CN102248540B - 机器人驱动关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人驱动关节，包括驱动关节壳体、动力输入轴、双联外弧形鼓齿和动力输出齿轮，动力输入轴上外套有第一滚动轴承，第一滚动轴承同动力输入轴偏心设置，所述双联外弧形鼓齿外套于第一滚动轴承，第一联鼓形齿同驱动关节壳体上的内鼓形齿轮少齿差啮合，第二联鼓形齿同动力输出齿轮少齿差啮合；驱动关节上集成设计有驱动电机、制动器、衰振单元和传感器；本发明采用双联外弧形鼓齿传动，能衰减传动系统的非线性波动并能保证承载齿轮强度与刚度，保证了在重载和长时间循环交变应力作用下的系统可靠性和平稳性；并将驱动、增矩、衰振、制动和监测等功能集成一体，不仅功能多，且结构简洁、传动链短，传动效率高，系统振动和噪声小。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动关节，特别涉及一种机器人驱动关节。
背景技术
伴随着汽车、化工、电子、食品加工、塑料、研究以及生命科学领域的飞速发展，尤其是在机器人装备领域的迅速发展，对驱动关节传动系统的传动精度、可靠性、小体积、减振降噪、轻量化、免维护等性能提出了更加苛刻的标准。
以往的设计理念和工程实践中，传动系统中驱动单元、制动单元、减振组件、驱动关节、传感技术都是分开设计，模块式结构。这种传动系统不可避免的需要考虑各模块相互之间的联接方式、布置方式、装配误差等，系统部件较多、整体结构复杂。而复杂的配合关系会使系统可靠性、传动精度等降低，影响传动系统的整体性能。
驱动关节是机器人系统中的核心组件之一，用于将动力端的高转速、低转矩动力转变为低转速的、大扭矩动力输出。但因驱动关节部件的制造装配误差、齿轮副啮入啮出的刚度波动、以及轴承或壳体支承系统变形、部件磨损等，必定导致传动过程中的转矩和转速产生非线性波动，再加上零部件磨损，这些因素都将加大传动系统运行过程中的振动和噪声，降低传动部件的寿命和系统可靠性。
针对上述不足，设计一种结构紧凑、性能优良的驱动关节，对提高机器人动力性能具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种机器人驱动关节，其结构紧凑简化，振动噪声小、传动精度高、制动平稳等优点。
本发明机器人驱动关节，包括驱动关节壳体、动力输入轴、双联外弧形鼓齿和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮，
所述驱动关节壳体上设置有内弧形鼓齿轮，
所述动力输入轴上固定外套有第一滚动轴承，第一滚动轴承同动力输入轴偏心设置，所述双联外弧形鼓齿外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，
所述双联外弧形鼓齿的第一联鼓形齿同驱动关节壳体上的内鼓形齿轮少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿同动力输出齿轮的内鼓形齿轮少齿差啮合。
进一步，还包括驱动电机，驱动电机的转子固定外套于动力输入轴并与其同轴配合，驱动电机的定子设置于驱动关节壳体上；
进一步，所述驱动电机的转子为感应线圈；
进一步，还包括制动器，所述制动器包括设有摩擦材料的离合体和设置于离合体与转子之间的压缩弹簧，所述离合体外套于动力输入轴并可沿其轴向单自由度滑动，所述压缩弹簧用于推动离合体与驱动关节壳体贴合实现制动；
进一步，还包括衰振单元，所述衰振单元包括减振件和将减振件固定到驱动关节壳体上的连接件，所述减振件包括壳体和设置在壳体上的减振材料，减振材料通过连接件压在驱动关节壳体上；
进一步，所述驱动关节壳体上还设置有用于检测转子转速的速度传感器、用于检测双联外弧形鼓齿振动强度的加速度传感器和用于检测驱动电机温度的温度传感器；
进一步，所述动力输入轴上固定套有外花键齿套，所述离合体同外花键齿套花键配合；
进一步，所述双联外弧形鼓齿的第一列鼓形齿和第二列鼓形齿为旋向相反的斜齿轮，第一列鼓形齿和第二列鼓形齿的顶齿与齿根法向齿廓修缘至K型公差带且齿向成弧面；
进一步，所述第一滚动轴承为球面双列四点接触球轴承；
