的外端面。其中，支撑件117和压持件118可以为独立于输出轴114的结构部件。如此，以将第一轴承115A和第二轴承115B的游隙控制在合理的范围之内，使得中空内转子电机11更平稳地转动。

在一些实施例中，压持件118可以与输出轴114保持相对固定，例如压持件118通过热压方式嵌套在输出轴114上，再例如压持件118借助胶水固定在输出轴114上，以维持第一轴承115A和第二轴承115B的游隙。

在一些实施例中，由于制动组件13和第一编码盘141A装设在输出轴114上，且第一编码盘141A在关节模组10的轴向上相较于制动组件13更远离轴承组件115，使得第一编码盘141A与输出轴114固定连接时可以通过制动组件13和压持件118压持第二内环部1153B，以维持第一轴承115A和第二轴承115B的游隙。其中，第一编码盘141A可以先固定在第一安装座143A上，再通过第一安装座143A与输出轴114固定连接，例如两者通过过盈配合、螺纹连接、胶接等连接方式中的一种或其组合固定连接。此时，压持件118既可以与输出轴114保持相对固定，也可以留有一定的径向间隙。

请参阅图6，图6为图5中中空内转子电机在A1部分的放大结构示意图。其中，输出轴114可以包括主轴部1142和与主轴部1142连接的外延部1143，例如两者一体成型设置，外延部1143可以沿关节模组10的径向向主轴部1142的外侧延伸。其中，主轴部1142可以穿设于内筒部1112，电机转子113可以沿关节模组10的轴向支撑并固定于外延部1143上，例如电机转子113借助螺栓与外延部1143固定连接，以便于内筒部1112沿关节模组10的轴向伸入电机转子113与输出轴114之间。相应地，支撑台面1141可以设置在主轴部1142靠近外延部1143的位置，且轴承组件115和内筒部1112可以分别在关节模组10的轴向上与外延部1143间隔设置；支撑件117和压持件118可以分别套设于主轴部1142的外围，制动组件13和第一编码盘141A也可以装设在主轴部1142上。进一步地，盖板116可以沿关节模组10的径向位于外延部1143与外筒部1111的内壁之间，以密封外延部1143与外筒部1111之间的径向间隙。其中，电机定子112可以沿关节模组10的轴向与外延部1143至少部分重叠，以使得电机定子112的轴向尺寸尽可能的大，从而有利于增加中空内转子电机11的输出能力。

在一些实施例中，输出轴114可以包括与外延部1143连接的限位部1144，例如两者一体成型设置，限位部1144可以位于外延部1143朝向电机转子113的一侧，并沿关节模组10的轴向凸出于外延部1143。其中，电机转子113可以沿关节模组10的径向位于限位部1144的外侧，也即电机转子113可以被径向限位于限位部1144的外侧，这样有利于增加装配精度。当然，电机转子113也可以被径向限位于限位部1144的内侧。

在一些实施例中，输出轴114可以包括与外延部1143连接的安装部1145，例如两者一体成型设置，安装部1145可以位于外延部1143背离电机转子113的另一侧，并沿关节模组10的轴向凸出于外延部1143。其中，安装部1145可以呈筒状设置，并与谐波减速器12的波发生器连接，例如两者通过螺栓可拆卸连接，以允许中空内转子电机11向谐波减速器12传递动力。进一步地，安装部1145的内径可以大于主轴部1142的外径，以允许安装部1145有足够大的周向尺寸而设置足够多的螺纹孔，从而使得安装部1145通过足够多地螺栓与谐波减速器12的波发生器连接，这样有利于增加中空内转子电机11与谐波减速器12连接的可靠性。

