CN216343711U - 一种基于行星轮系的机器人关节减速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，所述减速机构包括输出接地齿轮壳体、及位于输出接地齿轮壳体两侧的左输出端盖和右输出端盖，所述输出接地齿轮壳体内部设有驱动机构，所述驱动机构两侧对称连接有行星减速机构。所述行星轮系采用对称结构，使输入力矩可以从两端传递，使工作时内部力矩分布平衡，相对于地面的输出力矩不会耦合作用于减速机构上，使得该行星轮机器人关节减速器齿面受力明显小于传统机器人关节减速器齿面受力，大大提高了产品的机械性能及使用寿命。相对于传统RV减速器，传递扭矩大，结构简单，行星轮系的对称一体设计更有利于实现小回差、高精度、高刚度，设计合理，能满足不同机器人关节的使用要求。

Description

一种基于行星轮系的机器人关节减速机构

技术领域

本实用新型涉及机器人关节减速机构技术领域，尤其涉及一种基于行星轮系的机器人关节减速机构。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，工业机器人已成为制造业中必不可少的核心装备，在如汽车，军工，航天，医疗设备等领域都有着巨大发展潜力。工业机器人实质就是一种多自由度的自动执行工作的机械装置，靠自身动力和控制能力来实现各种功能，从而在生产线上进行工作。对于机器人产业而言，关节减速器是机器人结构四大关键技术之一，并且是最关键的核心零部件。精度高的关节减速器能保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保产品良好的工艺质量。

目前，国内外的机器人关节减速器广泛采用RV减速器和谐波减速器。其中RV减速器结构一般为摆线轮与针齿轮配合传动，其几何结构复杂，加工成本较高，减速比很难超过150，而且在国内技术不够成熟，生产的机器人关节减速器相应还存在有传动性能较差、使用寿命短等问题。谐波减速器存在减速比偏小，抗冲击力差等缺点。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案，设计一款结构紧凑、传动比大、制造成本低、传动效率好的关节减速器。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其目的在于对现有关节减速器技术存在的不足之处加以解决，提供了一种结构合理，机械性能好的行星轮机器人关节减速机构。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，所述减速机构包括输出接地齿轮壳体、及位于输出接地齿轮壳体两侧的左输出端盖和右输出端盖，所述输出接地齿轮壳体内部设有驱动机构，所述驱动机构两侧对称连接有行星减速机构。

优选的，所述驱动机构包括电机和太阳轮组，所述太阳轮组包括具有中心穿孔的驱动轴，所述驱动轴表面两侧对称设置有第一太阳齿轮和第二太阳齿轮，并且所述电机紧固穿设在所述中心穿孔内。

优选的，所述行星减速机构包括沿所述第一太阳齿轮周向等间距啮合的第一输入行星轮、及与所述第二太阳齿轮周向等间距啮合的第二输入行星轮，并在所述第一输入行星轮和第二输入行星轮上均设有行星轮支撑装置，在每个水平对应的所述第一输入行星轮与第二输入行星轮之间均连接设置有减速机构。

优选的，所述行星轮支撑装置包括依次将所述第一输入行星轮和第二输入行星轮环套外啮合的第一输入外齿轮及第二输入外齿轮，所述第一输入外齿轮及第二输入外齿轮外周依次紧固环套有第一外齿轮环和第二外齿轮环，且两者的外侧均紧固套设有角接触球轴承，并且每个所述角接触球轴承的外轴承环均与所述输出接地齿轮壳体内腔壁紧贴配合，所述第一外齿轮环和第二外齿轮环内均设有中空的太阳轮滚轴，所述驱动轴的两端均紧配合套设在两侧的所述太阳轮滚轴内。

优选的，所述减速机构包括同步与所述第一输入行星轮与第二输入行星轮穿设的齿轮轴，在位于所述第一输入行星轮与第二输入行星轮之间的所述齿轮轴上设有减速齿，所述输出接地齿轮壳体内壁转动设有与所述减速齿啮合的内齿圈，所述第一太阳齿轮与第二太阳齿轮之间预留有将所述减速齿嵌入的间隙。

