本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電機并置雙驅(qū)差動兩自由度模塊化關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

關(guān)節(jié)是工業(yè)或服務(wù)機器人的臂部各模塊相互運動的基本載體，是實現(xiàn)手臂自由度的關(guān)鍵，在機器人運用中有著不可替代的作用。在目前應(yīng)用的各類關(guān)節(jié)中，主流是單自由度關(guān)節(jié)，即單一電機驅(qū)動一個擺動自由度或一個轉(zhuǎn)動自由度，通過多個不同類型的單自由度關(guān)節(jié)的串聯(lián)實現(xiàn)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(tài)、不能發(fā)揮其效能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種電機并置雙驅(qū)差動兩自由度模塊化關(guān)節(jié)，有效縮減關(guān)節(jié)機構(gòu)，同時提高電機的利用率，進(jìn)一步降低電機的輸出功率，并實現(xiàn)關(guān)節(jié)模塊化。

為解決以上技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案為：一種電機并置雙驅(qū)差動兩自由度模塊化關(guān)節(jié)，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(qū)動電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的減速機構(gòu)、用于實現(xiàn)輸出端轉(zhuǎn)動和/或擺動的差速機構(gòu)，所述固定殼體的內(nèi)腔分為用于安置減速機構(gòu)和差速機構(gòu)的前部內(nèi)腔和用于安置驅(qū)動電機的后部內(nèi)腔，所述兩個驅(qū)動電機并排布置在固定殼體后部內(nèi)腔中，驅(qū)動電機的輸出軸均安裝有小錐齒輪，小錐齒輪外側(cè)均設(shè)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(nèi)腔的左右兩側(cè)，兩對小錐齒輪和大錐齒輪構(gòu)成所述減速機構(gòu)；所述固定殼體前部內(nèi)腔的中部設(shè)有一根與固定殼體前部內(nèi)腔左右兩側(cè)緊固的關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸，關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸兩端分別設(shè)有與同側(cè)的大錐齒輪固定連接的第一差速錐齒輪，關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸上還安裝有可繞其轉(zhuǎn)動的空心轉(zhuǎn)軸，所述空心轉(zhuǎn)軸包括通過軸承可轉(zhuǎn)動套設(shè)于關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)部和從旋轉(zhuǎn)部延伸出的延伸部，所述延伸部頂端安裝有可自轉(zhuǎn)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(gòu)成所述差速機構(gòu)，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(cè)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(nèi)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(gòu)采用的第一差速錐齒輪和第二差速錐齒輪為齒數(shù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)是采用的螺紋調(diào)節(jié)方式。

按以上方案，所述空心轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)部和延伸部構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)。

按以上方案，所述空心轉(zhuǎn)軸上開有徑向的通孔或半通孔，用于其它關(guān)節(jié)與本關(guān)節(jié)連接時的內(nèi)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(jié)構(gòu)，固定殼體末端設(shè)有多個用于固定連接其它模塊化關(guān)節(jié)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(lián)驅(qū)動，在執(zhí)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(zhuǎn)速按一定規(guī)則進(jìn)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(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)瘦身；

2)同時把本關(guān)節(jié)按功率區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)化，并將其驅(qū)動器內(nèi)置于固定殼體內(nèi)，即可模塊化本關(guān)節(jié)。

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(cè)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(lián)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(qū)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(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

結(jié)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(qū)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(gòu)，以及一對由第一差速錐齒輪6和第二差速錐齒輪13構(gòu)成的差速機構(gòu)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(qū)動電機2，其前端面有驅(qū)動電機2的安裝孔，后端有模塊化關(guān)節(jié)的安裝孔；所述的驅(qū)動電機2有兩只，并排布置且固定于電機固定殼體1-1內(nèi)部，驅(qū)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(qū)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(cè)的大錐齒輪5嚙合實現(xiàn)改變輸出方向和增加輸出扭矩，大錐齒輪5固連于同側(cè)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(cè)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(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)；所述的左右側(cè)的減速機殼體1-2通過與關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸7緊固，合成一個整體；所述的關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸7中部安裝有兩只第二軸承9，用以支承空心轉(zhuǎn)軸14繞其擺動，空心轉(zhuǎn)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(diào)整開槽螺母11位于空心轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸14上自轉(zhuǎn)，同時又因空心轉(zhuǎn)軸14能夠繞關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、防止齒輪外漏傷人等，在所述的空心轉(zhuǎn)軸14上裝有罩殼1-3，形成肘部密封空間。

減速機構(gòu)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(gòu)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(gòu)利用左右兩側(cè)的第一差速錐齒輪的轉(zhuǎn)速不同，驅(qū)動第二差速錐齒輪繞空心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動或繞關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸擺動兩個自由度中的一個或兩個，是關(guān)節(jié)實現(xiàn)兩個自由度的關(guān)鍵機構(gòu)。差速機構(gòu)可以采用相同齒數(shù)或不同齒數(shù)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(gòu)(第一差速錐齒輪6和第二差速錐齒輪13)采用齒數(shù)相同的正錐齒輪。

大錐齒輪5固連于同側(cè)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(nèi)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)。

本實用新型實施例中的空心轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)在本關(guān)節(jié)內(nèi)部走線。

第二差速錐齒輪13與開槽螺母11相對轉(zhuǎn)動部件可以是交叉滾子軸承、深溝球軸承、推力軸承、調(diào)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(zhuǎn)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(jìn)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(qū)差動兩自由度模塊化關(guān)節(jié)的輸入轉(zhuǎn)速與輸出兩自由度轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

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

有：

(1.1)

根據(jù)接觸點線速度有：

(1.2)

聯(lián)合式(1.1)和式(1.2)，可解得：

(1.3)

式(1.3)即是模塊化關(guān)節(jié)的輸出端自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速的關(guān)系式。

1)當(dāng)w₁＝w₂≠0時：

輸出端只有自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，沒有公轉(zhuǎn)，此時

2)當(dāng)w₁＝-w₂≠0時：

輸出端只有公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，沒有自轉(zhuǎn)，此時

3)其他輸入轉(zhuǎn)速時，輸出端自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同時發(fā)生，且有如下關(guān)系：

本實用新型實施例中，使用兩只并置的電機經(jīng)過減速后共同驅(qū)動一個具有兩自由度的差速機構(gòu)，該機構(gòu)自身能提供2倍的減速比，有效縮減關(guān)節(jié)機構(gòu)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(jìn)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(gòu)的存在，根據(jù)兩側(cè)第一差速錐齒輪轉(zhuǎn)速的不同，能夠同時實現(xiàn)輸出端繞空心轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)動自由度)和繞關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)(擺動自由度)兩個自由度。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本實用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)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(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護(hù)范圍。