一種電機并置雙驅差動兩自由度模塊化關節的制作方法

本實用新型涉及機器人技術領域，尤其涉及一種電機并置雙驅差動兩自由度模塊化關節。

背景技術：

關節是工業或服務機器人的臂部各模塊相互運動的基本載體，是實現手臂自由度的關鍵，在機器人運用中有著不可替代的作用。在目前應用的各類關節中，主流是單自由度關節，即單一電機驅動一個擺動自由度或一個轉動自由度，通過多個不同類型的單自由度關節的串聯實現特定要求。這種組織方式事實上降低了部分電機的有效利用率，使之長時間處于閑置狀態、不能發揮其效能。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種電機并置雙驅差動兩自由度模塊化關節，有效縮減關節機構，同時提高電機的利用率，進一步降低電機的輸出功率，并實現關節模塊化。

為解決以上技術問題，本實用新型的技術方案為：一種電機并置雙驅差動兩自由度模塊化關節，其不同之處在于：其包括兩端開口的半盒狀固定殼體、兩個驅動電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的減速機構、用于實現輸出端轉動和/或擺動的差速機構，所述固定殼體的內腔分為用于安置減速機構和差速機構的前部內腔和用于安置驅動電機的后部內腔，所述兩個驅動電機并排布置在固定殼體后部內腔中，驅動電機的輸出軸均安裝有小錐齒輪，小錐齒輪外側均設有與其嚙合的大錐齒輪，所述大錐齒輪位于固定殼體前部內腔的左右兩側，兩對小錐齒輪和大錐齒輪構成所述減速機構；所述固定殼體前部內腔的中部設有一根與固定殼體前部內腔左右兩側緊固的關節回轉軸，關節回轉軸兩端分別設有與同側的大錐齒輪固定連接的第一差速錐齒輪，關節回轉軸上還安裝有可繞其轉動的空心轉軸，所述空心轉軸包括通過軸承可轉動套設于關節回轉軸的旋轉部和從旋轉部延伸出的延伸部，所述延伸部頂端安裝有可自轉的第二差速錐齒輪，所述第一差速錐齒輪與第二差速錐齒輪嚙合并構成所述差速機構，第二差速錐齒輪端部固連有安裝座作為輸出端。

按以上方案，所述大錐齒輪與同側的第一差速錐齒輪的固連方式可以采用法蘭孔穿緊固件、平鍵、花鍵、內外齒方式中一種或幾種的組合。

按以上方案，所述大錐齒輪與第一差速錐齒輪采用法蘭孔穿緊固件相連。

按以上方案，所述差速機構采用的第一差速錐齒輪和第二差速錐齒輪為齒數相同的正錐齒輪。

按以上方案，所述第一差速錐齒輪與第二差速錐齒輪嚙合程度的調節可以采用螺紋、拉銷、鉚接、插銷方式中一種或幾種組合。

按以上方案，所述第一差速錐齒輪與第二差速錐齒輪嚙合程度的調節是采用的螺紋調節方式。

按以上方案，所述空心轉軸的旋轉部和延伸部構成T形結構。

按以上方案，所述空心轉軸上開有徑向的通孔或半通孔，用于其它關節與本關節連接時的內部走線。

按以上方案，所述第二差速錐齒輪與安裝座可采用緊固件連接或一體式的方式。

按以上方案，所述固定殼體為分體式或整體式結構，固定殼體末端設有多個用于固定連接其它模塊化關節的安裝孔。

由上述方案可知，本實用新型實施例的有益效果為：由于采用雙電機并聯驅動，在執行任一單自由度或雙自由度的動作時均可以由兩電機共同使能，只需要對兩電機的輸出轉速按一定規則進行差補即可。

1)這樣能夠有效提高單一電機的利用率并降低其輸出功率，對關節結構瘦身；

2)同時把本關節按功率區間標準化，并將其驅動器內置于固定殼體內，即可模塊化本關節。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的俯視剖視示意圖；

圖2是本實用新型實施例的側面剖視示意圖；

圖3是本實用新型實施例的立體外觀圖；

圖4是本實用新型實施例的立體剖視外觀圖；

圖5是本實用新型實施例的串聯安裝示意圖；

其中：1—固定殼體(1-1電機固定殼體，1-2減速機殼體，1-3罩殼)，2—驅動電機， 3—安裝孔，4—小錐齒輪，5—大錐齒輪，6—第一差速錐齒輪，7—關節回轉軸，8—第一軸承，9—第二軸承，10—安裝座，11—開槽螺母，12—交叉滾子軸承，13—第二差速錐齒輪， 14—空心轉軸。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

