CN215318786U - 一种基于摆线减速器的机器人关节模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于摆线减速器的机器人关节模组，包括电机外壳、驱动器组件、无刷电机组件、以及摆线减速器组件；摆线减速器组件具有与无刷电机组件传动连接的输入轴，且输入轴上安装有两个偏心轴承；摆线减速器组件还包括齿壳、摆线轮；摆线轮开设有中心孔，两个偏心轴承错位安装，且两个偏心轴承的错位角度为180°。本实用新型的关节模组采用摆线减速器作为减速模块，单级能够提供较高的减速比，结构简单，占用的轴向径向空间均较小，伴随着也具有较低的重量；该关节模组具有电能到动能的转化效率高、额定输出扭矩大的优点，更易达到智能机器人在极小空间中输出较大力矩的需求，更能满足大扭矩高效率的输出场景。

Description

一种基于摆线减速器的机器人关节模组

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种基于摆线减速器的机器人关节模组。

背景技术

随着科学技术的发展，智能机器人一直是近年来国内外研究的重点。智能机器人因其结构、重力、动力、强度、功能等的约束，需要一种体积小、重量轻、惯量低、结构紧凑、功率高的关节模组来支持机器人的各种需求。

目前的智能机器人关节模组一般采用电机配合普通行星减速器或者谐波减速器用以达到在极小空间中输出较大力矩的效果。

现有技术中，行星减速器由太阳轮、多个行星轮、行星轮支撑轴、齿圈、力矩输出法兰盘组成，受结构尺寸限制单级减速比较低(一般G＜10)，多级减速会大大降低传动效率，在某些需要大扭矩高效率的输出的场景无法应用；

谐波减速器由波发生器、柔轮、柔性轴承、刚轮四个基本构件组成，具有较高的减速比(一般G＞30)，柔性轮结构在运作过程中容易产生材料疲劳，影响关节模组的寿命；且在某些需要低速比(G＜30)或者高使用寿命的输出的场景下也无法应用。

同时，现有技术中的基于谐波减速器的智能机器人关节模组中，谐波减速器结构使用了柔性轮，存在材料疲劳的问题，导致使用寿命较低，另外，结构较复杂，占用空间较大，导致整体重量较重；

现有技术中的基于行星减速器的关节动力模组中，行星减速器在同等空间下，减速比和传动效率比较低，齿轮结构较多，承受力的强度也较差。

综上所述，基于上述现有技术存在的问题，本领域的技术人员亟需研发一种基于摆线减速器的机器人关节模组。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有高速比和高效率的特点、结构紧凑体积小、运转平稳噪声低、且使用寿命长的基于摆线减速器的机器人关节模组。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，该关节模组包括：

