CN214643643U - 一种直接集成谐波传动部件的模块化关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，属于机器人技术领域，包括具有中心孔且转动连接在支座上的输入轴，输入轴的中心孔内设有输出轴，且输出轴的两端伸出输入轴并通过轴承支撑在支座上，输入轴连接有谐波传动机构；谐波传动机构包括柔性轴承、带有外齿圈的柔轮和带有内齿圈的刚轮，柔性轴承套在输入轴的一端以形成波发生器，柔轮固定在支座上对应于柔性轴承的位置，刚轮与柔轮啮合且与输出轴固定连接；波发生器由电机驱动，电机转子套设在输入轴上且与其固定连接，电机定子固定在支座上。本实用新型将谐波减速器集成在关节上，具有关节集成度高、结构紧凑、体积小的特点，解决了现有关节尺寸、关节设计受谐波减速器制约的问题。

Description

一种直接集成谐波传动部件的模块化关节

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种直接集成谐波传动部件的模块化关节。

背景技术

模块化技术已广泛用于机器人技术领域的产品开发和设计中。变形和可重构机器人的核心思想是模块化，整个机器人是多个模块的有效结合。而随着轻型机器人产业的不断发展，关节向着高集成度及低成本的趋势发展。

谐波传动是模块化关节中常用的传动形式，一般模块化关节均采用成品谐波减速器进行组装，关节的尺寸、设计都会受到谐波减速器的制约，并且谐波减速器一般使用交叉滚子轴承，带来了成本过高的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，以提高关节的集成度，缩小关节的体积。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，包括具有中心孔且转动连接在支座上的输入轴，输入轴的中心孔内设有输出轴，且输出轴的两端伸出输入轴并通过轴承支撑在支座上，输入轴连接有谐波传动机构；谐波传动机构包括柔性轴承、带有外齿圈的柔轮和带有内齿圈的刚轮，柔性轴承套设在输入轴的一端以形成波发生器，柔轮固定在支座上对应于柔性轴承的位置，刚轮与柔轮啮合且与输出轴固定连接；波发生器由电机驱动，电机转子套设在输入轴上且与其固定连接，设置在电机转子周向的电机定子固定在支座上。

可选地，所述谐波传动机构的刚轮通过设置在支座上的一对角接触球轴承与支座转动连接。

可选地，所述输出轴具有大端和小端；谐波传动机构的刚轮与输出轴的大端之间设有输出端盘，输出端盘和刚轮与输出轴可拆卸连接。

可选地，所述谐波传动机构的柔轮为T型，具有大端和小端，谐波传动机构的柔轮小端设有与谐波传动机构的刚轮内齿圈啮合的外齿圈，谐波传动机构的柔轮大端与支座可拆卸连接。

可选地，支座包括分别位于输出轴两端的前端盖和后端盖，谐波传动机构的柔轮大端与位于电机定子外侧的电机外壳可拆卸连接，电机外壳的两端分别与前端盖和后端盖可拆卸连接。

可选地，还包括设置在电机远离谐波传动机构柔轮一侧的制动器，制动器的制动部分与输入轴通过花键连接，制动器的固定部分与后端盖可拆卸连接。

可选地，所述制动器的固定部分固定在位于制动器周向的制动器外壳上，制动器外壳两端分别与电机外壳和后端盖可拆卸连接。

可选地，电机外壳朝向制动器的一侧敞开。

可选地，还包括与输入轴连接的输入端编码器，输入端编码器包括固定在输入轴上的输入端编码器转子和对应于输入端编码器转子位置设置的固定在支座上的输入端编码器定子。

可选地，还包括与输出轴连接的输出端编码器，输出端编码器包括固定在输出轴上的输出端编码器转子和对应于输出端编码器转子位置设置的固定在支座上的输出端编码器定子。

本实用新型的有益效果在于：通过将具有空心结构的输入轴套在输出轴上，极大地缩小了关节体积，使得关节结构更为紧凑；通过直接集成谐波传动部件，使得关节的集成度与设计灵活度更高；通过使用一对角接触球轴承替代现有技术中的交叉滚子轴承，极大地降低了成本。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型一种直接集成谐波传动部件的模块化关节的结构示意图。

