CN220637966U - 一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，属于机器人领域，包括长螺母、丝杆、第一滚柱、第二滚柱和输出螺母，所述丝杆的一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第一滚柱，所述丝杆的另一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第二滚柱；所述长螺母内部沿轴向贯通，所述长螺母连接有用于驱动其转动的驱动机构，所述长螺母内表面与各所述第一滚柱均螺纹连接；所述输出螺母内部沿轴向贯通，所述输出螺母内表面与各所述第二滚柱均螺纹连接，所述输出螺母的一端与所述长螺母通过转动件转动连接。本实用新型解决现有技术中人形机器人关节处利用滚柱丝杠副的驱动机构无法实现将丝杆的输入旋转转化为螺母无直线运动的输出旋转运动。

Description

一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器

技术领域

本实用新型属于机器人领域，特别是涉及一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器。

背景技术

随着科技的进步，人形机器人逐渐代替人工进入工业应用，如搬运、装配、打包等工厂作业所需的工序，有效地减少劳动力，现有的人形机器人关节的旋转驱动机构较为复杂，滚柱丝杠副传动系统在人形机器人关节上的应用是比较广泛的，滚柱丝杠副传动系统具有传动效率高、灵敏度高、传动平稳、磨损小、寿命长等优点，将滚柱丝杠副传动系统运用于人形机器人关节可以提升人形机器人运作性能，普通的滚柱丝杠副传动系统一般包括丝杆、螺母和若干滚柱，若干滚柱绕丝杆周向分布且与丝杆螺纹连接，螺母套设在丝杆外且螺母内表面与若干滚柱螺纹连接。电机带动丝杆转动，进而将丝杆的旋转运动通过若干滚柱传递至螺母上，使得螺母沿丝杆轴向输出直线运动，然而在需要螺母输出转动但无直线运动的场景下时，现有的滚柱丝杠副传动系统无法实现。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，用于人形机器人关节，解决现有技术中滚柱丝杠副传动系统无法实现将丝杆的输入旋转运动转化为螺母无直线运动的输出旋转运动。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供了一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，包括长螺母、丝杆、第一滚柱、第二滚柱和输出螺母，所述丝杆的一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第一滚柱，所述丝杆的另一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第二滚柱；所述长螺母内部沿轴向贯通，所述长螺母连接有用于驱动其转动的驱动机构，所述长螺母内表面与各所述第一滚柱均螺纹连接；所述输出螺母内部沿轴向贯通，所述输出螺母内表面与各所述第二滚柱均螺纹连接，所述输出螺母的一端与所述长螺母通过转动件转动连接。

优选地，所述转动件包括第一轴承和第二端盖，第二端盖固定在长螺母面向输出螺母的一端，第二端盖与所述输出螺母的端面通过所述第一轴承转动连接。

优选地，所述输出螺母内表面的两端沿轴向依次连接有两个第二凸轮环，两个所述第二凸轮环连接有筒状的第二保持架，所述第二保持架套设在所述丝杆外，所述第二保持架外表面和所述输出螺母内表面之间设有若干第二安装间隙，所述第二保持架上周向阵列有连通所述第二安装间隙和所述第二保持架内部的若干第二安装通孔，各所述第二滚柱分别位于各所述第二安装间隙内且第二滚柱底面穿过各所述第二安装通孔与所述丝杆螺纹连接。

优选地，所述输出螺母的外表面设有连接齿。

优选地，所述丝杆上分别设有两处环形的阶梯部，两处所述阶梯部处分别固定连接有两第一凸轮环，两个所述第一凸轮环外表面转动连接有筒状的第一保持架，所述第一保持架套于所述丝杆上，所述第一保持架外表面和所述长螺母内表面之间设有若干第一安装间隙，所述第一保持架上周向阵列有连通所述第一安装间隙和所述第一保持架内部的若干第一安装通孔，各所述第一滚柱分别位于各所述第一安装间隙内并穿过各所述第一安装通孔与所述丝杆螺纹连接。

优选地，所述丝杆与所述第二滚柱连接部分的径向尺寸小于所述丝杆与所述第一滚柱连接部分的径向尺寸。

优选地，所述长螺母的远离所述第二端盖的一端固定连接有第一端盖，所述第一端盖用于封闭长螺母远离输出螺母的一端。

优选地，所述第一端盖面向长螺母的一端有连接缓冲垫。

优选地，所述输出螺母的远离第二端盖的一端连接有第二轴承。

优选地，所述驱动机构套设在所述长螺母外，且所述驱动机构的外壳面向所述丝杆的表面上沿所述丝杆轴向依次设有两个环形的转动凸起，所述长螺母外表面的两端设有与各所述转动凸起匹配的转动凹槽，所述转动凸起转动连接在所述转动凹槽内。

