CN102094959B - 一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔轮，包括从外向内依次套在一起的外层、累积层和输出轴，所述外层外表面上设有外部齿，所述累积层包括至少两层可径向变形的层状结构，所述累积层的最内层固定在所述输出轴上，所述外层和累积层的最外层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。本发明实施例由于采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

Description

一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构

技术领域

本发明涉及一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构。

背景技术

谐波减速传动是一种依靠柔性齿轮所产生的可控弹性变形来传递运动和力的新型机械传动。如图1和图2所示，其基本构件包括椭圆形的波发生器1，薄壁筒体状的柔轮2和有很好刚性的刚轮3。当波发生器1转动时，迫使柔轮2产生弹性变形，使它的齿与刚轮3齿相互作用，从而实现传动的目的。

谐波减速传动的固有特点需要和制造的需要，通常先将柔轮制造成薄壁圆筒桶状。当柔轮与波发生器，刚轮组合装配完毕后，柔轮的圆形啮合端将会被椭圆形的波发生器迫使变为椭圆形。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，上述现有技术中：杯形柔轮的输出端由于采用闭合结构，具有很高的径向刚度，难于变形，而柔轮的啮合端具有径向柔性，易于变形，因此在柔轮结构中连接两端的薄壁圆筒必须具备较大长度，才能使得啮合端具有变形能力。这对谐波减速器整体轴向尺寸进一步减小产生限制，使得减速器难于适应对结构紧凑要求很高的场合。

发明内容

为了解决现有技术中柔轮结构中连接两端的薄壁圆筒必须具备较大长度，才能使得啮合端具有变形能力的问题，本发明实施例提供了一种柔轮、谐波减速器及机器人关节结构。

本发明实施例提供一种柔轮，包括从外向内依次套在一起的外层、累积层和输出轴，所述外层外表面上设有外部齿，所述累积层包括至少两层可径向变形的层状结构，所述累积层的最内层固定在所述输出轴上，所述外层和累积层的最外层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

本发明实施例还提供一种谐波减速器，包括：

刚轮、如上述的柔轮以及波形发生器，

所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合。

本发明实施例还提供一种机器人关节结构，包括壳体，电机和上述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

本发明实施例采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中

图1显示了现有技术中一种谐波减速器的主视图；

图2显示了图1的侧面剖视图；

图3显示了本发明实施例一柔轮侧面结构剖视图；

图4显示了本发明实施例一柔轮主视图；

图5显示了本发明实施例二柔轮侧面结构剖视图；

图6显示了本发明实施例二柔轮主视图；

图7显示了本发明实施例三柔轮侧面结构剖视图；

图8显示了本发明实施例三柔轮主视图；

图9显示了本发明实施例四柔轮侧面结构剖视图；

图10显示了本发明实施例四柔轮主视图；

图11显示了本发明实施例五柔轮侧面结构剖视图；

图12显示了本发明实施例五柔轮主视图；

图13显示了本发明实施例六柔轮累积层主视图；

图14显示了本发明实施例六一种实施方式柔轮主视图；

图15显示了本发明实施例六另一种实施方式柔轮主视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种柔轮，包括从外向内依次套在一起的外层、累积层和输出轴，所述外层外表面上设有外部齿，所述累积层包括至少两层可径向变形的层状结构，所述累积层的最内层固定在所述输出轴上，所述外层和累积层的最外层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间均匀分布至少三个连接部。

实施例一

本发明实施例提供一种柔轮，包括外层1、累积层和输出轴3，所述外层外表面上设有外部齿4，所述累积层包括至少两层相互平行的同轴圆筒，所述累积层套在所述输出轴上，所述外层和累积层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间的圆环上均匀分布三个连接部，所述连接部逐层交替连接在各层之间圆环的边缘处。

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆筒，如图3和图4所示，包括第一层圆筒21、第二层圆筒22、第三层圆筒23、第四层圆筒24和第五层圆筒25，所述第一层圆筒21的一端和外层1的一端所形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部31，所述第二层圆筒22位于所述第一层圆筒21内，所述第一层圆筒21远离第一连接部31的一端和第二层圆筒22的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部32，所述第二层圆筒22远离第二连接部32的一端和第三层圆筒23的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部33，所述第三层圆筒23远离第三连接部33的一端和第四层圆筒24的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部34，所述第四层圆筒24远离第四连接部34的一端和第五层圆筒25的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部35，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴3上。

所述第一连接部31、第二连接部32、第三连接部33、第四连接部34和第五连接部35的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述连接部的中轴线在同一水平面上的投影所形成的三条直线间的夹角为120度。

本发明实施例采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

实施例二

本发明实施例提供一种柔轮，包括外层1、累积层和输出轴3，所述外层外表面上设有外部齿4，所述累积层包括至少两层相互平行的同轴圆筒，所述累积层套在所述输出轴上，所述外层和累积层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间的圆环上均匀分布四个连接部，所述连接部逐层交替连接在各层之间圆环的边缘处。

