CN210389199U - 一种机器人关节减速输出机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种机器人关节减速输出机构，包括电机、行星减速器装置和位置反馈装置，行星减速器装置包括太阳齿轮、行星齿轮组、行星轴、销钉、内齿圈、角接触轴承、行星架基座、行星架压盖和输出端法兰盘，位置反馈装置包括磁性元件、磁编码器和信号连接线。其中，电机的电机输出轴与太阳齿轮固定，太阳齿轮带动行星齿轮组转动，实现第一次减速、增大扭矩；行星齿轮组带动内齿圈转动，实现第二次减速、增加扭矩；内齿圈与输出法兰盘固定，输出端法兰盘随内齿圈一同转动。输出端法兰盘安装有磁性元件，磁编码器正对着磁性元件安装于行星架压盖内，实时读取输出端法兰盘的角度位置，配合驱动器实现高精度控制。

Description

一种机器人关节减速输出机构

技术领域

本实用新型属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种机器人关节减速输出机构。

背景技术

随着科技不断进步，机器人也得到了长足发展，其各个结构也日臻成熟，机器人运动的关键部件之一就是关节，机器人关节结构一直在不断进步，目前机器人关节的输出端正向着高负载、高精度和轻量化的方向发展。机器人关节结构中最重要的是减速器，尤其是对于重量有敏感要求的服务型机器人。被广泛应用于工业机器人领域的RV减速机和谐波减速机的重量和体积过于庞大，制造工艺复杂，成本高，并不合适移植到多关节的服务型机器人领域。另一种常见的舵机，精度低、负载小、输出端刚度低，一般只适用于小型玩具级的机器人。传统的行星减速器，其输出轴小、刚性不足，无法直接连接较大的负载；输出端位置反馈装置难安装，很少单独用作关节直接输出，一般会通过齿轮或带轮进一步减速转接形成大转盘输出端，此种做法由于增加了额外传动机构，导致整个关节体积过大，传动精度难于保证。

现有技术中的服务性机器人关节减速器输出端大多为小轴，与负载通过键连接来传递扭矩，虽然是一种很成熟的方式，但是直接用在机器人关节输出上还是存在如下弊端：

1）输出轴过小，刚性不足，容易变形，不适合承受大负载。

2）输出端位置反馈装置没空间安装，必要时需要额外增加传动机构与减速器形成错轴安装。

3）输出端轴承小，能承受的负载小，主要是承受径向负载。

4）若想输出端承受大负载能力，所选用的减速机和电机体积则需很大，导致整个关节机械结构臃肿，占用空间较大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人关节减速输出机构，缩小整体结构体积的基础上，保证足够大的输出扭矩，并同时承受轴向和径向载荷。

为达到上述目的，本实用新型是通过下述技术方案实现的：

一种机器人关节减速输出机构，包括电机、行星减速器装置和位置反馈装置，所述行星减速器装置包括太阳齿轮、行星齿轮组、行星轴、销钉、内齿圈、角接触轴承、行星架基座、行星架压盖和输出端法兰盘，所述位置反馈装置包括磁性元件、磁编码器和信号连接线，其中所述电机的电机输出轴与太阳齿轮固定，并带动其转动，进而太阳齿轮带动行星齿轮组转动，实现第一次减速、增大扭矩；行星齿轮组带动内齿圈转动，实现第二次减速、增加扭矩；内齿圈与输出端法兰盘固定，则输出端法兰盘随内齿圈一同转动。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述电机输出轴与太阳齿轮通过过盈配合连接，并用销钉固定，避免太阳齿在轴向和径向两个方向上松动。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述行星减速器的最终输出轴为内齿圈，该内齿圈直径大、刚度大，可直接连接负载。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述行星轴通过过盈配合压配到行星架基座对应孔内，所述行星齿轮组装配到对应行星轴上，所述带有行星齿轮组的行星架基座安装到装配有两个角接触轴承的内齿圈上，再盖上行星架压盖并固定，所述角接触轴承能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷，保证整个输出机构的传动精度和负载能力。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述星齿轮组包括但不限于3个齿轮，可根据需要设计为4个或多个；所述太阳齿轮、行星齿轮组和内齿圈都为直齿齿轮，特殊工况也可选用斜齿齿轮。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述磁性元件通过过盈配合压配到输出端法兰盘对应中心位置上，磁编码器固定到行星架压盖对应槽内，通过磁性元件实时读取输出端法兰盘的转动角度位置，配合驱动器实现高精度角度控制。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述行星架基座和行星架压盖设置有可穿线的线槽，方便编码器信号连接线穿过，避免信号连接线随输出端法兰盘转动而损坏线材。