进一步，所述驱动关节壳体包括壳体座和通过螺钉固定在壳体座上的壳体盖，动力输入轴的一端通过第二滚动轴承与动力输出齿轮的内孔转动配合，动力输入轴的另一端通过第三滚动轴承同壳体盖转动配合，动力输入轴的中部通过第四滚动轴承同壳体座转动配合，动力输出齿轮的外圆通过第五滚动轴承同壳体座转动配合。
本发明的有益效果：
1、本发明机器人驱动关节，采用双联外弧形鼓齿传动，能衰减传动系统的非线性波动并能保证承载齿轮强度与刚度，保证了在重载和长时间循环交变应力作用下的系统可靠性和平稳性，传动振动、噪声小。
2、本发明机器人驱动关节，将驱动电机集成一体设计，整体结构简洁，驱动电机的转子和动力输入轴之间直接连接，传动链短，装配误差小，传动效率高，避免了装配误差带来的系统振动和噪声。
3、本发明机器人驱动关节，将制动器集成设计于一体，制动器与驱动电机同步动作；转子通电旋转，制动器的离合体受转子电磁力吸引离开驱动关节壳体，此时不制动；转子不通电，离合体在压缩弹簧的推力下与驱动关节壳体贴合，此时制动；制动器相应速度快，制动效果好，系统安全性高。
4、本发明机器人驱动关节，其驱动关节壳体上设置有衰振单元，可进一步降低传动系统的振动，减少噪声传播与辐射。
5、本发明机器人驱动关节，驱动关节壳体上设置的传感器能测量传动系统的传动速度、系统振动状态和驱动电机温度等信息，便于监控其工作状态，安全可靠性更高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明机器人驱动关节的整体结构剖视图；
图2为图1沿A-A的剖视图；
图3为图1中B部放大示意图。
具体实施方式
图1为本发明机器人驱动关节的整体结构剖视图；图2为图1沿A-A的剖视图；图3为图1中B部放大示意图。
如图所示，本实施例机器人驱动关节，包括驱动关节壳体1、动力输入轴2、双联外弧形鼓齿3和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮4，
所述驱动关节壳体1上设置有内弧形鼓齿轮1a，
所述动力输入轴2上固定外套有第一滚动轴承5，第一滚动轴承5同动力输入轴偏心设置，偏心距为e，所述双联外弧形鼓齿3外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，
所述双联外弧形鼓齿3的第一联鼓形齿3a同驱动关节壳体1上的内鼓形齿轮1a少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿3b同动力输出齿轮4的内鼓形齿轮少齿差啮合。
采用双联外弧形鼓齿传动，能衰减传动系统的非线性波动并能保证承载齿轮强度与刚度，保证了在重载和长时间循环交变应力作用下的系统可靠性和平稳性，传动振动、噪声小。
作为对本实施方案的改进，本机器人驱动关节还包括驱动电机，驱动电机的转子6固定外套于动力输入轴2并与其同轴配合，驱动电机的定子7设置于驱动关节壳体1上。将驱动电机集成一体设计，整体结构简洁，驱动电机的转子和动力输入轴之间直接连接，传动链短，装配误差小，传动效率高，避免了装配误差带来的系统振动和噪声。
本实施例中，所述驱动电机的转子6为感应线圈。
作为对本实施方案的改进，本机器人驱动关节还包括制动器，所述制动器包括设有摩擦材料9的离合体8和设置于离合体8与转子7之间的压缩弹簧10，所述离合体8外套于动力输入轴2并可沿其轴向单自由度滑动，所述压缩弹簧10用于推动离合体8与驱动关节壳体贴合实现制动。将制动器集成设计于一体，制动器与驱动电机同步动作；转子为感应线圈，其通电旋转并产生电磁场，离合体受转子电磁力吸引离开驱动关节壳体，此时不制动；转子不通电，离合体在压缩弹簧的推力下与驱动关节壳体贴合，此时制动；制动器响应速度快，制动效果好，系统安全性高。
本实施例机器人驱动关节将驱动、减速和制动功能集成一体，整体结构紧凑、简洁，部件少，传动连短、配合误差小，传动效率高，振动和噪声小，动能多。
作为对本实施方案的改进，还包括衰振单元，所述衰振单元包括减振件和将减振件固定到驱动关节壳体1上的连接件11，所述减振件包括壳体12和设置在壳体12上的减振材料13，减振材料13通过连接件压在驱动关节壳体1上。本实施例中减振材料13通过密封胶粘接成一体，吸振效果好；连接件为螺栓，装配方便。通过减振材料吸收传动系统的振动和噪声，可进一步提高传动平稳性和降低噪声污染。