优选的，所述齿轮轴两端均开设有安装键槽，所述齿轮轴两端套设有依次紧贴第一输入行星轮与第二输入行星轮外侧壁的行星轮滚轴，所述行星轮滚轴内侧设有配合所述安装键槽的限位键。

优选的，所述左输出端盖和右输出端盖中均设有与所述电机两端连接的左输出轴和右输出轴，并且所述左输出端盖和右输出端盖内均设有与两侧所述太阳轮滚轴的内孔紧配合的左定位凸台和右定位凸台。

本实用新型的有益效果是：该关节减速机构的行星轮系采用对称结构，使输入力矩可以从两端传递，使工作时内部力矩分布平衡，相对于地面的输出力矩不会耦合作用于减速机构上，使得该行星轮机器人关节减速器齿面受力明显小于传统机器人关节减速器齿面受力，大大提高了产品的机械性能及使用寿命。

所述输入行星轮和所述减速机构采用一体化结构，并分别于内齿圈进行啮合，结构紧凑，使得各个齿轮间间隙较小，提升了所述行星轮系传动的稳定性。同时齿轮端面设置有滚轴，与齿轮同步啮合运动，保证齿轮径向位置，减小轴向承受载荷，代替了行星架的使用，优化了整体结构，使整个传动结构更加紧凑，减小了减速机构的体积和重量，大大降低了制造成本。

相对于传统RV减速器，传递扭矩大，结构简单，行星轮系的对称一体设计更有利于实现小回差、高精度、高刚度，设计合理，能满足不同机器人关节的使用要求，适合推广使用。

附图说明

图1为本实用新型关节减速机构的整体结构示意图。

图2为本实用新型关节减速机构的装配示意图。

图3为本实用新型关节减速机构的侧剖视图。

图4为本实用新型关节减速机构的行星轮减速机构整体结构示意图。

图5为本实用新型关节减速机构的行星轮减速机构的装配示意图。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1～5所示的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，所述减速机构包括输出接地齿轮壳体1、及位于输出接地齿轮壳体1两侧的左输出端盖17和右输出端盖16，所述输出接地齿轮壳体1内部设有驱动机构，所述驱动机构两侧对称连接有行星减速机构。具体的，所述减速机构被包裹在具有筒型结构的输出接地齿轮壳体1内，所述输出接地齿轮壳体1的两侧端面设有左输出端盖17和右输出端盖16，并且形成一个密闭环境。其中，所述驱动机构为整个减速机构输入动力，通过所述行星减速机构将该驱动外力进行额定传动比的减速处理，以使得减速机构实现减速的目的。对称设置的行星减速机构将所述驱动机构的输入力矩可以从两端传递，使工作时内部力矩分布平衡，使得该关节减速器机构内部受力明显小于传统机器人关节减速器齿面受力，适用性强，提高了产品的机械性能。

具体的，所述驱动机构包括电机3和太阳轮组2，所述太阳轮组2包括具有中心穿孔的驱动轴18，所述驱动轴18表面两侧对称设置有第一太阳齿轮21和第二太阳齿轮22，并且所述电机3紧固穿设在所述中心穿孔内。其中，第一太阳齿轮21和第二太阳齿轮22与所述驱动轴18为紧配合的一体机构。将所述电机3(优选为无刷直流电机)穿设在驱动轴18的中心穿孔(图中未示出)中，通过电机3依次驱动驱动轴18及第一太阳齿轮21和第二太阳齿轮22将力矩输出。