电机外壳；

与所述电机外壳连接的驱动器组件；

集成于所述电机外壳内部的无刷电机组件；以及

与所述无刷电机组件传动、并集成于所述电机外壳相对于所述驱动器组件一侧的摆线减速器组件；

所述摆线减速器组件具有与所述无刷电机组件传动连接的输入轴，且所述输入轴上安装有两个偏心轴承；

所述摆线减速器组件还包括：

齿壳，所述齿壳内壁沿其周向间隔布置有多个针齿；以及

嵌入所述齿壳内部、并与所述针齿啮合的摆线轮；

所述摆线轮开设有中心孔，两个所述偏心轴承错位安装，且两个所述偏心轴承的错位角度为180°。

进一步的，所述驱动器组件包括：

安装于所述电机外壳一端的驱动电路板，该驱动电路板作为该关节模组的驱动器；以及

与所述电机外壳的端部连接、并罩设于所述驱动电路板外部的电路板保护盖。

进一步的，所述无刷电机组件包括：

安装于所述电机外壳内部的电机定子；以及

与所述电机定子配合的电机转子；

所述电机转子靠近所述驱动器组件一端凸出有转子连接部，所述转子连接部通过转子支撑轴承与所述电机外壳装配；

所述电机转子远离所述转子支撑轴承一端与所述输入轴连接以驱动所述输入轴转动。

进一步的，所述摆线减速器组件还包括：

通过第一法兰支撑轴承与所述齿壳连接、并靠近所述电机转子一侧的法兰盘；以及

通过第二法兰支撑轴承与所述齿壳连接、并远离所述电机转子一侧的输出法兰盘；

所述摆线轮的数量为两个，每个所述摆线轮对应一个所述偏心轴承；

所述摆线轮的周向开设有多个柱销孔；

所述输出法兰盘朝向所述摆线轮一侧凸出形成有柱销，所述柱销嵌入所述柱销孔内以与所述摆线轮连接，且所述柱销外部套设有柱销套。

进一步的，所述输入轴包括：

靠近所述电机转子一端、并与所述电机转子连接的第一轴体部，所述第一轴体部通过输入支撑轴承与所述法兰盘连接；

靠近所述输出法兰盘一端、并与所述输出法兰盘通过输入支撑轴承连接的第二轴体部；以及

位于所述第一轴体部和第二轴体部之间的两个凸出轴体部；

两个所述凸出轴体部朝向相反的方向凸出，所述凸出轴体部与所述摆线轮匹配以通过其凸出方向相反而形成两个所述摆线轮呈180°错位角。

在上述技术方案中，本实用新型提供的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，具有以下有益效果：

本实用新型的关节模组采用摆线减速器作为减速模块，单级能够提供较高的减速比，结构简单，占用的轴向径向空间均较小，伴随着也具有较低的重量；该关节模组具有电能到动能的转化效率高、额定输出扭矩大的优点，更易达到智能机器人在极小空间中输出较大力矩的需求，更能满足大扭矩高效率的输出场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于摆线减速器的机器人关节模组的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于摆线减速器的机器人关节模组的结构剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种基于摆线减速器的机器人关节模组的结构爆炸图。

附图标记说明：

1、电机外壳；2、驱动器组件；3、无刷电机组件；4、摆线减速器组件；

201、驱动电路板；202、电路板保护盖；

301、电机转子；302、电机定子；303、转子连接部；304、转子支撑轴承；

401、输入轴；402、齿壳；403、法兰盘；404、输出法兰盘；405、第一法兰支撑轴承；406、第二法兰支撑轴承；407、偏心轴承；408、摆线轮；409、输入支撑轴承；

40101、第一轴体部；40102、第二轴体部；40103、凸出轴体部；

40201、针齿；

40401、柱销；40402、柱销套；

40801、柱销孔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

参见图1～图3所示；

本实用新型的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，该关节模组包括：

电机外壳1；

与电机外壳1连接的驱动器组件2；

集成于电机外壳1内部的无刷电机组件3；以及

与无刷电机组件3传动、并集成于电机外壳1相对于驱动器组件2一侧的摆线减速器组件4；

摆线减速器组件4具有与无刷电机组件2传动连接的输入轴401，且输入轴401上安装有两个偏心轴承407；

摆线减速器组件4还包括：

齿壳402，齿壳402内壁沿其周向间隔布置有多个针齿40201；以及

嵌入齿壳402内部、并与针齿40201啮合的摆线轮408；

摆线轮408开设有中心孔，两个偏心轴承407错位安装，且两个偏心轴承407的错位角度为180°。

具体的，本实施例公开了一种基于摆线减速器的机器人用关节模组，其包括电机外壳1、驱动器组件2、无刷电机组件3以及摆线减速器组件4；其中，摆线减速器组件4通过输入轴401与无刷电机组件3传动。本实施例的驱动器组件2为模组提供电力驱动，而无刷电机组件3能够将电能转化为动能，另外，上述的摆线减速器是一种采用摆线轮408和齿壳402的针齿40201啮合的新型传动结构，其中，输入轴401上安装有错位角度为180°的两个偏心轴承407，而两个摆线轮407的中心孔作为偏心轴承407的滚道，并由摆线轮408与齿壳402上一组环形排列的针齿40201啮合，提供低速的输出。本实施例的关节模组通过摆线减速器的减速，在输出轴输出较大且平稳的力矩，以及较低的旋转速度。