作为对本实施方案的改进，所述驱动关节壳体1上还设置有用于检测转子7转速的速度传感器14、用于检测双联外弧形鼓齿振动强度的加速度传感器15和用于检测驱动电机温度的温度传感器16。通过传感器能测量传动系统的传动速度、系统振动状态和驱动电机温度等信息，便于监控驱动关节工作状态，使其安全可靠性更高。
作为对本实施方案的改进，所述动力输入轴2上固定套有外花键齿套17，所述离合体8同外花键齿套17花键配合。当然在不同实施方式中，在动力输入轴上直接加工花键，也能实现本发明。但本结构制造更方便。
作为对本实施方案的改进，所述双联外弧形鼓齿3的第一列鼓形齿3a和第二列鼓形齿3b为旋向相反的斜齿轮，斜齿轮在传动过程中比直齿轮的振动更小，噪声更低，第一列鼓形齿和第二列鼓形齿的顶齿与齿根法向齿廓修缘至K型公差带且齿向成弧面，齿轮精度高，齿根应力集中小，齿面受力能力强，齿轮强度高。
作为对本实施方案的改进，所述第一滚动轴承5为球面双列四点接触球轴承，调心能力强，便于保证装配精度，同时使动力输入轴的受力集中在轴承两端，有利于提高受力性能，减少轴的偏心振动。
作为对本实施方案的改进，所述驱动关节壳体1包括壳体座1b和通过螺钉固定在壳体座1b上的壳体盖1c，动力输入轴2的一端通过第二滚动轴承18与动力输出齿轮4的内孔转动配合，动力输入轴2的另一端通过第三滚动轴承19同壳体盖1c转动配合，动力输入轴2的中部通过第四滚动轴承20同壳体座1b转动配合，动力输出齿轮4的外圆通过第五滚动轴承21同壳体座1b转动配合。动力输入轴2和动力输出齿轮4支撑点较多，刚性好，传动平稳。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种机器人驱动关节，其特征在于：包括驱动关节壳体、动力输入轴、双联外弧形鼓齿和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮，
所述驱动关节壳体上设置有内弧形鼓齿轮，
所述动力输入轴上固定外套有第一滚动轴承，第一滚动轴承同动力输入轴偏心设置，所述双联外弧形鼓齿外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，
所述双联外弧形鼓齿的第一联鼓形齿同驱动关节壳体上的内鼓形齿轮少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿同动力输出齿轮的内鼓形齿轮少齿差啮合；
还包括驱动电机，驱动电机的转子固定外套于动力输入轴并与其同轴配合，驱动电机的定子设置于驱动关节壳体上，所述驱动电机的转子为感应线圈；
还包括制动器，所述制动器包括设有摩擦材料的离合体和设置于离合体与转子之间的压缩弹簧，所述离合体外套于动力输入轴并可沿其轴向单自由度滑动，所述压缩弹簧用于推动离合体与驱动关节壳体贴合实现制动；
还包括衰振单元，所述衰振单元包括减振件和将减振件固定到驱动关节壳体上的连接件，所述减振件包括壳体和设置在壳体上的减振材料，减振材料通过连接件压在驱动关节壳体上；
所述驱动关节壳体上还设置有用于检测转子转速的速度传感器、用于检测双联外弧形鼓齿振动强度的加速度传感器和用于检测驱动电机温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的机器人驱动关节，其特征在于：所述动力输入轴上固定套有外花键齿套，所述离合体同外花键齿套花键配合。
3.根据权利要求1所述的机器人驱动关节，其特征在于：所述双联外弧形鼓齿的第一列鼓形齿和第二列鼓形齿为旋向相反的斜齿轮，第一列鼓形齿和第二列鼓形齿的顶齿与齿根法向齿廓修缘至K型公差带且齿向成弧面。
4.根据权利要求1所述的机器人驱动关节，其特征在于：所述第一滚动轴承为球面双列四点接触球轴承。
5.根据权利要求1所述的机器人驱动关节，其特征在于：所述驱动关节壳体包括壳体座和通过螺钉固定在壳体座上的壳体盖，动力输入轴的一端通过第二滚动轴承与动力输出齿轮的内孔转动配合，动力输入轴的另一端通过第三滚动轴承同壳体盖转动配合，动力输入轴的中部通过第四滚动轴承同壳体座转动配合，动力输出齿轮的外圆通过第五滚动轴承同壳体座转动配合。
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