CN217669390U - 一种关节驱动机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械臂技术领域，公开了一种关节驱动机构，包括柔轮、内环、外环和弹性件；所述柔轮的一端具有第一斜面；所述内环套设在柔轮的外侧，所述内环具有与第一斜面配合的第二斜面；所述外环设置于内环的外侧，通过滚子与其连接；所述弹性件的一端与柔轮连接，另一端与内环连接；所述柔轮远离第一斜面的一端与外环连接。本发明能够保护柔轮不被超负荷外力超负荷外力矩所破坏，增加谐波减速机的使用寿命和抗风险能力。本发明还公开了一种具有上述关节驱动机构的机器人。

Description

一种关节驱动机构及机器人

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，尤其涉及一种关节驱动机构及机器人。

背景技术

谐波减速机因具有传动比大、承载能力高、体积小、重量轻、噪音小、传动精度高等优点，广泛应用于小型机器人的各个关节以及大中型机器人的末端关节。

普通谐波减速机的柔轮被固定在输出端盖或交叉滚子轴承上，当受到的外力超过减速机最大力矩时柔轮会损坏

发明内容

为了解决上述至少一个技术问题，本发明公开了一种关节驱动机构，能够保护柔轮不被超负荷外力矩所破坏，增加谐波减速机的使用寿命和抗风险能力。本发明还公开了一种具有上述关节驱动机构的机器人。本发明的具体技术方案如下：

一种关节驱动机构，包括：

柔轮，所述柔轮具有第一斜面；

内环，所述内环套设在柔轮的外侧，所述内环具有与第一斜面配合的第二斜面；外环，所述外环设置于内环的外侧，通过滚子与其连接；以及

弹性件，所述弹性件的一端与柔轮连接，另一端与内环连接。

所述第一斜面和第二斜面相互配合后，所述柔轮能够给予内环支撑能力，在此基础上，利用弹性件，使第一斜面和第二斜面紧贴，从而获得期望的静摩擦力，该静摩擦力小于谐波减速机的最大负荷力矩，当内环受到外力矩干扰时，若该外力矩超过谐波减速机的最大负荷力矩，则柔轮和内环之间产生相对转动，使柔轮受到的力矩始终小于或等于静摩擦力，从而可保护柔轮不被超负荷外力矩所破坏。

优选的，还包括：

刚轮，所述刚轮与柔轮远离第一斜面的一端啮合，并与外环连接。

由于柔轮的两端之间具有一定的距离，刚轮的设置能够提供了过渡部件，以实现柔轮和外环的连接，从而确保柔轮和外环，以及柔轮和内环，能够对关节提供合适的传动性能。

优选的，所述内环靠近柔轮的一侧设有第一阶梯；

所述弹性件包括相互连接的连接段和抵触段；

所述连接段与柔轮可拆卸连接，所述抵触段与第一阶梯抵触。

所述第一阶梯能够为弹性件提供合适的压紧位置，从而确保第一斜面和第二斜面之间的接触性能，而提供所期望的静摩擦力。

优选的，所述抵触段与第一阶梯的台阶面抵触，所述抵触段与第一阶梯的侧面之间具有间隙。

由于间隙的存在，使避免了抵触段对柔轮的运动影响，避免了受力不均。

优选的，所述连接段与柔轮螺纹连接。

利用螺纹的形式连接连接段和柔轮，能够方便的实现弹性件安装。

优选的，所述柔轮于第一斜面远离刚轮的一端设有第二阶梯；所述连接段于第二阶梯与柔轮连接。

所述第二阶梯可很好的容纳弹性件，节省了安装空间，进一步缩小了整体结构。

优选的，所述连接段与第二阶梯的侧面连接。

由于连接段与第二阶梯的侧面连接，因此弹性件实际套接在柔轮的外侧，由此更好的为装配过程带来便捷性。

优选的，所述刚轮通过固定件与外环连接。

由于刚轮和外环之间具有一定的距离，因此两者通过固定件连接能够保证同步运动的稳定性。

机器人，包括：

若干关节，任意相邻两个关节为第一关节和第二关节，所述第一关节和第二关节通过如上所述的关节驱动机构连接。

当机器人采用上述关节驱动机构后，能够避免柔轮被外力破坏。

优选的，所述第一关节与外环连接，所述第二关节与内环连接。

在具体使用时，当第一关节遭遇超负荷外力矩时，使柔轮和外环之间产生相对转动，从而避免柔轮被外力破坏。

和现有技术相比，本发明解决了受外力时，柔轮容易损坏的问题，具体的，利用柔轮分别与第一端盖和外环之间的静摩擦力，在受外力时，使柔轮与第一端盖和外环之间形成相对转动，从而保护柔轮；本发明通过机器人的技术方案解决了关节驱动机构的实际应用问题，确保了机器人的使用安全。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为图1的A处放大图。

