CN201140394Y - 用于机器人关节的齿轮箱装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于机器人关节的齿轮箱装置，包括齿轮箱体(14)和齿轮传动装置，齿轮传动装置与一固定齿轮(4)传动连接，固定齿轮(4)固定在齿轮箱体(14)上。本实用新型的结构还可以设置为齿轮传动装置与电机(16)传动连接，电机(16)设置在电机盒(15)内，电机盒(15)上设置一凸块，凸块插入齿轮箱体(14)中，凸块上固定一定位片(3)，定位片(3)上还固定连接一固定齿轮(4)，固定齿轮(4)与齿轮传动装置传动连接。这样的齿轮箱装置成本低，体积小，安装方便，可以广泛应用于不同类别机器人的关节上。

Description

用于机器人关节的齿轮箱装置

技术领域

本实用新型涉及一种传动装置，特别涉及一种用于机器人关节的齿轮箱装置。

背景技术

模块化机器人因具有组装方便，价格便宜常常用于机器人教学、科研和娱乐。技术人员使用通用的或非通用的模块可以组装不同构型的机器人，如机器蛇、机器毛虫或机器人等，并利用它们进行运动控制、仿生等研究。

目前现有的应用于机器人关节的齿轮箱装置，多采用舵机，呈扁平状。舵机(a steeringengine)是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。

舵机的工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。

为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机；并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。目前新推出的FET舵机，主要是采用FET(FieldEffect Transistor)场效电晶体。FET具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。

现有的齿轮箱之间的连接是由齿轮传动装置的输出轴带动法兰盘转动，再由法兰盘与另一箱体或关节连接，进行传动，因而受力不可靠。而且舵机成本非常高，导致产品价格居高难下。舵机间的连接需要专门设计的连接件，进一步提高了成本。

有鉴于上述现有的用于机器人关节的齿轮箱装置结构方式存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年来丰富的实务经验和专业知识，并加以实际运用，以期创设出低成本的齿轮箱装置，体积小，安装方便，可以广泛应用于不同类别的关节上。经本实用新型人不断研究、试验和改进，创设出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本的齿轮箱装置，体积小，安装方便，可以广泛应用于不同类别机器人的关节上。

为解决上述技术问题，本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置，包括齿轮箱体和齿轮传动装置，齿轮传动装置与一固定齿轮传动连接，固定齿轮固定在齿轮箱体上。

优选的是，本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置的齿轮箱体上固定一定位片，该固定齿轮固定在定位片上。

优选的是，齿轮传动装置与电机传动连接。

采用这样的结构后，通过固定齿轮固定在齿轮箱体上来起到传动作用，齿轮箱体随着固定齿轮的转动一起转动，从而起到关节活动的作用。在齿轮箱间可用紧固件直接连接，无需额外的塑料连接件，因而体积小，安装方便，可以广泛应用于不同类别机器人的关节上。本实用新型换上不同的齿轮组合，可提供不同输出转动速度及不同的输出扭力。

为解决上述技术问题，本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置的另一种优选方案，包括齿轮箱体和齿轮传动装置，齿轮传动装置与电机传动连接，电机设置在电机盒内，电机盒上设置一凸块，凸块插入齿轮箱体中，凸块上固定一定位片，定位片上还固定连接一固定齿轮，固定齿轮与齿轮传动装置传动连接。

优选的是，齿轮传动装置与电机传动连接。

采用上述的结构后，固定齿轮通过定位片固定在电机盒上来起到传动作用，电机盒随着固定齿轮的转动一起转动，从而起到关节活动的作用。在齿轮箱间可用紧固件直接连接，无需额外的塑料连接件，因而体积小，安装方便，可以广泛应用于不同类别机器人的关节上。本实用新型换上不同的齿轮组合，可提供不同输出转动速度及不同的输出扭力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置的装配图。

图2是本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置传动原理图。

图3是本实用新型用于机器人关节的齿轮箱装置的另一种传动原理图。

图4是本实用新型的离合器的结构图。

图5是本实用新型离合器小齿轮及法兰盘结构图。

图6是本实用新型离合器大齿轮的结构图。

图7是本实用新型可以组成的机器人关节结构图。

图8是本实用新型可以组成的机器人关节的主视图。

图9是本实用新型可以组成的机器人关节另一种结构的俯视图。

图10是图9的主视图。

图11是图9的侧视图。

图12是本实用新型齿轮箱的结构图。

图13是本实用新型电机盒的结构图。

其中，附图中的标记如下：

1、电位器          2、齿轮箱盖

3、定位片          4、固定齿轮

5、第三心轴        6、离合器小齿轮

7、离合器大齿轮    8、三级大齿轮

81、三级小齿轮     9、第二心轴

10、一级大齿轮     101、一级小齿轮

11、四级大齿轮     111、四级小齿轮

12、二级大齿轮     121、二级小齿轮

13、第一心轴       14、齿轮箱

15、电机盒         16、电机

161、电机齿轮      61、法兰盘

611、法兰盘外齿    71、离合器大齿轮内齿

具体实施方式

用于机器人关节的齿轮箱装置，包括齿轮箱体14和齿轮传动装置，齿轮传动装置与电机16传动连接，电机16设置在电机盒15内，电机盒15上设置一凸块，凸块插入齿轮箱体14中，凸块上固定一定位片3，定位片3上还固定连接一固定齿轮4，固定齿轮4与齿轮传动装置传动连接。