请参阅图7至图9，图7为示例性地提供的谐波减速器的剖面结构示意图，图8为图7中柔轮一实施例的结构示意图，图9为图7中柔轮一实施例的剖面结构示意图。其中，谐波减速器12可以包括柔轮121、刚轮122和波发生器123，刚轮122和波发生器123可以在谐波减速器12的径向上分别位于柔轮121的外侧和内侧。其中，柔轮121的外侧可以设置有外齿结构，刚轮122的内侧可以设置有内齿结构，波发生器123沿谐波减速器12的轴向观察可以呈椭圆形设置，以在波发生器123转动时使得柔轮121与刚轮122部分啮合，从而使得谐波减速器12实现减速。基于此，并结合图4，波发生器123可以通过螺栓与输出轴114连接，以作为谐波减速器12的输入端，进而接收中空内转子电机11输出的动力；柔轮121和刚轮122中的一者可以作为谐波减速器12的输出端，例如柔轮121作为谐波减速器12的输出端。

在一些实施例中，结合图7至图9，柔轮121可以包括一体成型设置的主体部1211以及转接部1212，主体部1211可以呈杯状设置，转接部1212可以沿谐波减速器12的轴向设置于背离主体部1211的杯口的另一端。其中，柔轮121可以通过车铣、压铸、3D打印等工艺一体成型。进一步地，主体部1211的杯口所在一端的外侧可以设置有外齿结构，转接部1212可以作为谐波减速器12的输出端，进而与待驱动部件(例如与关节模组10连接的连接臂20或者另一关节模组10等，下文中不再赘述)固定连接。

相应地，刚轮122可以环绕设置于主体部1211的外围，波发生器123可以设置于主体部1211内，并在转动时使得主体部1211与刚轮122选择性啮合。如此，相较于相关技术中法兰盘(相当于转接部1212)与杯状柔轮(相当于柔轮121)的底部通过螺栓连接，本技术方案通过将主体部1211和转接部1212设置成一体成型的结构部件，能够减除传统通过多个螺栓固定连接的螺栓的重量，以及降低固定螺栓所需结构的壁厚，从而实现降低谐波减速器12的重量的效果，还有利于避免因相应的螺牙崩裂导致结构失效的风险，进而增加谐波减速器12的可靠性，进而降低关节模组10的重量以及增加关节模组10的可靠性，进而能够有效降低多关节模组(一般为6～7关节)机械臂的整机重量。

主体部1211可以包括筒状侧壁1213以及设置于筒状侧壁1213的一端的底壁1214，以使得主体部1211呈杯状设置，进而具有沿谐波减速器12的轴向延伸的第一容置腔121a。相应地，筒状侧壁1213远离底壁1214的另一端(也即主体部1211的杯口所在一端)的外侧可以设置有外齿结构。

转接部1212可以包括与主体部1211的底部(例如底壁1214)连接的过渡部1215以及连接于过渡部1215背离于主体部1211一端的固定部1216，例如主体部1211、过渡部1215和固定部1216沿谐波减速器12的轴向依次连接。其中，过渡部1215的至少部分外壁可以呈锥面设置，且过渡部1215的锥面的横截面尺寸在朝向主体部1211的方向上逐渐缩小，固定部1216用于与待驱动部件固定连接。如此，相较于转接部1212与主体部1211之间的避空槽呈方形设置(例如图10中(a)所示)，本技术方案通过将转接部1212与主体部1211之间的避空槽设置成楔形(例如图10中(b)所示)，有利于降低谐波减速器12的重量，进而降低关节模组10的重量。

在一些实施例中，转接部1212内可以设置有沿谐波减速器12的轴向延伸的第二容置腔121b，例如转接部1212呈环状设置，这样有利于降低谐波减速器12的重量，进而降低关节模组10的重量。

在一些实施例中，结合图7至图9，底壁1214上可以设置有连接第一容置腔121a和第二容置腔121b的连通孔121c，以使得第一容置腔121a和第二容置腔121b可以通过连通孔121c连通，底壁1214也可以因连通孔121c而呈中空环状设置。其中，底壁1214可以包括环绕连通孔121c设置的第一环形区域121d以及环绕第一环形区域121d设置的第二环形区域121e，在谐波减速器12的轴向上，第一环形区域121d的厚度大于第二环形区域121e的厚度，以使得第二环形区域121e作为主体部1211的底部的形变区域。进一步地，过渡部1215可以连接于第一环形区域121d背离第一容置腔121a的一侧。