附图标记：输出轴1、输出端盘2、前端盖3、刚轮4、柔轮5、电机外壳6、电机定子7、电机转子8、输入轴9、制动器外壳10、后端盖11、第一密封圈12、第一轴承13、第二轴承14、第三轴承15、柔性轴承16、毛毡圈17、输入端编码器转子18、输入端编码器定子19、第四轴承20、制动器21、输出端编码器转子22、输出端编码器定子23、套筒24、第五轴承25。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，包括具有中心孔且转动连接在支座上的输入轴9，输入轴9的中心孔内设有输出轴1，且输出轴1的两端伸出输入轴9并通过轴承支撑在支座上，输入轴9连接有谐波传动机构，谐波传动机构包括柔性轴承16、带有外齿圈的柔轮5和带有内齿圈的刚轮4，柔性轴承16套设在输入轴9的一端以形成波发生器，柔轮5固定在支座上对应于柔性轴承16的位置，刚轮4与柔轮5啮合且与输出轴1固定连接，并通过设置在支座上的一对角接触球轴承与支座转动连接；波发生器由电机驱动，电机转子8套设在输入轴9上且与其固定连接，设置在电机转子8周向的电机定子7固定在支座上。

本实用新型将谐波减速器集成在关节上，具有关节集成度高、结构紧凑、体积小的特点，解决了现有关节尺寸、关节设计受谐波减速器制约的问题。

优选地，输出轴1具有大端和小端，谐波传动机构的刚轮4与输出轴1的大端之间设有输出端盘2，输出端盘2和刚轮4通过螺钉与输出轴1可拆卸连接。

优选地，谐波传动机构的柔轮5为T型，具有大端和小端，谐波传动机构的柔轮5的小端设有与谐波传动机构的刚轮4的内齿圈啮合的外齿圈，谐波传动机构的柔轮5的大端与支座可拆卸连接。

优选地，支座包括分别位于输出轴1的前后两端的前端盖3和后端盖11，谐波传动机构的柔轮5大端与位于电机定子7外侧的电机外壳6可拆卸连接，电机外壳6的前后两端分别与前端盖3和后端盖11可拆卸连接。

优选地，还包括设置在电机远离谐波传动机构柔轮5一侧的制动器21，制动器21的制动部分与输入轴9通过花键连接，制动器21的固定部分与后端盖11可拆卸连接。

优选地，制动器21的固定部分固定在位于制动器21周向的制动器21外壳10上，制动器外壳10的前后两端分别与电机外壳6的后端和后端盖11的前端可拆卸连接。

优选地，位于电机定子7外侧的电机外壳6朝向制动器21的一侧敞开。

优选地，还包括与输入轴9连接的输入端编码器，输入端编码器包括固定在输入轴9上的输入端编码器转子18和设置在支座上对应于输入端编码器转子18位置的输入端编码器定子19。

优选地，还包括与输出轴1连接的输出端编码器，输出端编码器包括固定在输出轴1上的输出端编码器转子22和设置在支座上对应于输出端编码器转子22位置的输出端编码器定子23。

实施例

一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，包括具有中心孔且转动连接在支座上的输入轴9，输入轴9的中心孔内设有输出轴1，且输出轴1的两端伸出输入轴9并通过轴承支撑在支座上。输出轴1呈T型，具有大端和小端。输入轴9上顺次设有谐波传动机构、电机和制动器21，且谐波传动机构靠近输出轴1的大端一侧。谐波传动机构包括柔性轴承16、带有外齿圈的柔性柔轮5、带有内齿圈的刚性刚轮4；柔性轴承16套设在输入轴9上以与输入轴9组成波发生器，且靠近输入轴9的大端，输入轴9与柔性轴承16装配的部分是椭圆。谐波传动机构的波发生器由电机驱动，电机包括电机转子8、电机定子7和电机外壳6，电机转子8套设在输入轴9的中部且与其固定连接，电机外壳6朝向制动器21的一侧敞开，电机定子7固定在电机外壳6内侧。制动器21包括制动部分、固定部分和制动器外壳10，制动器21的制动部分与输入轴9通过花键连接，制动器21的固定部分通过螺钉与制动器外壳10固定。