图中：1-中心轴；2-电机定子；3-转子凸轮；4-深沟球轴承；5-柔性轴承；6-柔轮；7-内环；8-外环；9-弹性件；10-滚子；11-刚轮；12-第一阶梯；13-连接段；14-抵触段；15-间隙；16-第二阶梯。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本实施例应用于机器人或机械臂的关节，可以知道的是，在关节驱动的结构中，具有中心轴1、电机定子2和转子凸轮3；所述中心轴1为空心阶梯轴，所述电机定子2套设在中心轴1的外侧，所述转子凸轮3的小径内侧通过深沟球轴承4套设在中心轴1的外侧，其大径处套接于电机定子2的外侧。此外，所述转子凸轮3的小径外侧设有柔性轴承5。

如图1和图2所示，一种关节驱动机构，包括柔轮6、内环7、外环8和弹性件9；所述柔轮6的一端具有第一斜面；所述内环7套设在柔轮6的外侧，所述内环7具有与第一斜面配合的第二斜面；所述外环8设置于内环7的外侧，通过滚子10与其连接；所述弹性件9的一端与柔轮6连接，另一端与内环7连接；所述柔轮6远离第一斜面的一端与外环8连接。

在本实施例中，所述电机定子2套设在中心轴1上；所述转子凸轮3的一端通过深沟球轴承4套设于中心轴1，且该段通过柔性轴承5与柔轮6连接，所述转子凸轮3的另一端套设于电机定子2。

在本实施例中，所述外环8、内环7和滚子10构成交叉滚子10轴承，以进一步减小关节整体的体积，使结构也更加紧凑，重量也更轻。

在本实施例中，所述柔轮6为帽型或U型结构，在本实施例中，所述中心轴1、电机定子2、转子凸轮3、深沟球轴承4均位于柔轮6的内部，由此很好的减少了关节尺寸和整体重量。

为了更好的使用本实施例，还包括刚轮11；所述刚轮11与柔轮6远离第一斜面的一端啮合，并与外环8连接。

在本实施例中，所述外环8和柔性轴承5之间具有一定的距离，无法实现直接连接，因而，本实施例利用刚轮11作为中间部件，实现动力传递。

其中，所述刚轮11靠近柔轮6的一侧设有第一齿部，所述柔轮6设有与第一齿部配合的第二齿部。由此，所述第一齿部与第二齿部啮合。

由于柔轮6为帽型或U型结构，因此令其一端为底端，另一端为口端。在本实施例中，所述底端位于受压于弹性件9和内环7，所述口端啮合于刚轮11。由此，可以知道的是，在具体使用时，所述电机定子2驱动转子凸轮3转动，然后经柔性轴承5将动力传递至柔轮6的口端，从而使柔轮6在转子凸轮3的作用下变形，以产生谐波传动，实现对外环8的驱动。在上述过程中，由于柔轮6的底端设置于弹性件9和内环7之处，其被压紧而产生静摩擦力。

可以理解的是，在具体使用时，所述电机定子2带动转子凸轮3转动，然后经柔性轴承5将动力传递至柔轮6的口端，从而使柔轮6在谐波的作用下变形。在上述过程中，由于柔轮6的底端通过弹性件9与内环7连接，而弹性件9同内环7之间为挤压关系，柔轮6的第一斜面和内环7的第二斜面通过弹性件9对内环7的挤压压紧，从而产生转动方向上的静摩擦力，柔轮6利用此静摩擦力带动内环7转动，由此实现关节动力输出。

为了更好的使用本实施例，所述内环7靠近柔轮6的一侧设有第一阶梯12；所述弹性件9包括相互连接的连接段13和抵触段14；所述连接段13与柔轮6可拆卸连接，所述抵触段14与第一阶梯12抵触。

在本实施例中，所述弹性件9的截面为V形结构，其延伸的端部均具有相应的弹性，即抵触段14具有形变能力。因此，当连接段13与柔轮6螺纹连接后，通过扭转程度的改变，能够调整抵触段14对内环7的抵触压力，在内环7设置阶梯端面的基础上，以垂直的作用力更好的产生符合要求的静摩擦力，从而满足驱动要求和对柔轮6的保护要求。所述弹性件9可以为橡胶材质制成。

因而，在使用本实施例时，所述转子凸轮3在电机定子2的作用下，通过柔性轴承5与柔轮6连接，以谐波造成柔轮6变形，从而利用柔轮6和刚轮11之间的啮合，最终将动力传递至内环7。此时，由于柔轮6、弹性件9和内环7之间具有静摩擦力，该静摩擦力小于谐波减速机的最大负荷力矩，当内环7承受的外力矩小于上述静摩擦力时，柔轮6依然带动内环7同步转动；当内环7受到的外力矩超过静摩擦力，达到谐波减速机的最大负荷力矩时，所述柔轮6和内环7之间发生相对转动，由此使柔轮6不会被外力破坏。