結合圖1-圖5所示的本實用新型實施例中，本實用新型包括：開口半盒狀的固定殼體1，兩只帶有減速和測速裝置的驅動電機2，兩對由小錐齒輪4和大錐齒輪5組成的減速機構，以及一對由第一差速錐齒輪6和第二差速錐齒輪13構成的差速機構等。固定殼體1中后半部分為電機固定殼體1-1，前半部分為減速機殼體1-2；電機固定殼體1-1由兩只同樣的殼體包裹并固定驅動電機2，其前端面有驅動電機2的安裝孔，后端有模塊化關節的安裝孔；所述的驅動電機2有兩只，并排布置且固定于電機固定殼體1-1內部，驅動電機可以由直流電機、加裝在其前端的行星減速器和其尾部的編碼器組成，電機固定殼體1-1分為上、下完全相同的兩部分，其尾部組合后有完整的安裝法蘭螺紋孔，每只驅動電機2輸出軸均安裝有小錐齒輪4，小錐齒輪4分別與兩側的大錐齒輪5嚙合實現改變輸出方向和增加輸出扭矩，大錐齒輪5固連于同側的第一差速錐齒輪6上；所述的第一差速錐齒輪6分左右兩只，分別通過兩只第一軸承8套在同側的減速機殼體1-2上，減速機殼體1-2同時與上、下兩部分的電機固定殼體1-1連接，形成穩定的支撐結構；所述的左右側的減速機殼體1-2通過與關節回轉軸7緊固，合成一個整體；所述的關節回轉軸7中部安裝有兩只第二軸承9，用以支承空心轉軸14繞其擺動，空心轉軸14通過螺紋安裝開槽螺母11，開槽螺母11外徑上套有交叉滾子軸承12，在交叉滾子軸承12外圈安裝有第二差速錐齒輪13，通過調整開槽螺母11位于空心轉軸14的位置可以矯正第二差速錐齒輪13與所述的第一差速錐齒輪6的嚙合間隙；所述的第二差速錐齒輪13能夠通過交叉滾子軸承12在空心轉軸14上自轉，同時又因空心轉軸14能夠繞關節回轉軸7擺動，第二差速錐齒輪13端部固連有安裝座10用作本實施例的輸出端，能夠與另一本實施例首尾或首首或尾尾相連；所述的大錐齒輪5既能用緊固件15與第一差速錐齒輪6固連，也可使用平鍵、花鍵、六角、八角等其他方式固連；為美化結構、防止齒輪外漏傷人等，在所述的空心轉軸14上裝有罩殼1-3，形成肘部密封空間。

減速機構可以采用渦輪蝸桿、錐齒輪組、圓柱齒輪端面齒輪等一種或幾種的組合，本實用新型實施例中的減速機構采用由小錐齒輪4和大錐齒輪5組成的錐齒輪組。

差速機構利用左右兩側的第一差速錐齒輪的轉速不同，驅動第二差速錐齒輪繞空心轉軸轉動或繞關節回轉軸擺動兩個自由度中的一個或兩個，是關節實現兩個自由度的關鍵機構。差速機構可以采用相同齒數或不同齒數的正錐齒輪或斜錐齒輪，甚至其他能夠嚙合的滿足差速的形式，本實施例中的差速機構(第一差速錐齒輪6和第二差速錐齒輪13)采用齒數相同的正錐齒輪。

大錐齒輪5固連于同側的第一差速錐齒輪6可以采用法蘭孔穿緊固件、平鍵、花鍵、內外齒等一種或幾種的組合，本實用新型實施例中的大錐齒輪5與第一差速錐齒輪6采用法蘭孔穿緊固件15相連。

第二差速錐齒輪13與第一差速錐齒輪6嚙合程度的調節可以采用螺紋、拉銷、鉚接、插銷等一種或幾種組合，本實用新型實施例中的第二差速錐齒輪13與第一差速錐齒輪6采用的是螺紋調節。

本實用新型實施例中的空心轉軸14上開有徑向的雙壁貫通圓孔或單壁貫通圓孔，用以下一關節在本關節內部走線。

第二差速錐齒輪13與開槽螺母11相對轉動部件可以是交叉滾子軸承、深溝球軸承、推力軸承、調心軸承等一種或幾種的組合，本實用新型實施例中的第二差速錐齒輪13與開槽螺母11相對轉動部件采用的是交叉滾子軸承。

第二差速錐齒輪13與安裝座10可以采用緊固件連接或直接做出一體等，本實用新型實施例中采用分體式，使用緊固件固連。

本實用新型實施例中所述的罩殼1-3可以采用分體式、整體式，以及其他分型方式進行組合；所述的罩殼1-3在本實施例中的連接方式可以采用粘接、螺紋連接、鉚接、卡扣等一種或幾種組合。

電機并置雙驅差動兩自由度模塊化關節的輸入轉速與輸出兩自由度轉速的關系：

如圖，各錐齒輪按圖示方向為轉動正方向，其中作為動力源的兩小錐齒輪的轉速分別為 w₁、w₂，其齒數為z₁；減速大齒輪的轉速分別為w_L、w_R，齒數為z₂；差速齒輪的齒數為z₃；輸出端自轉轉速w_out，公轉轉速w_turn。

有：

(1.1)

根據接觸點線速度有：

(1.2)

聯合式(1.1)和式(1.2)，可解得：

(1.3)

式(1.3)即是模塊化關節的輸出端自轉、公轉轉速與輸入轉速的關系式。

1)當w₁＝w₂≠0時：

輸出端只有自轉轉速，沒有公轉，此時

2)當w₁＝-w₂≠0時：

輸出端只有公轉轉速，沒有自轉，此時

3)其他輸入轉速時，輸出端自轉和公轉同時發生，且有如下關系：

本實用新型實施例中，使用兩只并置的電機經過減速后共同驅動一個具有兩自由度的差速機構，該機構自身能提供2倍的減速比，有效縮減關節機構的同時使得兩個并置電機能夠任何時間共同使能，提高電機的利用率，進一步降低電機的輸出功率。本實用新型實施例可模塊化，多個本實施例可以首尾或首首或尾尾相連。本實用新型實施例中，由于差速機構的存在，根據兩側第一差速錐齒輪轉速的不同，能夠同時實現輸出端繞空心轉軸自轉(轉動自由度)和繞關節回轉軸公轉(擺動自由度)兩個自由度。

以上內容是結合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。