具体的，所述行星减速机构包括沿所述第一太阳齿轮21周向等间距啮合的第一输入行星轮7、及与所述第二太阳齿轮22周向等间距啮合的第二输入行星轮8，并在所述第一输入行星轮7和第二输入行星轮8上均设有行星轮支撑装置，在每个水平对应的所述第一输入行星轮7与第二输入行星轮8之间均连接设置有减速机构。装配操作为：将第一输入行星轮7(优选的，其数量为四个)等间距环绕啮合在第一太阳齿轮21的外周面上；将第二输入行星轮8(优选的，其数量为四个)等间距环绕啮合在第二太阳齿轮22上，同时保持每个第一输入行星轮7和第二输入行星轮8水平对应，在通过行星轮支撑装置依次将多个第一输入行星轮7和第二输入行星轮8均与第一太阳齿轮21和第二太阳齿轮22支撑啮合。通过减速机构将水平对应的第一输入行星轮7和第二输入行星轮8连接后，可将电机3输出到太阳轮组2上的输出力矩朝向两端传递，使工作时内部力矩分布平衡，使得该关节减速器机构内部受力明显小于传统机器人关节减速器齿面受力。

具体的，所述行星轮支撑装置包括依次将所述第一输入行星轮7和第二输入行星轮8环套外啮合的第一输入外齿轮4及第二输入外齿轮5，所述第一输入外齿轮4及第二输入外齿轮5外周依次紧固环套有第一外齿轮环91和第二外齿轮环92，且两者的外侧均紧固套设有角接触球轴承14，并且每个所述角接触球轴承14的外轴承环均与所述输出接地齿轮壳体1内腔壁紧贴配合，所述第一外齿轮环91和第二外齿轮环92内均设有中空的太阳轮滚轴10，所述驱动轴18的两端均紧配合套设在两侧的所述太阳轮滚轴10内。第一输入外齿轮4、第二输入外齿轮5、第一输入行星轮7、第二输入行星轮8、第一太阳齿轮21及第二太阳齿轮22共同构成前后输入行星轮系，并通过齿轮间内外啮合形成统一的回转中心。由于第一输入外齿轮4及第二输入外齿轮5依次将多个第一输入行星轮7和第二输入行星轮8环套支撑在第一太阳齿轮21和第二太阳齿轮22上，通过太阳轮组2使得第一输入行星轮7和第二输入行星轮8均同步与第一太阳齿轮21、第二太阳齿轮22及第一输入外齿轮4及第二输入外齿轮5内外啮合转动。将第一外齿轮环91和第二外齿轮环92通过角接触球轴承14分别装配于输出接地齿轮壳体1内腔两侧，起辅助转动作用，保证齿圈的旋转精度(较佳的，所述第一外齿轮环91和第二外齿轮环92的外侧均设有角接触球轴承14紧固套设的第一外齿轮环凸台91a和第二外齿轮环凸台92a，接着将第一输入外齿轮4及第二输入外齿轮5依次套入，并最终将电机3、太阳轮组2、第一输入行星轮7和第二输入行星轮8整体装配于输出接地齿轮壳体1内。同时，太阳轮组2通过其驱动轴18紧固穿设在第一外齿轮环91和第二外齿轮环92的太阳轮滚轴10内，将整个太阳轮组2及与其外啮合的第一输入行星轮7和第二输入行星轮8进行支撑。