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆筒，如图5和图6所示，包括第一层圆筒21、第二层圆筒22、第三层圆筒23、第四层圆筒24和第五层圆筒25，所述第一层圆筒21的一端和外层1的一端所形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部41，所述第二层圆筒22位于所述第一层圆筒21内，所述第一层圆筒21远离第一连接部41的一端和第二层圆筒22的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部42，所述第二层圆筒22远离第二连接部42的一端和第三层圆筒23的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部43，所述第三层圆筒23远离第三连接部43的一端和第四层圆筒24的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部44，所述第四层圆筒24远离第四连接部44的一端和第五层圆筒25的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部45，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴3上。

所述第一连接部41、第二连接部42、第三连接部43、第四连接部44和第五连接部45的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述连接部中轴线在同一水平面上的投影所形成四条直线间的夹角为90度。

本发明实施例采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

实施例三

本发明实施例提供一种柔轮，包括外层1、累积层和输出轴3，所述外层外表面上设有外部齿4，所述累积层包括至少两层相互平行的同轴圆筒，所述累积层套在所述输出轴上，所述外层和累积层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间的圆环上均匀分布六个连接部，所述连接部交替连接在各层之间圆环的边缘处。

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆筒，如图7和图8所示，包括第一层圆筒21、第二层圆筒22、第三层圆筒23、第四层圆筒24和第五层圆筒25，所述第一层圆筒21的一端和外层1的一端所形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部51，所述第二层圆筒22位于所述第一层圆筒21内，所述第一层圆筒21远离第一连接部51的一端和第二层圆筒22的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部52，所述第二层圆筒22远离第二连接部52的一端和第三层圆筒23的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部53，所述第三层圆筒23远离第三连接部53的一端和第四层圆筒24的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部54，所述第四层圆筒24远离第四连接部54的一端和第五层圆筒25的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部55，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴3上。

所述第一连接部51、第二连接部52、第三连接部53、第四连接部54和第五连接部55的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述连接部的中轴线在同一水平面上的投影所形成六条直线间的夹角为60度。

本发明实施例采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

实施例四

本发明实施例提供一种柔轮，包括外层1、累积层2和输出轴3，所述外层外表面上设有外部齿4，所述累积层包括至少两层相互平行的同轴圆筒，所述累积层套在所述输出轴上，所述外层和累积层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间的圆环上均匀分布四个连接部，所述连接部交替连接在各层之间圆环的边缘处。

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆筒，如图9和图10所示，包括第一层圆筒21、第二层圆筒22、第三层圆筒23、第四层圆筒24和第五层圆筒25，所述第一层圆筒21的一端和外层1的一端所形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部61，所述第二层圆筒22位于所述第一层圆筒21内，所述第一层圆筒21远离第一连接部61的一端和第二层圆筒22的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部62，所述第二层圆筒22远离第二连接部62的一端和第三层圆筒23的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部63，所述第三层圆筒23远离第三连接部63的一端和第四层圆筒24的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部64，所述第四层圆筒24远离第四连接部64的一端和第五层圆筒25的一端形成的圆环上均匀分布四个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部65，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴3上。

所述第一连接部61、第三连接部63和第五连接部65的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述第二连接部62和第四连接部64的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述连接部在同一水平面上的投影所形成八条直线间的夹角为45度。

本发明实施例采用多层变形累积来提供柔轮最外层的变形，中间每一层所提供的变形量可以减小，使得筒体长度得到减小，亦即柔轮轴向尺寸减小，故采用这种柔轮的谐波减速器可以做到更加紧凑；同时输出轴与柔轮为一体结构或刚性固结，没有环形柔轮的齿啮输出环节，有利于减小减速器的回差，增加传动效率。

实施例五

本发明实施例提供一种柔轮，包括外层1、累积层和输出轴3，所述外层外表面上设有外部齿4，所述累积层包括至少两层相互平行的同轴圆筒，所述累积层套在所述输出轴上，所述外层和累积层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

所述外层和累积层之间以及累积层各层之间的圆环上均匀分布至少三个连接部，所述连接部逐层交替连接在各层之间圆环的边缘处。

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆，筒如图11和图12所示，包括第一层圆筒21、第二层圆筒22、第三层圆筒23、第四层圆筒24和第五层圆筒25，所述第一层圆筒21的一端和外层1的一端所形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部71，所述第二层圆筒22位于所述第一层圆筒21内，所述第一层圆筒21远离第一连接部71的一端和第二层圆筒22的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部72，所述第二层圆筒22远离第二连接部72的一端和第三层圆筒23的一端形成的圆环上均匀分布六个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部73，所述第三层圆筒23远离第三连接部73的一端和第四层圆筒24的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部74，所述第四层圆筒24远离第四连接部74的一端和第五层圆筒25的一端形成的圆环上均匀分布三个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部75，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴3上。