在一些实施例中，第一环形区域121d的厚度可以不小于第二环形区域121e的厚度的两倍，以使得柔轮121在第一环形区域121d处具有足够的结构强度，这样有利于增加谐波减速器12的可靠性。

在一些实施例中，第二环形区域121e的厚度沿谐波减速器12的径向可以保持一致，以使得第二环形区域121e中靠近第一环形区域121d的部分也能够承受柔轮121形变时的应力和应变，这样有利于增加谐波减速器12的可靠性。

在一些实施例中，在谐波减速器12的径向上，第二环形区域121e的宽度与第一环形区域121d的宽度之间的比值可以介于2与3之间。其中，前述比值太小，容易导致柔轮121因形变时的应力和应变传递至第一环形区域121d时依旧很大而出现结构破坏；前述比值太大，容易导致谐波减速器12的径向尺寸过大。

在一些实施例中，结合图9，过渡部1215的锥面的母线与谐波减速器12的轴向之间的第一夹角(例如图9中θ1所示)可以介于15°与75°之间。其中，前述第一夹角太小，容易导致转接部1212因过渡部1215太尖锐而与主体部1211连接的强度变弱，尤其是在转接部1212设置有第二容置腔121b时；前述第一夹角太大，容易导致前述楔形趋于方形而有悖于降低谐波减速器12的重量的初衷。优选地，前述第一夹角可以介于35°与60°之间。

在一些实施例中，结合图9，过渡部1215的锥面沿谐波减速器12的轴向的尺寸可以不小于转接部1212沿谐波减速器12的轴向的尺寸的三分之一。其中，过渡部1215的锥面沿谐波减速器12的轴向的尺寸太小，容易前述楔形趋于方形而有悖于降低谐波减速器12的重量的初衷。当然，过渡部1215的锥面沿谐波减速器12的轴向的尺寸可以不大于转接部1212沿谐波减速器12的轴向的尺寸的四分之三。其中，过渡部1215的锥面沿谐波减速器12的轴向的尺寸太大，容易导致转接部1212因过渡部1215太尖锐而与主体部1211连接的强度变弱，尤其是在转接部1212设置有第二容置腔121b时。

在一些实施例中，结合图7及图8，转接部1212背离主体部1211设置的外端面上可以设置有固定孔121f，例如固定孔121f设置在固定部1216背离过渡部1215的一端，固定孔121f可以绕谐波减速器12的轴向间隔设置多个，以允许待驱动部件借助诸如螺栓或者销钉的紧固件17在多个固定孔121f处与转接部1212(例如固定部1216)固定连接。其中，固定孔121f可以设置成盲孔，这样不仅有利于避免谐波减速器12的润滑油外流或者外界的杂质浸入谐波减速器12内，还有利于降低工人因选错螺栓或者销钉而戳破主体部1211的风险。进一步地，固定孔121f沿谐波减速器12的轴向朝向主体部1211的投影可以落在过渡部1215的锥面上，以允许固定孔121f设置的数量足够多，这样有利于增加待驱动部件与转接部1212连接的可靠性。

在一些实施例中，固定孔121f可以沿谐波减速器12的轴向延伸到过渡部1215内，以允许固定孔121f有足够的深度，例如固定孔121f沿谐波减速器12的轴向的尺寸不小于转接部1212沿谐波减速器12的轴向的尺寸的四分之三，这样有利于增加待驱动部件与转接部1212连接的可靠性。