具体的，所述减速机构包括同步与所述第一输入行星轮7与第二输入行星轮8穿设的齿轮轴61，在位于所述第一输入行星轮7与第二输入行星轮8之间的所述齿轮轴61上设有减速齿6，所述输出接地齿轮壳体1内壁转动设有与所述减速齿6啮合的内齿圈1a，该两者构成输出行星轮系。所述第一太阳齿轮21与第二太阳齿轮22之间预留有将所述减速齿6嵌入的间隙201。其中，所述第一输入行星轮7与第二输入行星轮8依次套设在减速齿6两侧的齿轮轴61上，使得三者形成一体接结构，并同时保证其轴向位置。在所述第一输入行星轮7与第二输入行星轮8运动的同时，减速齿6也相应转动，并带动与其内啮合的所述输出接地齿轮壳体1中的内齿圈1a转动输出动力，由太阳轮组2、第一输入行星轮7、第二输入行星轮8、减速齿6、第一输入外齿轮4和第二输入外齿轮5组成的前后行星轮系的齿数差异，形成减速机构传动比，使所述电机3输入的大扭矩通过减速机构与相对地面固定的所述输出接地齿轮1传递，再通过固定的壳体使动力输出，在各部分齿轮啮合运动的同时，所述太阳轮滚轴10、行星轮滚轴11和外齿轮滚轴环15也相应配合转动，保持了减速机构工作时各齿轮组的对中性，因此无需使用行星架，简化了减速器整体结构，并且整个关节减速机构中，所述太阳轮2，第一输入外齿轮4、第二输入外齿轮5、第一输入行星轮7、第二输入行星轮8和角接触球轴承14都采用地面对地面的对称分布结构，使工作时内部力矩分布平衡，相对于地面的输出力矩不会耦合作用于减速机构上，减少了行星轮表面的轴向载荷，大大提升了减速机构的机械性能，以此满足不同机器人关节的使用要求。较佳的，所述第一太阳齿轮21与第二太阳齿轮22之间预留所述减速齿6嵌入的间隙201，使得整个机构变得更加紧凑。

具体的，所述齿轮轴61两端均开设有安装键槽61a，所述齿轮轴61两端套设有依次紧贴第一输入行星轮7与第二输入行星轮8外侧壁的行星轮滚轴11，所述行星轮滚轴11内侧设有配合所述安装键槽61a的限位键11a。所述齿轮轴61前后两端开设有安装所述行星轮滚轴11的安装键槽61a，通过安装键槽61a的限位键11a的配合，使所述行星轮滚轴11以同轴度连接在齿轮轴61两端，保证行星轮滚轴11的径向位置。优选的，所述齿轮轴61内部开设有螺纹穿孔(图中未示出)，其内穿设有紧固螺栓12，所述齿轮轴61上套设依次有第二输入行星轮8、减速齿6、第一输入行星轮7，并在所述六角螺栓12的外端套设有将上述部件紧固成一体结构的六角螺母13，保证行星轮组的整体机构。

所述左输出端盖17和右输出端盖16中均设有与所述电机3两端连接的左输出轴171和右输出轴161，并且所述左输出端盖17和右输出端盖16内均设有与两侧所述太阳轮滚轴10的内孔紧配合的左定位凸台172和右定位凸台162。所述左输出轴171和右输出轴161将所述电机3固定在驱动轴18中，实现电机3与太阳轮滚轴10的固定。所述两侧太阳轮滚轴10紧固套设在左定位凸台172和右定位凸台162与左输出端盖17和右输出端盖16进行连接支撑。优选的，所述左输出端盖17和右输出端盖16上还设有以端盖中心周向均匀布置的螺栓孔(图中未示出)，通过紧固螺栓20与接地齿轮壳体1进行连接，闭合整体减速机构。同时设有两个销孔(图中未示出)，安装定位销23，保证所述左输出端盖17和右输出端盖16的固定。