在本实施例中，所述连接段13和抵触段14一体成型。所述弹性件9为独立部件，避免额外装配而导致稳定性较低。

为了更好的使用本实施例，所述抵触段14与第一阶梯12的台阶面抵触，所述抵触段14与第一阶梯12的侧面之间具有间隙15。所述连接段13与柔轮6螺纹连接。

在本实施例中，所述间隙15除了确保受力均匀外，还能够配合螺纹连接的关系，方便取出或安装弹性件9。在此基础上，利用抵触段14的弹性，更好的调整弹性件9、柔轮6、内环7之间的接触作用力。

在另外的一些实施例中，所述连接段13与内环7螺纹连接，所述抵触段14与柔轮6接触，该方案和本实施例类似，此处不再累述。

为了更好的使用本实施例，所述柔轮6于第一斜面远离刚轮11的一端设有第二阶梯16；所述连接段13于第二阶梯16与柔轮6连接。所述连接段13与第二阶梯16的侧面连接。

所述第二阶梯16的实质是，为弹性件9提供容置空间，以避免设置弹性件9而导致整体结构尺寸增加。

为了更好的使用本实施例，所述刚轮11通过固定件与外环8连接。

在本实施例中，所述外环8和刚轮11通过螺钉或螺栓或其他固定件连接，当柔轮6受谐波驱动后，由于柔轮6与刚轮11啮合、刚轮11与外环8连接，因而柔轮6能够满足关节的驱动要求。

在上述实施例的基础上，本实施例公开了一种机器人，包括若干关节；任意相邻两个关节为第一关节和第二关节，所述第一关节和第二关节通过如上所述的关节驱动机构连接。所述第一关节与外环8连接，所述第二关节与内环7连接。

所述电机定子2动作后，第二关节受驱动，当第二关节受外力后，若干外力和负荷力的和大于静摩擦力，则柔轮6和内环7之间产生相对转动，此时柔轮6受到保护。

具体的，所述外环8固定于第一关节，内环7固定于第二关节。在此情况下，外环8与刚轮11可视为第一关节的构件；而内环7与柔轮6，则相应成为第二关节被驱动的构件；当转子凸轮3旋转时，柔轮6与刚轮11啮合位置沿周向移动。由于刚轮11与柔轮6之间均有齿数差，因此两者由于齿数差而产生相对转动，这种转动最终由柔轮6通过内环7而输出至第二关节，以此实现整个机构的减速功能。

若在第二关节运动的过程中，遭受超负荷外力矩，则柔轮6和内环7之间的稳定关系被破坏，此时柔轮6和内环7之间产生相对转动，避免了因刚性连接而使柔轮6被损坏。

由此可以理解的是，在本实施例中，所述柔轮6和内环7采用摩擦进行传动，这样可保护柔轮6不被超负荷外力矩所破坏，增加谐波减速机的使用寿命和抗风险能力。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种关节驱动机构，其特征在于，包括：

柔轮，所述柔轮具有第一斜面；

内环，所述内环套设在柔轮的外侧，所述内环具有与第一斜面配合的第二斜面；

外环，所述外环设置于内环的外侧，通过滚子与其连接；以及

弹性件，所述弹性件的一端与柔轮连接，另一端与内环连接。

2.如权利要求1所述的一种关节驱动机构，其特征在于，还包括：

刚轮，所述刚轮与柔轮远离第一斜面的一端连接，并与外环连接。

3.如权利要求2所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述内环靠近柔轮的一侧设有第一阶梯；

所述弹性件包括相互连接的连接段和抵触段；

所述连接段与柔轮可拆卸连接，所述抵触段与第一阶梯抵触。

4.如权利要求3所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述抵触段与第一阶梯的台阶面抵触，所述抵触段与第一阶梯的侧面之间具有间隙。

5.如权利要求3或4所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述连接段与柔轮螺纹连接。

6.如权利要求5所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述柔轮于第一斜面远离刚轮的一端设有第二阶梯；所述连接段于第二阶梯与柔轮连接。

7.如权利要求6所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述连接段与第二阶梯的侧面连接。

8.如权利要求2所述的一种关节驱动机构，其特征在于，所述刚轮通过固定件与外环连接。

9.机器人，其特征在于，包括：

若干关节，任意相邻两个关节为第一关节和第二关节，所述第一关节和第二关节通过如权利要求1～8任一项所述的关节驱动机构连接。

10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述第一关节与外环连接，所述第二关节与内环连接。

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