在一些实施例中，结合图9，固定孔121f朝向主体部1211的一端可以为锥形孔，例如固定孔121f设置成螺纹孔，以允许待驱动部件借助螺栓在固定孔121f处与转接部1212固定连接。其中，过渡部1215的锥面的母线与谐波减速器12的轴向之间的第一夹角(例如图9中θ1所示)与前述锥形孔的孔壁与谐波减速器12的轴向之间形成第二夹角(例如图9中θ2所示)之间的差值可以介于-15°与15°之间。值得注意的是：对于本领域的技术人员而言，在固定孔121f设置成螺纹孔的实施方式中，螺纹孔的尺寸一般会符合相应的国家标准，使得前述第二夹角在螺栓选定之后相对确定，因此前述第一夹角可以根据前述第二夹角进行合理设计。其中，前述差值太小，容易导致转接部1212因过渡部1215太尖锐而与主体部1211连接的强度变弱，尤其是在转接部1212设置有第二容置腔121b时，以及容易导致过渡部1215在固定孔121f处的壁厚过小；前述差值太大，容易前述楔形趋于方形而有悖于降低谐波减速器12的重量的初衷。

请参阅图11及图12，图11为图7中谐波减速器一实施例的剖面结构示意图，图12为图11中谐波减速器在A2部分的放大结构示意图。其中，谐波减速器12可以包括连接柔轮121和刚轮122的轴承组件124，轴承组件124使得柔轮121和刚轮122能够发生相对转动；轴承组件124可以包括彼此嵌套的内环部1241和外环部1242，内环部1241和外环部1242设置成能够发生相对转动。进一步地，转接部1212可以具有背离主体部1211设置的第一支撑台面121g，内环部1241可以具有朝向主体部1211设置的第二支撑台面124a；转接部1212背离主体部1211设置的外端面121h和内环部1241背离第二支撑台面124a的外端面124b可以用于支撑待驱动部件。其中，转接部1212可以插置于内环部1241内，且转接部1212背离主体部1211设置的外端面121h可以位于内环部1241背离主体部1211设置的外端面124b朝向主体部1211的一侧。换言之，在柔轮121和轴承组件124装配之后，第一支撑台面121g和第二支撑台面124a接触，柔轮121的外端面121h在谐波减速器12的轴向上相较于轴承组件124的外端面124b内缩一高度差。基于此，当待驱动部件借助螺栓在多个固定孔121f处与转接部1212固定连接时，第一支撑台面121g在螺栓的预紧力作用下沿谐波减速器12的轴向压持于第二支撑台面124a上，进而使得待驱动部件和转接部1212沿谐波减速器12的轴向分别抵接于内环部1241的相背两侧，这样有利于避免柔轮121和内环部1241例如沿谐波减速器12的轴向发生窜动，从而有利于增加谐波减速器12的可靠性。除此之外，由于第一支撑台面121g在螺栓的预紧力作用下沿谐波减速器12的轴向压持于第二支撑台面124a上，使得本技术方案进一步引入第一支撑台面121g与第二支撑台面124a之间的摩擦力，有利于增加转接部1212与内环部1241之间连接的可靠性。

在一些实施例中，轴承组件124可以包括夹设于内环部1241与外环部1242之间的柱状滚珠1243，柱状滚珠1243的两侧端面相对于谐波减速器12的轴向倾斜设置，以减小谐波减速器12的轴向尺寸和径向尺寸。其中，第二支撑台面124a沿谐波减速器12的径向设置，例如第二支撑台面124a垂直于谐波减速器12的轴向。进一步地，第二支撑台面124a所在平面与柱状滚珠1243背离主体部1211的外端面相交，且两者相交所形成的交线位于柱状滚珠1243的几何中心背离主体部1211的一侧，这样有利于增加内环部1241的局部壁厚，提高内环部1241的结构强度。例如：结合图11，前述交线上的一交点O1在谐波减速器12的轴向上相较于柱状滚珠1243的几何中心O2更远离主体部1211。换言之，在谐波减速器12的轴向上，第二支撑台面124a相较于柱状滚珠1243的几何中心更远离主体部1211。