如上所述，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型采用螺纹递进传动可以承受较大力矩，提高运行效率，减少传递动力损耗，同时螺母只输出转动而无直线运动，可以应用于人形机器人关节处，输出螺母通过第二轴承可安装在人形机器人关节的基座上，通过驱动机构带动长螺母正反循环转动，进而通过若干第一滚柱带动丝杆进行正反循环转动，丝杆的转动及轴向移动又通过第二滚柱带动输出螺母输出正反循环转动的动力给人形机器人，该结构结构紧凑，可以有效减小人形机器人关节处的空间占用体积。

附图说明

图1显示为本实用新型的整体结构示意图。

图2显示为本实用新型一种方向的整体结构示意图。

图3显示为本实用新型A-A处轴侧剖视图。

图4显示为本实用新型中丝杆示意图。

元件标号说明

驱动机构1、长螺母2、输出螺母3、丝杆4、第一滚柱5、第一凸轮环6、第一保持架7、第二滚柱8、第二凸轮环9、第二保持架10、第一轴承11、第一端盖12、第二端盖13、阶梯部16、第二轴承19。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，包括长螺母2、丝杆4、第一滚柱5、第二滚柱8和输出螺母3，所述丝杆4的一端外表面螺纹连接若干与丝杆4轴向平行的所述第一滚柱5，所述丝杆4的另一端外表面螺纹连接若干与丝杆4轴向平行的所述第二滚柱8；所述长螺母2内部沿轴向贯通，所述长螺母2连接有用于驱动其转动的驱动机构1，所述长螺母2内表面与各所述第一滚柱5均螺纹连接；所述输出螺母3内部沿轴向贯通，所述输出螺母3内表面与各所述第二滚柱8均螺纹连接，所述输出螺母3的一端与所述长螺母2通过转动件转动连接。本实施例中，所述驱动机构1为驱动电机，所述长螺母2的外表面缠绕连接有绕组，长螺母2整体相当于电机内的电机转子，利用现有技术中电机的工作原理，由电机产生正反循环旋转的磁场，所述长螺母2置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，所述驱动机构1由此驱动长螺母2正反循环旋转，所述长螺母2带动所述第一滚柱5绕丝杆4轴向作行星运动，所述第一滚柱5驱动所述丝杆4循环正反转动的同时沿其轴向相对长螺母2进行伸缩运动，所述丝杆4带动所述第二滚柱8环绕所述丝杆4作行星运动，使得第二滚柱8驱动所述输出螺母3环绕所述丝杆4中心轴作正反转运动。所述输出螺母3作为输出向外传递动力，所述输出螺母3转动的角度和输出速度可以通过所述长螺母2转动的圈数、所述第一滚柱5的螺纹参数、所述丝杆4的螺纹参数、所述第二滚柱8的螺纹参数以及所述输出螺母3的内螺纹参数进行设定，通过对应的设计可以具有有更小的导程，更好的传动精度，从而实现将丝杆4的输入旋转运动转换为输出螺母3无直线位移的旋转输出运动，从长螺母2旋转输入到输出螺母3的旋转输出均采用螺纹传递运动，可以提高效率，减少传递动力损耗。人形机器人关节处需要旋转运动，但不需要直线运动，现有的滚柱丝杠副只能输出带有轴向移动的旋转运动，而本实施例中，输出螺母由于与长螺母为转动连接，因此输出螺母相对长螺母只有自转而无轴向移动，使用时输出螺母连接在人形机器人关节处，使关节处的转动控制更加精准，结构较为紧凑。

进一步地，所述转动件包括第一轴承11和第二端盖13，第二端盖13固定在长螺母2面向输出螺母3的一端，第二端盖13与所述输出螺母3的端面通过所述第一轴承11转动连接。本实施例中，所述长螺母2面向所述第二端盖13的端面周向均匀分布有多个第二螺纹孔，所述第二端盖13的端面均匀分布有与所述第二螺纹孔位置对应的第二沉头通孔，螺栓穿过第二端盖13的第二沉头通孔对所述第二端盖13和所述长螺母2可拆卸固定连接，第二端盖13用于将长螺母2内部与第一轴承11内部封闭隔开。采用螺栓固定连接方便拆装，节约成本，所述第二端盖13中心沿轴向贯通，且中心贯通的内表面设有与所述丝杆4旋合的内螺纹，所述丝杆4穿过所述第二端盖13中心，所述第二端盖13与输出螺母3相对的一端端面均设有用于与第一轴承11过盈配合的凸台，通过凸台能够较好的实现所述第二端盖13和第一轴承11的固定。

