一种多自由度传动机构

1.本实用新型涉及一种多自由度传动机构,属于精密传动技术领域。


背景技术：

2.随着现代工业的繁荣,工业机器人领域迅猛发展,在全世界范围内具有相当广泛的应用, 在工业机器人的结构中,其关节驱动装置是保证工业机器人工作性能的重要环节,齿轮传动装置作为非常重要的部分,广泛应用于工业机器人关节中,传统的工业机器人传动机构比较复杂, 这无疑增加了工业机器人的生产成本,增加了使用者金钱投入,用少的结构传递和复杂结构一样的运动可以减少制造成本减少机构体积,设计一款可以实现少结构传递多自由度运动的机构对工业机器人的发展有着极大的推动作用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种多自由度传动机构,适用于工业机器人关节和方向控制机构,具有传动机构简单的优点,解决了传统的工业机器人传动机构比较复杂,用少的结构实现了多自由的的运动,这无疑减少了工业机器人的生产成本,进一步减少了使用者金钱投入的问题。
4.实现上述目的,本实用新型采取下述技术方案：一种多自由度传动机构,包括交叉球齿轮、单级齿轮、支撑架、支撑架球齿轮槽、电机、减速器壳体、输入轴、输出轴、内齿圈、行星轮、太阳轮、行星架、轴承、电源接口；
5.所述电机连接减速器输入轴,竖直放置在支撑架上,所述电机连接减速器输入轴,所述的减速器输出轴连接单级齿轮,单级齿轮i与交叉球齿轮啮合使交叉球齿轮绕z轴(203)转动,所述的减速器通过支撑架水平固定,输出轴与单机齿轮ii连接,实现单级齿轮ii与交叉球齿轮啮合使交叉球齿轮绕y轴(201)转动,所述的交叉球齿轮支撑架球槽连接,所述减速器壳体为筒体,壳体内侧与内齿圈连接,所述输出轴输出端与轴承、行星架连接。
6.与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：
7.多自由度传动机构垂直于地面,适用于结构紧凑的空间内。
8.可以避免因多传动部件导致的结构体积过大,或因传动部件较少导致的运动方向单一, 本实用新型能实现齿轮传动、耦合和滑动运动三种运动。
9.交叉球齿轮与单级齿轮之间的啮合关系类似行星传动,具有较高的传动效率,改变了传统机构使用摩擦进行力的传输,多自由度传动机构减小了传动机构间的摩擦损失。
10.多自由度传动机构避免了滑移,实现了高扭矩和精确传输的有效定位,不需要使用方向传感器,由于执行器和输出链路可以灵活布置,因此该机构可以采取多种配置方式,解决空间尺寸不定问题,它的控制系统并不需要太多的计算资源和电气系统,设计使用简单。
11.驱动电机的扭矩性能,功率和转动惯量对本实用新型无过多影响,故可选自西门子公司, 型号为1fk7060-5ah71-1的伺服电机,该伺服电机具有低速大扭矩输出的特性,体
积小,过载能力很强。
12.实用新型使用三级行星减速器,具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点。
附图说明
13.图1是本实用新型的多自由度传动机构结构三维图；
14.图2是图1所示的减速器的结构示意图；
15.图3是图1所示的交叉球齿轮结构正视图；
16.图4是图1所示的单级齿轮ⅰ结构示意图；
17.图5是图1所示的支撑架示意图；
18.图6是图1所示的交叉球齿轮剖面图；
19.图7是图1所示交叉球齿轮俯视图；
20.图8为本实用新型的齿轮机构图。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
22.具体实施方式一：如图1～图8所示,本实用新型披露了一种多自由度传动机构,包括交叉球齿轮、单极齿轮i、单级齿轮ⅱ、减速器、支撑架。
23.具体实施方式二：作为具体实施方式一的补充,具体实施方式一的行星减速器主要由减速器壳体(6)、电源接口(7)、太阳轮轴(17)、固设于太阳轮轴(17)上的i级太阳轮(11)、分别套装于太阳轮轴(17)上的ii级太阳轮(12)与iii级太阳轮(13)、装有i级行星轮(8)的一级行星架(18)、装有ii级行星轮(9)的二级行星架(19)和装有iii级行星轮(10)的三级行星架(20)组成。且三级行星架(20)与减速器壳体(6)之间装有轴承(14)；在太阳轮轴(17)与三级行星架(20) 之间装有轴承(15),且太阳轮轴(17)的左端通过联轴器(16)与电机(21)的输出轴连接,位于减速器壳体(6)内的一级行星架(18)、二级行星架(19)分别与ii级太阳轮(12)、iii级太阳轮(13)固定连接；i级太阳轮(11)、ii级太阳轮(12)、iii级太阳轮(13)分别啮合i级行星轮(8)、ii级行星轮(9)、iii级行星轮(10)电机(21)其输出轴提供高速低扭矩动力直接驱动太阳轮轴(17),通过减速器经减速后,输出的低速高扭矩传递给联轴器(16),以带动单极齿轮i(2)平稳转动。