在一些实施例中，轴承组件124可以包括夹设于内环部1241与外环部1242之间的密封圈1244，密封圈1244用于密封轴承组件124，这样有利于避免谐波减速器12的润滑油外流或者外界的杂质浸入谐波减速器12内。

在一些实施例中，在谐波减速器12的轴向上，转接部1212的外端面121h与内环部1241的外端面124b之间的高度差可以介于0.02mm与0.1mm之间。其中，前述高度差太小，容易导致原本设计的高度差因加工误差、装配误差等难以实现，也即有悖于设计高度差的初衷；前述高度差太大，容易导致相应的螺栓因部分裸露而受到较大的剪切应力，进而导致螺栓存在断裂的风险。优选地，前述高度差可以介于0.03mm与0.06mm之间。

在一些实施例中，在谐波减速器12的径向上，第一支撑台面121g与第二支撑台面124a的重叠区域(俗称“搭边”)的宽度可以介于0.5mm与1.5mm之间。其中，前述宽度太小，容易导致转接部1212或者内环部1241因局部的结构强度不足而失效；前述宽度太大，容易导致谐波减速器12的径向尺寸过大。

在一些实施例中，结合图11及图12，转接部1212可以包括与主体部1211的底部(例如底壁1214)连接的过渡部1215以及连接于过渡部1215背离于主体部1211一端的固定部1216，过渡部1215靠近固定部1216一端的外径尺寸可以大于固定部1216靠近过渡部1215一端的外径尺寸，以在过渡部1215与固定部1216的连接处形成第一支撑台面121g；内环部1241可以包括沿谐波减速器12的轴向连接的第一内环段1245和第二内环段1246，第一内环段1245位于第二内环段1246朝向主体部1211的一侧，第一内环段1245的内径尺寸大于第二内环段1246的内径尺寸，以在第一内环段1245和第二内环段1246的连接处形成第二支撑台面124a。

在一些实施例中，第一支撑台面121g沿谐波减速器12的轴向朝向主体部1211的投影可以落在过渡部1215的锥面上，且过渡部1215的锥面的横截面尺寸在朝向主体部1211的方向上逐渐缩小，以使得转接部1212的外壁形成一在谐波减速器12的轴向上厚度较小的凸缘结构。如此，转接部1212通过前述凸缘结构压持在轴承组件124的内环部1241上，有利于使得待驱动部件与柔轮121的外端面121h接触，进而增加相应的摩擦力。进一步地，在谐波减速器12的轴向上，第一支撑台面121g与过渡部1215的锥面之间的间隔距离可以不大于1.5mm，以避免前述凸缘结构的厚度太大。当然，前述凸缘结构的厚度也不易太小，以避免转接部1212在前述凸缘结构处的结构强度过小。

在一些实施例中，固定部1216的外壁可以设置有与第一支撑台面121g相邻设置的内切槽121j，第一内环段1245的内壁可以设置有与第二支撑台面124a相邻设置的内切槽124c，以允许第一支撑台面121g与第二支撑台面124a接触。

在一些实施例中，结合图7及图11，刚轮122可以包括彼此嵌套的外套筒1221和内套筒1222，外套筒1221可以用于与轴承组件124连接，内套筒1222可以用于与柔轮121啮合。其中，外套筒1221可以包括主筒体1223以及设置于主筒体1223的内壁上的环形承台1224，内套筒1222可以抵接于环形承台1224上，主筒体1223和环形承台1224可以分别抵接于外环部1242上。进一步地，主筒体1223和外环部1242可以设置有彼此对应的固定孔对，以允许两者借助螺栓或者销钉固定连接。其中，环形承台1224背离内套筒1222的外端面可以设置有环形槽，前述环形槽用于容纳密封圈，以避免谐波减速器12的润滑油外流或者外界的杂质浸入谐波减速器12内。