所述的一种机器人关节减速输出机构，所述输出端法兰盘和行星架压盖为不导磁的材料，如高强度铝合金。

综上所述，本发明的有益效果包括：

1）与传统行星减速器不同的是，本发明提供的机器人关节减速输出机构，其行星架为固定端，内齿圈作为输出端，内齿圈齿轮强度高，可承受较大负载。

2）输出端是一个绕中心轴转动的大法兰盘，与负载端通过螺丝连接固定，安装方便，刚性大，可承受较大扭转负载。

3）通过设置两个大外径的角接触轴承，能同时承受较大的径向负载和轴向负载，提高整个输出机构的传动精度和负载能力。

4）在中心轴方向上预留有空间安装位置反馈装置，减小安装误差，提高控制精度。

5）整个输出机构空间利用率高，结构紧凑，所采用的零部件易于加工，成本低。

前面所述的为本申请的概述，因此必然有简化、概括和细节省略的情况；本领域的技术人员应该认识到，概述部分仅是对本申请的说明，而不应看作是对本申请的任何限定。本说明书中描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优点将会由于本说明书的阐述而变得清晰。概述部分是用来以一种简化的方式导入多个将在以下具体实施方式部分进一步描述的概念。本概述部分既非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非用来作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，就会更加充分地清楚理解本申请的上述和其他特征。应当理解，这些附图仅是对本申请若干实施方式的描述，不应认为是对本申请范围的限定，通过附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1是本实用新型的一种机器人关节输出机构的整体结构剖视图。

图2是本实用新型的一种机器人关节输出机构的装配爆炸图。

图3是本实用新型的一种机器人关节输出机构的太阳齿与电机输出轴固定示意图。

附图标记说明：11-磁性元件、12-磁编码器、13-信号连接线、21-太阳齿轮、22-行星齿轮组、23-行星轴、24-销钉、25-内齿圈、26-角接触轴承、27-行星架基座、28-行星架压盖、29-输出端法兰盘、31-电机、311-电机输出轴。

具体实施方式

在下面的具体实施方式部分中，结合作为说明书一部分的附图进行说明。在附图中，相同/类似的标记通常表示相同/类似的部件，除非说明书中另有说明。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的用来举例说明的实施方式不应认为是对本申请的限定。在不偏离本申请表述的主题的精神或范围的情况下，可以采用本申请的其他实施方式，并且可以对本申请做出其他变化。应该很容易理解，可以对本说明书中一般性描述的、附图中图解说明的本申请的各个方面进行各种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些改变都显然在预料之中，并构成本申请的一部分。

参照图1和图2，机器人关节减速输出机构包括电机31、行星减速器装置和位置反馈装置，行星减速器装置包括太阳齿轮21、行星齿轮组22、行星轴23、销钉24、内齿圈25、角接触轴承26、行星架基座27、行星架压盖28和输出端法兰盘29，位置反馈装置包括磁性元件11、磁编码器12和信号连接线13。其中，电机31的电机输出轴311与太阳齿轮21固定，并带动其转动，进而太阳齿轮21带动行星齿轮组22转动，实现第一次减速、增大扭矩，转动方向相反；接着，行星齿轮组22带动内齿圈25转动，实现第二次减速、增加扭矩，转动方向相同；内齿圈25与输出端法兰盘29固定，则输出端法兰盘29随内齿圈25一同转动。

参考图3，电机输出轴311与太阳齿轮21通过过盈配合连接，并用销钉24固定，避免太阳齿21在轴向和径向两个方向上松动，保证传动的速度、角度、力矩等数据不失真。电机31可以为不带减速的普通电机，也可以为自带减速的减速电机，根据具体工况而定。

行星减速器的最终输出轴为内齿圈25，该内齿圈直径大、刚度大，可直接连接负载。行星轴23通过过盈配合压配到行星架基座27对应孔内，行星齿轮组22装配到对应行星轴23上，带有行星齿轮组22的行星架基座27安装到装配有两个角接触轴承26的内齿圈25上，再盖上行星架压盖28并固定。其中，角接触轴承26能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷，保证整个输出机构的传动精度和负载能力。星齿轮组22包括但不限于3个齿轮，可根据需要设计为4个、5个或多个，行星齿个数越多，承受的负载强度就越大，但对加工精度要求也越高，应根据具体工况选择。太阳齿轮21、行星齿轮组22和内齿圈25都为直齿齿轮，特殊工况也可选用斜齿齿轮，直齿加工工艺简单，成本低；斜齿加工工艺复杂，成本高，但是承受扭矩越高，重合度高，转动更加平稳，噪音越小，应根据具体工况选择齿型。

参照图1和图2，磁性元件31通过过盈配合压配到输出端法兰盘29对应中心位置上，磁编码器32固定到行星架压盖28对应槽内，通过磁性元件31实时读取输出端法兰盘29的转动角度位置，配合驱动器实现高精度角度控制。行星架基座27和行星架压盖28设置有可穿线的线槽，方便编码器信号连接线13穿过，避免信号连接线13随输出端法兰盘29转动而损坏线材。输出端法兰盘29和行星架压盖28为不导磁的材料，如高强度铝合金，密度为钢的三分之一，强度足够的基础上减轻整个输出机构的重量。