进一步地，所述输出螺母3内表面的两端沿轴向依次连接有两个第二凸轮环9，两个所述第二凸轮环9连接有筒状的第二保持架10，第二保持架10套设在丝杆4外，所述第二保持架10外表面和所述输出螺母3内表面之间设有若干第二安装间隙，所述第二保持架10上周向阵列有连通所述第二安装间隙和所述第二保持架10内部的若干第二安装通孔，各所述第二滚柱8分别位于各所述第二安装间隙内且第二滚柱8的底面穿过各所述第二安装通孔与所述丝杆4螺纹连接。本实施例中，设置两个所述第二凸轮环9受力更均匀，运行更稳定，所述第二凸轮环9一体连接有第二保持架10，多个所述第二滚柱8分别独立被限位在第二安装间隙内，第二滚柱8既与输出螺母3内表面螺纹连接，又通过第二安装通孔和丝杆4外表面螺纹连接，运行过程各个所述第二滚柱8之间中互不干涉，传递效果更好。

进一步地，所述输出螺母3的外表面设有连接齿。本实施例中，所述输出螺母3外表面设置如齿轮外表面的连接齿，可实现直接与外部齿轮啮合传动连接，从而输出旋转动力，所述输出螺母3外表面还可以设置花键等连接结构向外输出动力，减少中间连接件的使用，节约成本。

进一步地，如图3-4所示，所述丝杆4上分别设有两处环形的阶梯部16，两处所述阶梯部16处分别固定连接有两第一凸轮环6，两个所述第一凸轮环6外表面转动连接有筒状的第一保持架7，所述第一保持架7套于所述丝杆4上，所述第一保持架7外表面和所述长螺母2内表面之间设有若干第一安装间隙，所述第一保持架7上周向阵列有连通所述第一安装间隙和所述第一保持架7内部的若干第一安装通孔，各所述第一滚柱5分别位于各所述第一安装间隙内并穿过各所述第一安装通孔与所述丝杆4螺纹连接。本实施例中，阶梯部16用于组装时对所述第一凸轮环6的定位，所述丝杆4还能够承载更大载荷，多个所述第一滚柱5分别独立对应安装在所述第一安装通孔内，多个所述第一滚柱5周向均匀转动安装在所述第一保持架7上，所述第一保持架7面向第一凸轮环6的内圈设有第一凸起，所述第一凸轮环6上有与所述第一凸起对应的第一凹槽，所述第一凸起能在所述第一凹槽转动，所述第一凹槽与所述第一凸起配合限制第一保持架7轴向自由移动，防止运动过程中第一保持架7轴向脱落，所述第一保持架7对与丝杆4螺纹连接的多个所述第一滚柱5进行径向的定位，使所述第一滚柱5做行星运动时不会相对丝杆4产生轴向移动，同时丝杆4周向均匀分布所示第一滚柱5受力更加平衡，延长使用寿命。

进一步地，所述丝杆4与所述第二滚柱8连接部分的径向尺寸小于所述丝杆4与所述第一滚柱5连接部分的径向尺寸。本实施例中，所述丝杆4与所述第一滚柱5连接部分的径向尺寸大于所述丝杆4与所述第二滚柱8连接部分的径向尺寸，提高丝杆4受到第一滚柱5驱动时的强度，同时丝杆4的尺寸可以根据需要输出的转速进行设计。

进一步地，所述长螺母2远离所述第二端盖13的一端固定连接有第一端盖12，所述第一端盖12用于封闭长螺母2远离输出螺母3的一端。本实施例中，所述长螺母2的一端端面设有沿长螺母2轴向开设的螺纹孔，所述第一端盖12上开始有长螺母2端面对应位置的通孔，螺栓穿过所述第一端盖12上的通孔和长螺母2上的螺纹孔与长螺母2螺纹固定连接，形成对所述长螺母2一端的封闭，所述第一端盖12端面封闭，减少外部环境对内部污染，延长使用寿命。