支座包括分别位于输出轴1两端的前端盖3和后端盖11，其中前端盖3位于输出轴1的大端；刚轮4通过设置在前端盖3上的一对类型为角接触球轴承的第二轴承14和第三轴承15与前端盖3转动连接；第二轴承14通过设置在输出轴1与前端盖3之间的第一密封圈12密封。刚轮4与输出轴1的大端之间设有输出端盘2，输出端盘2和刚轮4通过螺钉与输出轴1可拆卸连接。输入轴9的一端通过位于其端部的第一轴承13支撑在输出端盘2上，另一端通过设置在制动器外壳10上的第四轴承20支撑在制动器外壳10上。输出轴1的一端通过位于其端部的一对角接触球轴承(即第二轴承14和第三轴承15)支撑在输出端盘2上，另一端通过设置在后端盖11上的第五轴承25支撑在后端盖11上。柔轮5为T型，具有大端和小端，柔轮5的小端设有与谐波传动机构的刚轮4的内齿圈啮合的外齿圈，柔轮5的大端与位于电机定子7外侧的电机外壳6可拆卸连接，电机外壳6与前端盖3可拆卸连接，电机外壳6与输入轴之间通过安装在输入轴9上的毛毡圈17密封。

本实施例中的输入轴9连接有输入端编码器，输入端编码器位于电机和制动器21之间，输入端编码器包括固定在输入轴9上的输入端编码器转子18和固定在制动器外壳10上的输入端编码器定子19。

本实施例中的输出轴1连接有输出端编码器，输出端编码器位于电机和后端盖11之间，输出端编码器包括固定在套筒24上的输出端编码器转子22和固定在后端盖11上的输出端编码器定子23，套筒24位于制动器21和第五轴承25之间的，套筒24套设在输出轴1上且与其固定连接。

本实施例的工作原理为：柔轮5相对于支座固定，刚轮4与输出轴1、输出端盘2固定连接，作为输出端；电机的转子固定在输入轴9上，由于输入轴9与柔性轴承16装配部分的横截面呈椭圆，因此通过输入轴9的转动可使柔性轴承16变形，进而使柔轮5产生变形，柔轮5与刚轮4通过齿啮合传动，进而实现了将输入轴9的高速旋转运动转换为低速旋转的输出轴1输出。

本实用新型是一种集成度更高、设计更灵活、成本更低的模块化关节；通过将具有空心结构的输入轴9套在输出轴1上，极大地缩小了关节体积，使得关节结构更为紧凑；通过直接集成谐波传动部件，使得关节的集成度与设计灵活度更高；通过使用一对角接触球轴承替代现有技术中的交叉滚子轴承，极大地降低了成本。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：包括具有中心孔且转动连接在支座上的输入轴，输入轴的中心孔内设有输出轴，且输出轴的两端伸出输入轴并通过轴承支撑在支座上，输入轴连接有谐波传动机构；谐波传动机构包括柔性轴承、带有外齿圈的柔轮和带有内齿圈的刚轮，柔性轴承套设在输入轴的一端以形成波发生器，柔轮固定在支座上对应于柔性轴承的位置，刚轮与柔轮啮合且与输出轴固定连接；波发生器由电机驱动，电机转子套设在输入轴上且与其固定连接，设置在电机转子周向的电机定子固定在支座上。

2.根据权利要求1所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：所述谐波传动机构的刚轮通过设置在支座上的一对角接触球轴承与支座转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：所述输出轴具有大端和小端；谐波传动机构的刚轮与输出轴的大端之间设有输出端盘，输出端盘和刚轮与输出轴可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：所述谐波传动机构的柔轮为T型，具有大端和小端，谐波传动机构的柔轮小端设有与谐波传动机构的刚轮内齿圈啮合的外齿圈，谐波传动机构的柔轮大端与支座可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：支座包括分别位于输出轴两端的前端盖和后端盖，谐波传动机构的柔轮大端与位于电机定子外侧的电机外壳可拆卸连接，电机外壳的两端分别与前端盖和后端盖可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：还包括设置在电机远离谐波传动机构柔轮一侧的制动器，制动器的制动部分与输入轴通过花键连接，制动器的固定部分与后端盖可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：所述制动器的固定部分固定在位于制动器周向的制动器外壳上，制动器外壳两端分别与电机外壳和后端盖可拆卸连接。

8.根据权利要求7所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：电机外壳朝向制动器的一侧敞开。

9.根据权利要求1所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：还包括与输入轴连接的输入端编码器，输入端编码器包括固定在输入轴上的输入端编码器转子和对应于输入端编码器转子位置设置的固定在支座上的输入端编码器定子。

10.根据权利要求1所述的一种直接集成谐波传动部件的模块化关节，其特征在于：还包括与输出轴连接的输出端编码器，输出端编码器包括固定在输出轴上的输出端编码器转子和对应于输出端编码器转子位置设置的固定在支座上的输出端编码器定子。

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