在一些实施例中，外套筒1221的密度可以小于内套筒1222的密度，内套筒1222的硬度可以大于外套筒1221的硬度，以在刚轮122兼顾局部结构强度时降低整体重量。换言之，刚轮122的不同部分可以选用不同的材料，例如外套筒1221和内套筒1222分别为铝制件和钢制件。

请参阅图13及图14，图13为图4中关节模组一实施例的剖面结构示意图，图14为图13中关节模组在A3部分的放大结构示意图。其中，柔轮121可以包括一体成型设置的主体部1211、转接部1212和安装部1217，主体部1211可以呈杯状设置，转接部1212可以沿谐波减速器12的轴向设置于背离主体部1211的杯口的另一端，并设置于安装部1217的外围。其中，柔轮121可以通过车铣、压铸、3D打印等工艺一体成型。进一步地，安装部1217可以用于与传动轴15固定连接，传动轴15远离安装部1217的一端可以用于固定连接编码组件14的编码盘(例如第二编码盘141B，下文中不再赘述)。如此，相较于相关技术中法兰盘(相当于转接部1212)与杯状柔轮(相当于柔轮121)的底部通过螺栓连接，本技术方案通过将主体部1211和转接部1212设置成一体成型的结构部件，不仅有利于因省掉螺栓而降低谐波减速器12的重量，还有利于避免因相应的螺牙崩裂而增加谐波减速器12的可靠性，进而降低关节模组10的重量以及增加关节模组10的可靠性。进一步地，相较于相关技术中传动轴与法兰盘(相当于转接部1212)通过螺栓连接，本技术方案将传动轴15与位于柔轮121底部的安装部1217连接，有利于缩短传动轴15的轴向尺寸，进而降低关节模组10的重量。

在一些实施例中，主体部1211和转接部1212可以分别具有沿谐波减速器12的轴向延伸的第一容置腔121a和第二容置腔121b；安装部1217也可以呈中空环状设置，以连通第一容置腔121a和第二容置腔121b。如此，传动轴15的一端可以与安装部1217固定连接，另一端可以从安装部1217穿过并沿谐波减速器12的轴向延伸设置，以增加传动轴15与谐波减速器12的同轴度，从而使得传动轴15与谐波减速器12同轴。

在一些实施例中，安装部1217也可以呈盘状设置。

进一步地，传动轴15可以穿过波发生器123并沿谐波减速器12的轴向延伸设置，以允许传动轴编码组件14B与输出轴编码组件14A位于关节模组10的同一侧。

在一些实施例中，结合图14及图8，转接部1212可以固定于第一环形区域121d上，第一环形区域121d位于转接部1212内侧的部分可以作为安装部1217。

在一些实施例中，安装部1217上可以设置有多个绕谐波减速器12的轴向间隔设置的安装孔121k，以允许传动轴15借助螺栓或者销钉在多个安装孔121k处与安装部1217固定连接。

在一些实施例中，结合图14，传动轴15可以包括主轴部151以及与主轴部151连接的凸缘部152。其中，在谐波减速器12的径向上，凸缘部152的外径尺寸大于主轴部151的外径尺寸，以便于传动轴15通过凸缘部152与安装部1217固定连接。相应地，主轴部151远离凸缘部152的一端用于固定连接编码组件14的编码盘。

在一些实施例中，凸缘部152可以包括沿谐波减速器12的轴向连接的第一凸缘段1521和第二凸缘段1522，第二凸缘段1522的外径尺寸大于第一凸缘段1521的外径尺寸。其中，第一凸缘段1521可以插置于主体部1211的连通孔121c内，以增加传动轴15与谐波减速器12的同轴度，第二凸缘段1522可以借助螺栓或者销钉固定于安装部1217上。