优选的，本实施例的驱动器组件2包括：

安装于电机外壳1一端的驱动电路板201，该驱动电路板201作为该关节模组的驱动器；以及

与电机外壳1的端部连接、并罩设于驱动电路板201外部的电路板保护盖202。

其中，上述的无刷电机组件3包括：

安装于电机外壳1内部的电机定子302；以及

与电机定子302配合的电机转子301；

电机转子301靠近驱动器组件2一端凸出有转子连接部303，转子连接部303通过转子支撑轴承304与电机外壳1装配；

电机转子301远离转子支撑轴承304一端与输入轴401连接以驱动输入轴401转动。

该处详细介绍了驱动器组件2和无刷电机组件3的结构和作用原理，本实施例的驱动器组件2主要提供电力输出，而上述的驱动电路板201作为驱动器使用，其与电机外壳1直接连接，并利用上述的电路板保护盖202包裹和保护。而无刷电机组件3结构组成如上所述，其通过电机定子302和电机转子301将驱动器组件2输出的电能转化为动能，并传输给工艺下游的输入轴401。

优选的，本实施例的摆线减速器组件4还包括：

通过第一法兰支撑轴承405与齿壳402连接、并靠近电机转子301一侧的法兰盘403；以及

通过第二法兰支撑轴承406与齿壳402连接、并远离电机转子301一侧的输出法兰盘404；

摆线轮408的数量为两个，每个摆线轮408对应一个偏心轴承407；

摆线轮408的周向开设有多个柱销孔40801；

输出法兰盘404朝向摆线轮408一侧凸出形成有柱销40401，柱销40401嵌入柱销孔40801内以与摆线轮408连接，且柱销40401外部套设有柱销套40402。

更为优选的是：

本实施例的输入轴401包括：

靠近电机转子301一端、并与电机转子301连接的第一轴体部40101，第一轴体部40101通过输入支撑轴承409与法兰盘403连接；

靠近输出法兰盘404一端、并与输出法兰盘404通过输入支撑轴承409连接的第二轴体部40102；以及

位于第一轴体部40101和第二轴体部40102之间的两个凸出轴体部40103；

两个凸出轴体部40103朝向相反的方向凸出，凸出轴体部40103与摆线轮408匹配以通过其凸出方向相反而形成两个摆线轮408呈180°错位角。

该处详细介绍了摆线减速器组件4的结构组成和作用原理，上述的两个偏心轴承407分别安装在输入轴401的两个凸出轴体部40103，并伴随着输入轴401的转动而驱动两个偏心轴承407在摆线轮408的中心孔内转动，而两个摆线轮408的外侧与齿壳402的针齿40201啮合，并通过上述的柱销套40402与输出法兰盘404连接，实现联动，由摆线轮408带动法兰盘403和输出法兰盘404转动。

本实施例的摆线减速器具有高速比和高效率的优点，单级传动就能够达到1:87的减速比，效率在90％以上，如果采用多级传动，减速比更大；该关节模组结构紧凑体积小，由于输入轴401、电机转子301和输出法兰盘404同轴布置，使其机型能够尽可能缩小。运转平稳噪声低，具有机件平衡的机理，使其振动和噪声限制在最小程度，力矩波动小。该模组使用可靠、寿命长，本实施例的模组的主要零件采用高碳铬钢材料，经淬火处理(HRC58～62)获得高强度，并且部分传动接触采用了滚动摩擦，所以经久耐用寿命长。