本实用新型的机器人关节减速输出机构工作过程为:行星减速器的输入端接上电机31，电机31的电机输出轴311带动行星减速器的太阳齿轮21同向转动，太阳齿轮21带动行星齿轮组22转动，方向相反，第一次转速减小，扭矩增大；行星齿轮组22再带动内齿圈25转动，方向相同，第二次转速减小，扭矩增大。最终输出端的状态为：转动方向跟输入端（即电机输出端）相反，减速比=太阳齿轮21齿数/内齿圈25齿数。内齿圈25带动带有磁性元件11的输出端法兰盘29转动，方向和转速一致，磁编码器12通过检测读取磁性元件11的转动角度位置，配合驱动器实现输出端角度的精确控制。

与传统行星减速器不同的是，本实用新型提供的机器人关节减速输出机构，其行星架为固定端，内齿圈作为输出端，内齿圈齿轮强度高，可承受较大负载。输出端是一个绕中心轴转动的大法兰盘，安装方便，刚性大，可承受较大扭转负载。通过设置两个大外径的角接触轴承，能同时承受较大的径向负载和轴向负载，提高整个输出机构的传动精度和负载能力。在中心轴方向上预留有空间安装位置反馈装置，减小安装误差，提高控制精度。整个输出机构空间利用率高，结构紧凑，所采用的零部件易于加工，成本低。

前述已通过框图、流程图和/或实施例子进行了详细描述，阐明了本申请装置和/或方法的不同实施方式。当这些框图、流程图和/或实施例包含一个或多个功能和/或操作时，本领域的技术人员会明白，这些框图、流程图和/或实施例中的各功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合而单独地和/或共同地实施。本领域的技术人员会认识到，以本说明书中说明的方式描述装置和/或方法，然后进行工程实践以将所描述的装置和/或方法集成到数据处理系统中，在本领域里是很常见的。也就是说，本说明书中描述的装置和/或方法中的至少一部分，可通过合理数量的实验集成到数据处理系统中。对于本说明书中所用的基本上任何复数和/或单数术语，本领域的技术人员可以将复数解释为单数和/或将单数解释为复数，只要这样做从上下文和/或应用上看是合适的即可。为了清楚起见，在本说明书中可能将各种单数/复数组合明确地表述出来。

本申请中公开了本申请的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本申请的其它方面和实施方式。本申请中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本申请的限定，本申请的真正保护范围和精神应当以下面的权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，包括电机、行星减速器装置和位置反馈装置，所述行星减速器装置包括太阳齿轮、行星齿轮组、行星轴、销钉、内齿圈、角接触轴承、行星架基座、行星架压盖和输出端法兰盘，所述位置反馈装置包括磁性元件、磁编码器和信号连接线，其中所述电机的电机输出轴与太阳齿轮固定，并带动其转动，进而太阳齿轮带动行星齿轮组转动，实现第一次减速、增大扭矩；行星齿轮组带动内齿圈转动，实现第二次减速、增加扭矩；内齿圈与输出端法兰盘固定，则输出端法兰盘随内齿圈一同转动。

2.如权利要求1所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述电机输出轴与太阳齿轮通过过盈配合连接，并用销钉固定，避免太阳齿在轴向和径向两个方向上松动。

3.如权利要求1所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述行星减速器的最终输出轴为内齿圈，该内齿圈直径大、刚度大，可直接连接负载。

4.如权利要求1所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述行星轴通过过盈配合压配到行星架基座对应孔内，所述行星齿轮组装配到对应行星轴上，所述带有行星齿轮组的行星架基座安装到装配有两个角接触轴承的内齿圈上，再盖上行星架压盖并固定，所述角接触轴承能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷，保证整个输出机构的传动精度和负载能力。

5.如权利要求1所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述星齿轮组包括但不限于3个齿轮，可根据需要设计为4个或多个；所述太阳齿轮、行星齿轮组和内齿圈都为直齿齿轮，特殊工况也可选用斜齿齿轮。

6.如权利要求1所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述磁性元件通过过盈配合压配到输出端法兰盘对应中心位置上，磁编码器固定到行星架压盖对应槽内，通过磁性元件实时读取输出端法兰盘的转动角度位置，配合驱动器实现高精度角度控制。

7.如权利要求6所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述行星架基座和行星架压盖设置有可穿线的线槽，方便编码器信号连接线穿过，避免信号连接线随输出端法兰盘转动而损坏线材。

8.如权利要求6所述的一种机器人关节减速输出机构，其特征在于，所述输出端法兰盘和行星架压盖为不导磁的材料，如高强度铝合金。

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