24.一种多自由度传动机构使用方法(工作原理)：
25.单极齿轮i(2)、单极齿轮ii(70)与减速器输出端连接,电机工作驱动减速器,减速器驱动单极齿轮i(2)实现绕z轴(203)正反转,单级齿轮(2)绕z轴(203)转的同时向交叉轴球齿轮传递扭矩,交叉轴球齿轮(1)随着单级齿轮i(2)的转动而实现绕z轴(203)转动；减速器驱动单极齿轮ii(70) 实现绕y轴(201)正反转,单极齿轮ii(70)绕y轴(201)转的同时向交叉轴球齿轮传递扭矩,由齿轮相互作用调用的三个运动：单极齿轮i(2)、单极齿轮ii(70)和交叉球齿轮(1)之间的相互作用产生齿轮传动、耦合和滑动运动。当单级齿轮i(2)和单极
齿轮ii(70)旋转时,它们的齿与交叉球齿轮(1)啮合,驱动力从单级齿轮i(2)齿轮转移到交叉球齿轮(1),从单级齿轮ii(70)齿轮转移到交叉球齿轮(1),实现多自由度运动。
26.本实用新型所使用到的电机可选自西门子公司,齿轮材料可根据不同使用环境择优选择。
27.对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的装体形式实现本实用新型,因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
28.此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种多自由度传动机构，其特征在于：所述特征包括交叉球齿轮(1)、单极齿轮i(2)、单极齿轮ii(70)、球冠(3)、中心线(4)、减速器(29)、支撑架(27)、支撑架球齿轮槽(28)、齿轮中心凸齿(5)、电机(21)、所述的交叉球齿轮(1)和单极齿轮i(2)的球心位置相对固定，所述的交叉球齿轮(1)齿的齿厚方向是沿着所述的球冠(3)的纬线方向，所述的交叉球齿轮(1)齿在所述的球冠(3)的不同高度的纬线上的齿数是变化的，高纬度部分齿数较少，在低纬度部分齿数较多，所述的交叉球齿轮(1)与单极齿轮i(2)横截面齿数为互相配合，实现所述齿轮的正确啮合。2.根据权利要求1所述的一种多自由度传动机构，其特征在于：所述单极齿轮i(2)与单极齿轮ii(70)成一定角度的排列在交叉球齿轮(1)的轴线两端，三个齿轮组成的传动机构类似行星轮，驱动力从单级齿轮i(2)转移到交叉球齿轮(1)，使交叉球齿轮(1)绕z轴(203)转动，驱动力从单级齿轮ii(70)转移到交叉球齿轮(1)，单极齿轮i(2)和单极齿轮ii(70)的渐开线齿轮模数、齿数完全相同，单极齿轮i(2)、单极齿轮ii(70)具有一个齿间回转体的中心凸齿(5)。3.根据权利要求1所述的一种多自由度传动机构，其特征在于：所述交叉球齿轮(1)具有两个齿形回转体的中心凹槽(26)，有球冠(3)和中心线(4)，为避免干涉，齿数为偶数，表面的被动滑动引起的滑动运动并不传递驱动力，当交叉球齿轮(1)和单级齿轮i(2)或单极齿轮ii(70)的两极重合时，单级齿轮i(2)或单极齿轮ii(70)的滚动旋转不会传递任何扭矩，单级齿轮i(2)或单极齿轮ii(70)单独驱动时可以约束或驱动交叉球齿轮(1)三个自由度中的两个。

技术总结
一种多自由度传动机构,该机构基于齿轮啮合,但允许在单个球面上驱动三个旋转自由度,并且在运动范围内没有理论限制,这些功能是通过啮合交叉球面齿轮和单极齿轮获得,由于独特的“极点”结构,齿轮能够相互啮合,球面齿轮是一种新型齿轮传动机构,是渐开线平面齿轮的齿廓曲线绕过圆心的轴线旋转而成,因具有两个自由度且可实现精确的定传动比,可进行环向运动,具有2个自由度的传动特点,可用来传递空间运动,而广泛应用在仿生机械关节、机器人关节等领域,本结构以电机减速器为驱动力,利用交叉球形齿轮和两个单极子齿轮之间的相互作用叠加,无需方向传感器即可在三个方向中传递高扭矩和可靠定位,适用于机器人关节和方向控制机构。机构。机构。


技术研发人员：宫振鹏 孙永国
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2021.12.10
技术公布日：2022/6/28