在一些实施例中，在谐波减速器12的径向上，第二凸缘段1522与安装部1217的重叠区域(俗称“搭边”)的宽度可以介于3mm与5mm之间。其中，前述宽度太小，容易导致第二凸缘段1522与安装部1217难以通过螺栓或者销钉固定连接；前述宽度太大，容易导致谐波减速器12的径向尺寸过大。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (19)

1.一种谐波减速器，其特征在于，包括：

柔轮，所述柔轮包括一体成型设置的主体部以及转接部，所述主体部呈杯状设置，所述转接部沿所述谐波减速器的轴向设置于背离所述主体部的杯口的另一端，所述转接部包括与所述主体部的底部连接的过渡部以及连接于所述过渡部背离于所述主体部一端的固定部，所述过渡部的至少部分外壁呈锥面设置，所述锥面的横截面尺寸在朝向所述主体部的方向上逐渐缩小，所述固定部用于与待驱动部件固定连接。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述锥面的母线与所述轴向之间的夹角介于15°与75°之间。

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，所述锥面的母线与所述轴向之间的夹角介于35°与60°之间。

4.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述锥面沿所述轴向的尺寸不小于所述转接部沿所述轴向的尺寸的三分之一。

5.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述固定部背离所述过渡部的一端设置有固定孔，所述固定孔绕所述轴向间隔设置多个，所述固定孔设置成盲孔，且沿所述轴向朝向所述主体部的投影落在所述锥面上。

6.根据权利要求5所述的谐波减速器，其特征在于，所述固定孔沿所述轴向延伸到所述过渡部内。

7.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于，所述固定孔沿所述轴向的尺寸不小于所述转接部沿所述轴向的尺寸的四分之三。

8.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于，所述固定孔朝向所述主体部的一端为锥形孔，所述锥面的母线与所述轴向之间的第一夹角与所述锥形孔的孔壁与所述轴向之间形成第二夹角之间的差值介于-15°与15°之间。

9.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于，所述主体部具有沿所述轴向延伸的第一容置腔，所述转接部内设置有沿所述轴向延伸的第二容置腔，所述主体部包括筒状侧壁以及设置于所述筒状侧壁一端的底壁，所述底壁上设置有连通孔，所述连通孔连接所述第一容置腔和所述第二容置腔，所述底壁包括环绕所述连通孔设置的第一环形区域以及环绕所述第一环形区域设置的第二环形区域，在所述轴向上，所述第一环形区域的厚度大于所述第二环形区域的厚度，所述过渡部连接于所述第一环形区域背离所述第一容置腔的一侧。

10.根据权利要求9所述的谐波减速器，其特征在于，所述第一环形区域的厚度不小于所述第二环形区域的厚度的两倍。

11.根据权利要求9所述的谐波减速器，其特征在于，所述第二环形区域的厚度沿所述谐波减速器的径向保持一致。

12.根据权利要求9所述的谐波减速器，其特征在于，在所述谐波减速器的径向上，所述第二环形区域的宽度与所述第一环形区域的宽度之间的比值介于2与3之间。

13.根据权利要求5所述的谐波减速器，其特征在于，所述固定孔绕所述轴向间隔设置多个，所述待驱动部件借助螺栓在多个所述固定孔处与所述固定部固定连接。

14.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述谐波减速器包括刚轮和波发生器，所述刚轮环绕设置于所述主体部的外围，所述波发生器设置于所述主体部内，并在转动时使得所述主体部与所述刚轮选择性啮合。

15.一种关节模组，其特征在于，所述关节模组包括中空内转子电机和权利要求1-14任一项所述的谐波减速器，所述中空内转子电机与所述谐波减速器连接。

16.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括多个权利要求15所述的关节模组。

17.一种移动平台，其特征在于，所述移动平台上设置有权利要求16所述的机械臂。

18.一种机器人，其特征在于，所述机器人上设置有权利要求16所述的机械臂。

19.根据权利要求18所述的机器人，其特征在于，所述机器人为四足机器人，所述机械臂设置在所述四足机器人的背部。