如图1所示，电机16设置在电机盒15内，电机盒15与可以在齿轮箱上转动，电机16上的电机齿轮161穿过电机盒15的孔与齿轮箱14内的一级大齿轮10啮合，一级大齿轮10与一级小齿轮101不可转动连接在一起，所以一级小齿轮101随着一级大齿轮10一起转动。

如图2所示，一级小齿轮101又与第一心轴13上的二级大齿轮12相啮合，二级大齿轮12又与二级小齿轮121不可转动连接，所以，二级小齿轮121随着二级大齿轮12一起转动。

二级小齿轮121又与第二心轴9上的三级大齿轮8相啮合，三级大齿轮8与三级小齿轮81不可转动连接，所以，三级小齿轮81随着三级大齿轮8一起转动。

第二心轴9上的三级小齿轮81与第一心轴13上的四级大齿轮11相啮合，四级大齿轮11与四级小齿轮111不可转动连接，所以，四级小齿轮111随着四级大齿轮11一同转动。第一心轴13上的四级小齿轮111与离合器上的四级大齿轮7相啮合。

离合器的结构如图4、图5、图6所示，离合器大齿轮7的内圈设有离合器大齿轮内齿71，离合器还包括一个离合器小齿轮6，该离合器小齿轮6固定连接在法兰盘61上。该法兰盘61外圈设置与离合器大齿轮内齿71相配合的法兰盘外齿611。该法兰盘外齿611由弹性材料构成。当齿轮受力较大时，弹性的法兰盘外齿611便会相对于离合器大齿轮内齿71滑动，从而避免关节因转动角度过大而损伤构件。

在齿轮受力范围内，离合器的大齿轮7与法兰盘61无相对滑动，离合器大齿轮7带动离合器小齿轮6一起转动。离合器小齿轮6又与第三心轴5上的固定齿轮4相啮合，从而带动固定齿轮4一起转动。

第一心轴13的大齿轮4固定连接在一定位片上。该定位片与齿轮箱体没有任何的固定连接关系。

电机盒15上设置一凸块，该凸块穿过齿轮箱14的底面与定位片3固定连接。

当电机16的转动传动到齿轮4时，齿轮4将转动传动给定位片3，定位片3将转动传动给电机盒15。所以，电机盒15就相对于齿轮箱14转动，从而实现关节的相对转动。此结构即可用于机器人玩具中关节的运动。

齿轮箱盖2上设置一电位器1，电位器1起测定定位片3转角的作用。

作为上述优选方案的另一种具体实施方式，中间的齿轮减速装置与上述方案相同，固定齿轮4固定在定位片3上，该定位片3固定在齿轮箱14上面的箱盖2上。这样，固定齿轮4转动就带动定位片3，进而带动齿轮箱14转动。这种方式同样能够使齿轮箱14和电机盒15相对转动。此结构亦可用于机器人玩具中关节的运动。电机输出轴上的电机齿轮161与齿轮传动装置的一级大齿轮10相啮合。

电机16与一级大齿轮10的传动可以有两种传动方式。一种是电机齿轮161为圆柱齿轮，电机16的轴线与齿轮心轴平行，如图2所示。另一种是电机齿轮161为圆锥齿轮，一级大齿轮10也设置为圆锥齿轮，电机16的轴线与齿轮心轴垂直，比前面一种多了一个转向的过程，如图3所示。

电机盒15和齿轮箱体14的结构如图12、图13所示。

两个关节之间可以按照如图7、图8所示的平行方式连接，也可以按照图9、图10、图11所示的垂直方式连接。连接过程中只需用齿轮箱体14和电机盒15上的孔连接就可以，简单方便。若干个这样的单元组合在一起，可以组成各种形状、实现一定功能的装置，如机器蛇、机器狗、机器毛虫、机器人等。

上述具体实施方式是电机齿轮161通过四级减速进行传动，本实用新型还可以通过不同级数的减速进行传动。也可以设置不同的心轴数，各个齿轮也可以不在同一个心轴上，按照实际需要和具体情况设定，不局限于上述具体的齿轮布置方式。不论电机齿轮161与齿轮4之间的齿轮传动采用何种减速方式，只要电机16通过固定在定位片3上的固定齿轮4带动电机盒15或者齿轮箱14转动，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于机器人关节的齿轮箱装置，包括齿轮箱体(14)和齿轮传动装置，其特征在于：

所述齿轮传动装置与一固定齿轮(4)传动连接，所述固定齿轮(4)固定在齿轮箱体(14)上。

2.根据权利要求1所述的用于机器人关节的齿轮箱装置，其特征在于：所述齿轮箱体(14)上固定一定位片(3)，所述固定齿轮(4)固定在定位片(3)上。

3.根据权利要求1或2所述的用于机器人关节的齿轮箱装置，其特征在于：所述齿轮传动装置与电机(16)传动连接。

4.一种用于机器人关节的齿轮箱装置，包括齿轮箱体(14)和齿轮传动装置，所述齿轮传动装置与电机(16)传动连接，其特征在于：所述电机(16)设置在电机盒(15)内，所述电机盒(15)上设置一凸块，所述凸块插入齿轮箱体(14)中，所述凸块上固定一定位片(3)，所述定位片(3)上还固定连接一固定齿轮(4)，所述固定齿轮(4)与齿轮传动装置传动连接。

5.根据权利要求4所述的用于机器人关节的齿轮箱装置，其特征在于：所述齿轮传动装置与电机(16)传动连接。

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