本实施例的模组摆线轮408和针齿40201啮合齿数较多，重叠系数大，使得负载能力更强。

在上述技术方案中，本实用新型提供的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，具有以下有益效果：

本实用新型的关节模组采用摆线减速器作为减速模块，单级能够提供较高的减速比，结构简单，占用的轴向径向空间均较小，伴随着也具有较低的重量；该关节模组具有电能到动能的转化效率高、额定输出扭矩大的优点，更易达到智能机器人在极小空间中输出较大力矩的需求，更能满足大扭矩高效率的输出场景。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于摆线减速器的机器人关节模组，其特征在于，该关节模组包括：

电机外壳(1)；

与所述电机外壳(1)连接的驱动器组件(2)；

集成于所述电机外壳(1)内部的无刷电机组件(3)；以及

与所述无刷电机组件(3)传动、并集成于所述电机外壳(1)相对于所述驱动器组件(2)一侧的摆线减速器组件(4)；

所述摆线减速器组件(4)具有与所述无刷电机组件(3)传动连接的输入轴(401)，且所述输入轴(401)上安装有两个偏心轴承(407)；

所述摆线减速器组件(4)还包括：

齿壳，所述齿壳(402)内壁沿其周向间隔布置有多个针齿(40201)；以及

嵌入所述齿壳(402)内部、并与所述针齿(40201)啮合的摆线轮(408)；

所述摆线轮(408)开设有中心孔，两个所述偏心轴承(407)错位安装，且两个所述偏心轴承(407)的错位角度为180°。

2.根据权利要求1所述的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，其特征在于，所述驱动器组件(2)包括：

安装于所述电机外壳(1)一端的驱动电路板(201)，该驱动电路板(201)作为该关节模组的驱动器；以及

与所述电机外壳(1)的端部连接、并罩设于所述驱动电路板(201)外部的电路板保护盖(202)。

3.根据权利要求1所述的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，其特征在于，所述无刷电机组件(3)包括：

安装于所述电机外壳(1)内部的电机定子(302)；以及

与所述电机定子(302)配合的电机转子(301)；

所述电机转子(301)靠近所述驱动器组件(2)一端凸出有转子连接部(303)，所述转子连接部(303)通过转子支撑轴承(304)与所述电机外壳(1)装配；

所述电机转子(301)远离所述转子支撑轴承(304)一端与所述输入轴(401)连接以驱动所述输入轴(401)转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，其特征在于，所述摆线减速器组件(4)还包括：

通过第一法兰支撑轴承(405)与所述齿壳(402)连接、并靠近所述电机转子(301)一侧的法兰盘(403)；以及

通过第二法兰支撑轴承(406)与所述齿壳(402)连接、并远离所述电机转子(301)一侧的输出法兰盘(404)；

所述摆线轮(408)的数量为两个，每个所述摆线轮(408)对应一个所述偏心轴承(407)；

所述摆线轮(408)的周向开设有多个柱销孔(40801)；

所述输出法兰盘(404)朝向所述摆线轮(408)一侧凸出形成有柱销(40401)，所述柱销(40401)嵌入所述柱销孔(40801)内以与所述摆线轮(408)连接，且所述柱销(40401)外部套设有柱销套(40402)。

5.根据权利要求4所述的一种基于摆线减速器的机器人关节模组，其特征在于，所述输入轴(401)包括：

靠近所述电机转子(301)一端、并与所述电机转子(301)连接的第一轴体部(40101)，所述第一轴体部(40101)通过输入支撑轴承(409)与所述法兰盘(403)连接；

靠近所述输出法兰盘(404)一端、并与所述输出法兰盘(404)通过输入支撑轴承(409)连接的第二轴体部(40102)；以及

位于所述第一轴体部(40101)和第二轴体部(40102)之间的两个凸出轴体部(40103)；

两个所述凸出轴体部(40103)朝向相反的方向凸出，所述凸出轴体部(40103)与所述摆线轮(408)匹配以通过其凸出方向相反而形成两个所述摆线轮(408)呈180°错位角。

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