进一步地，所述第一端盖12面向长螺母2的一端有连接缓冲垫。本实施例中，缓冲垫位于第一端盖12端面与长螺母2端面之间，密封垫可采用橡胶材质，丝杆4在伸缩过程中，对端盖有一定的缓冲作用，不会造成刚性冲击，破坏端盖。

进一步地，所述输出螺母3的远离第二端盖13的一端连接有第二轴承19。本实施例中，第一轴承11和第二轴承19可采用相同或不同的轴承，第二轴承19远离输出螺母3的一端还连接固定端盖，所述丝杆4远离第一端盖12的一端穿出所述固定端盖，通过设置第二轴承19，能够承受平行于丝杆4轴向力，使输出螺母3在负载输出时更加平稳。

进一步地，所述驱动机构1套设在所述长螺母2外，且所述驱动机构1的外壳面向所述丝杆4的表面上沿所述丝杆4轴向依次设有两个环形的转动凸起，所述长螺母2外表面的两端设有与各所述转动凸起匹配的转动凹槽，所述转动凸起转动连接在所述转动凹槽内。本实施例中，所述转动凸起与所述转动凹槽可设置为T型结构，同时具有良好的转动性能和对轴向跳动的限制性能。

本实用新型工作原理：

驱动机构1驱动所述长螺母2循环正反转动，所述长螺母2内部通过内螺纹驱动所述第一滚柱5沿自身轴线转动同时又绕丝杆4圆周运动，带动丝杆4轴向伸缩同时自身转动，丝杆4伸缩转动带动第二滚柱8转动，第二滚柱8驱动输出螺母3转动。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于，包括长螺母、丝杆、第一滚柱、第二滚柱和输出螺母，所述丝杆的一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第一滚柱，所述丝杆的另一端外表面螺纹连接若干与丝杆轴向平行的所述第二滚柱；所述长螺母内部沿轴向贯通，所述长螺母连接有用于驱动其转动的驱动机构，所述长螺母内表面与各所述第一滚柱均螺纹连接；所述输出螺母内部沿轴向贯通，所述输出螺母内表面与各所述第二滚柱均螺纹连接，所述输出螺母的一端与所述长螺母通过转动件转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述转动件包括第一轴承和第二端盖，第二端盖固定在长螺母面向输出螺母的一端，第二端盖与所述输出螺母的端面通过所述第一轴承转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述输出螺母内表面的两端沿轴向依次连接有两个第二凸轮环，两个所述第二凸轮环连接有筒状的第二保持架，所述第二保持架套设在所述丝杆外，所述第二保持架外表面和所述输出螺母内表面之间设有若干第二安装间隙，所述第二保持架上周向阵列有连通所述第二安装间隙和所述第二保持架内部的若干第二安装通孔，各所述第二滚柱分别位于各所述第二安装间隙内且第二滚柱底面穿过各所述第二安装通孔与所述丝杆螺纹连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述输出螺母的外表面设有连接齿。

5.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述丝杆上分别设有两处环形的阶梯部，两处所述阶梯部处分别固定连接有两第一凸轮环，两个所述第一凸轮环外表面转动连接有筒状的第一保持架，所述第一保持架套于所述丝杆上，所述第一保持架外表面和所述长螺母内表面之间设有若干第一安装间隙，所述第一保持架上周向阵列有连通所述第一安装间隙和所述第一保持架内部的若干第一安装通孔，各所述第一滚柱分别位于各所述第一安装间隙内并穿过各所述第一安装通孔与所述丝杆螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述丝杆与所述第二滚柱连接部分的径向尺寸小于所述丝杆与所述第一滚柱连接部分的径向尺寸。

7.根据权利要求2所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述长螺母的远离所述第二端盖的一端固定连接有第一端盖，所述第一端盖用于封闭长螺母远离输出螺母的一端。

8.根据权利要求7所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述第一端盖面向长螺母的一端有连接缓冲垫。

9.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述输出螺母的远离第二端盖的一端连接有第二轴承。

10.根据权利要求1所述的一种基于滚柱丝杠副的人形机器人关节用旋转执行器，其特征在于：所述驱动机构套设在所述长螺母外，且所述驱动机构的外壳面向所述丝杆的表面上沿所述丝杆轴向依次设有两个环形的转动凸起，所述长螺母外表面的两端设有与各所述转动凸起匹配的转动凹槽，所述转动凸起转动连接在所述转动凹槽内。