本实用新型的原理是：电机按同轴度嵌入在太阳轮组的驱动轴中，整体减速机构由电机输入动力，驱动太阳轮驱动轴自转，并带动与第一太阳齿轮与第二太阳齿轮外啮合的第一输入行星轮与第二输入行星轮转动，由于第一输入行星轮与第二输入行星轮同时与第一输入外齿轮与第二输入外齿轮内啮合，所以第一输入行星轮与第二输入行星轮相对地面进行自转，传递输入动力。由于第一输入行星轮与第二输入行星轮与减速齿一体化设计，在第一输入行星轮与第二输入行星轮转动的同时，减速齿也相应转动，并带动与其内啮合的输出接地齿轮壳体中的内齿圈转动。由太阳轮组、行星轮组、输入外齿轮组组成的前后行星轮系的齿数差异，形成减速机构传动比，使电机输入的大扭矩通过减速齿与内齿圈传递输出。在各部分齿轮啮合运动的同时，太阳轮滚轴，行星轮滚轴，外齿圈滚轴环也相应配合转动，保持了减速机构工作时各齿轮组的对中性，因此无需使用行星架，简化了减速器整体结构。并且整个关节减速机构中，太阳轮组，输入外齿轮组，输入行星轮组和角接触球轴承都采用地面对地面的对称分布结构，使工作时内部力矩分布平衡，相对于地面的输出力矩不会耦合作用于减速齿上，减少了行星轮表面的轴向载荷，大大提升了减速机构的机械性能，以此满足不同机器人关节的使用要求。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述减速机构包括输出接地齿轮壳体(1)、及位于输出接地齿轮壳体(1)两侧的左输出端盖(17)和右输出端盖(16)，所述输出接地齿轮壳体(1)内部设有驱动机构，所述驱动机构两侧对称连接有行星减速机构。

2.根据权利要求1所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述驱动机构包括电机(3)和太阳轮组(2)，所述太阳轮组(2)包括具有中心穿孔的驱动轴(18)，所述驱动轴(18)表面两侧对称设置有第一太阳齿轮(21)和第二太阳齿轮(22)，并且所述电机(3)紧固穿设在所述中心穿孔内。

3.根据权利要求2所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述行星减速机构包括沿所述第一太阳齿轮(21)周向等间距啮合的第一输入行星轮(7)、及与所述第二太阳齿轮(22)周向等间距啮合的第二输入行星轮(8)，并在所述第一输入行星轮(7)和第二输入行星轮(8)上均设有行星轮支撑装置，在每个水平对应的所述第一输入行星轮(7)与第二输入行星轮(8)之间均连接设置有减速机构。

4.根据权利要求3所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述行星轮支撑装置包括依次将所述第一输入行星轮(7)和第二输入行星轮(8)环套外啮合的第一输入外齿轮(4)及第二输入外齿轮(5)，所述第一输入外齿轮(4)及第二输入外齿轮(5)外周依次紧固环套有第一外齿轮环(91)和第二外齿轮环(92)，且两者的外侧均紧固套设有角接触球轴承(14)，并且每个所述角接触球轴承(14)的外轴承环均与所述输出接地齿轮壳体(1)内腔壁紧贴配合，所述第一外齿轮环(91)和第二外齿轮环(92)内均设有中空的太阳轮滚轴(10)，所述驱动轴(18)的两端均紧配合套设在两侧的所述太阳轮滚轴(10)内。

5.根据权利要求4所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述减速机构包括同步与所述第一输入行星轮(7)与第二输入行星轮(8)穿设的齿轮轴(61)，在位于所述第一输入行星轮(7)与第二输入行星轮(8)之间的所述齿轮轴(61)上设有减速齿(6)，所述输出接地齿轮壳体(1)内壁转动设有与所述减速齿(6)啮合的内齿圈(1a)，所述第一太阳齿轮(21)与第二太阳齿轮(22)之间预留有将所述减速齿(6)嵌入的间隙(201)。

6.根据权利要求5所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述齿轮轴(61)两端均开设有安装键槽(61a)，所述齿轮轴(61)两端套设有依次紧贴第一输入行星轮(7)与第二输入行星轮(8)外侧壁的行星轮滚轴(11)，所述行星轮滚轴(11)内侧设有配合所述安装键槽(61a)的限位键(11a)。

7.根据权利要求6所述的一种基于行星轮系的机器人关节减速机构，其特征在于：所述左输出端盖(17)和右输出端盖(16)中均设有与所述电机(3)两端连接的左输出轴(171)和右输出轴(161)，并且所述左输出端盖(17)和右输出端盖(16)内均设有与两侧所述太阳轮滚轴(10)的内孔紧配合的左定位凸台(172)和右定位凸台(162)。

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