所述第一连接部71、第二连接部72、第三连接部73、第四连接部74和第五连接部75的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

所述连接部在同一水平面上的投影所形成六条直线间的夹角为60度。

实施例六

一种柔轮，包括从外向内依次套在一起的外层、累积层和输出轴，所述外层外表面上设有外部齿，所述累积层包括至少两层可径向变形的层状结构，所述累积层的最内层固定在所述输出轴上，所述外层和累积层的最外层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起。

如图13所示，所述层状体为椭圆形、方形或者其他可径向变形的不规则图形。

另一种实施方式，如图14所示，所述累积层层状体之间通过圆弧状的连接部连接。

另一种实施方式，如图15所示，所述累积层层状体和连接部呈阶梯状。

实施例七

一种谐波减速器，其特征在于：包括：

刚轮、如实施例一至实施例六所述的柔轮以及波形发生器，

所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合。

实施例八

一种机器人关节结构，包括壳体，电机和如实施例七所述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

本发明实施例通过连接部将各个累积层、外层以及输出轴连接起来。连接结构需要保证不限制各累积层产生径向变形的能力且变形能在各层之间从内向外有效传递。两层之间的连接结构布置在一端，另一端放开使之自由变形；各层之间的连接结构交错布置，使得相邻的累积层之间靠内侧一层的变形能够通过连接结构传递到靠外侧的一层上。各层之间的连接部布置时在圆周上留有空隙，同时连接结构本身应具备一定宽度，以提供传递扭矩的扭转强度和刚度。或者连接部还可以充满整个圆周，由于柔轮工作在较大变形状态，且承受交变应力，为提高其疲劳强度，连接结构与各层相接处应留有较大圆角，减少应力集中。

值得一提的是，以上实施例中，不同的结构特征(例如上述的多种连接方式)可以相互组合使用，并不限于各附图所示。

在上述实施例，仅对本发明进行示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (9)

1.一种柔轮，其特征在于：包括从外向内依次套在一起的外层、累积层和输出轴，所述外层外表面上设有外部齿，所述累积层包括至少两层可径向变形的层状结构，所述层状结构为圆筒，所述圆筒相互平行且同轴设置，所述累积层的最内层固定在所述输出轴上，所述外层和累积层的最外层之间以及累积层各层之间通过连接部连接在一起，所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布至少三个连接部，所述连接部逐层交替连接在各层之间的边缘处，

所述累积层包括五层相互平行且套在一起的同轴圆筒，包括第一层圆筒、第二层圆筒、第三层圆筒、第四层圆筒和第五层圆筒，所述第一层圆筒的一端和外层的一端所形成的圆环上均匀分布至少三个相同的连接部，其中一个连接部为第一连接部，所述第二层圆筒位于所述第一层圆筒内，所述第一层圆筒远离第一连接部的一端和第二层圆筒的一端形成的圆环上均匀分布至少三个相同的连接部，其中一个连接部为第二连接部，所述第二层圆筒远离第二连接部的一端和第三层圆筒的一端形成的圆环上均匀分布至少三个相同的连接部，其中一个连接部为第三连接部，所述第三层圆筒远离第三连接部的一端和第四层圆筒的一端形成的圆环上均匀分布至少三个相同的连接部，其中一个连接部为第四连接部，所述第四层圆筒远离第四连接部的一端和第五层圆筒的一端形成的圆环上均匀分布至少三个相同的连接部，其中一个连接部为第五连接部，所述第五层圆筒套在并固定在输出轴上，

所述第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部和第五连接部的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上；

或者

所述第一连接部、第三连接部和第五连接部的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上，所述第二连接部和第四连接部的中轴线在同一水平面上的投影在同一条直线上。

2.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布三个连接部，所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的三个连接部逐层交替连接在各层之间的边缘处。

3.根据权利要求2所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的三个连接部的中轴线在同一水平面上的投影所形成的夹角为120度。

4.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布四个连接部，所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的四个连接部逐层交替连接在各层之间的边缘处。

5.根据权利要求4所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的四个连接部的中轴线在同一水平面上的投影所形成的夹角为90度。

6.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层之间以及累积层各层之间均匀分布六个连接部，所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的六个连接部逐层交替连接在各层之间的边缘处。

7.根据权利要求6所述的柔轮，其特征在于：所述外层和累积层最外层之间以及累积层各层之间均匀分布的六个连接部的中轴线在同一水平面上的投影所形成的夹角为60度。

8.一种谐波减速器，其特征在于：包括：

刚轮、如权1至7任意一项所述的柔轮以及波形发生器，

所述波形发生器用来将所述柔轮弯曲成椭圆形使之与所述刚轮啮合。

9.一种机器人关节结构，包括壳体，电机和如权8所述的谐波减速器，所述电机和所述谐波减速器位于所述壳体内，所述电机与谐波减速器的输入轴相连，驱动所述谐波减速器通过输出轴实现机器人关节转动。

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