滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，包括行星輪、行星架、針齒殼、內齒圈、激波器、推桿和活齒架，行星輪、行星架、內齒圈構成行星齒輪傳動裝置，激波器、推桿、活齒架和針齒殼共同構成推桿活齒傳動裝置。行星輪與輸入軸嚙合連接，行星架與激波器連接，活齒架或針齒殼作為旋轉動力輸出端。本發(fā)明首次將推桿活齒傳動應用于高精度機器人關節(jié)減速器，并采用行星齒輪傳動裝置和推桿活齒傳動裝置兩級傳動，傳動比大，速比調整方便，結構緊湊，能夠保持很高的定位精度和重復定位精度，具有傳動比大、傳動效率高、定位精度高、耐沖擊力強、工藝簡單以及成本低廉等特點，適合推廣普及。
【專利說明】
滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及減速器，尤其涉及一種機器人關節(jié)減速器，具體為一種滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器。
【背景技術】
[0002]機器人、國防裝備、航空航天以及風電新能源等領域的飛躍發(fā)展，對于直接影響裝備性能的傳動件提出了更高的要求，就機器人產業(yè)而言，關節(jié)減速器是機器人的四大關鍵技術(伺服電機、減速器、控制器和傳感器)之一，而且是最關鍵的核心零部件。目前全球關節(jié)減速器75%的市場份額被日本納博特斯克和哈默納科公司壟斷。
[0003]工業(yè)機器人通常執(zhí)行重復的動作，以完成相同的工序。為保證工業(yè)機器人在生產中能夠可靠地完成工序任務，并確保工藝質量，因此，要求工業(yè)機器人保持很高的定位精度和重復定位精度，需要采用精密減速器，RV減速器目前在關節(jié)型機器人上應用廣泛。
[0004]RV減速器由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成，具有結構緊湊、傳動比大、扭轉剛度大、扭矩密度高、運動精度高、回差小、啟動慣量小、抗沖擊能力、傳動效率高等優(yōu)點，并且在一定條件下具有自鎖功能，由日本納博特斯克公司開發(fā)生產，目前在精密機械傳動產品市場占有絕對份額。
[0005]RV減速器中，輸入主動小齒輪與裝于曲軸上的從動大齒輪嚙合，構成一級傳動，曲軸驅動擺線輪作偏心運動。為平衡載荷，采用兩排擺線輪相錯180°布置，擺線輪與殼體內的針齒銷相嚙合而產生減速運動，該運動經由曲軸撥動輸出盤輸出，若輸出軸固定，也可經殼體輸出。
[0006]但是，RV減速器的基本結構存在著一定的設計缺陷，其原因為:
首先，RV減速器中的曲柄軸既作為輸入機構，又作為輸出機構，其兩端的支撐軸承承受極大載荷，很大程度上限制了減速器的壽命和承載能力;此外，為實現回差小和載荷分布均勻，2?3個曲柄軸必須嚴格同步運轉，在制造過程中要求高精度，提高了產品成本。
[0007]再次，國內外已有專家學者對推桿活齒減速器進行過相關研究，比如:專利號為“ZL91107463.5”的發(fā)明專利，公開了一種活齒推桿減速器;專利號為“ZL 8520060.6”的實用新型專利，公開了一種活齒針輪減速機;大連交通大學機械電子工程專業(yè)的碩士劉金偉2007年寫的學位論文《滾柱型軸承減速器結構創(chuàng)新方案的研究》。
[0008]但是，這些推桿活齒結構并未用于機器人關機減速，也不能直接用于機器人關節(jié)減速，在機器人領域不具有工業(yè)應用價值。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種在推桿活齒結構基礎上研發(fā)創(chuàng)新的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器。
[0010]本發(fā)明通過以下技術方案來實現上述目的:
一種滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，包括行星輪、行星架、針齒殼、內齒圈、激波器、推桿和活齒架，所述內齒圈的一端與所述針齒殼的一端固定連接，所述行星輪的外齒輪同時與輸入軸一端的外齒輪和所述內齒圈的自身中心通孔孔壁上的內齒相互嚙合，所述行星輪通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承套裝于所述行星架上，所述行星架通過自身中心通孔套裝于與所述激波器的一端外并相互連接，所述激波器通過自身中心通孔套裝于所述輸入軸外，所述激波器的外圓周上設有偏心凸輪，所述活齒架通過安裝于自身中心通孔內的活齒架軸承套裝于所述激波器外，所述活齒架上與所述偏心凸輪對應的位置設有多個徑向通孔，多個所述推桿分別置于一一對應的多個所述徑向通孔內，所述針齒殼通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承套裝于所述活齒架外，所述推桿的外端與所述針齒殼的內壁上的針齒接觸。
[0011]上述結構中，行星輪用于將輸入軸的旋轉動力傳遞給內齒圈并帶動行星架旋轉，其原理是:行星輪在輸入軸的作用下自轉，同時因為與內齒圈的內齒嚙合而繞內齒圈的中心軸線公轉，行星輪公轉會帶動行星架一起旋轉，行星輪、行星架、內齒圈構成行星齒輪傳動裝置;激波器用于將行星架的旋轉動力傳遞給推桿，其原理是:在針齒殼固定不動的情況下，行星架帶動激波器旋轉，激波器的偏心凸輪在旋轉過程中推動推桿徑向移動，推桿用于與針齒殼的內壁上的針齒配合將徑向移動的動力轉換為繞輸入軸的中心線旋轉的旋轉動力，推桿旋轉帶動活齒架旋轉，活齒架作為旋轉動力輸出端;在活齒架固定不動的情況下，激波器推動推桿沿活齒架徑向運動，推動針齒，針齒帶動針齒殼旋轉，針齒殼作為旋轉動力輸出端;激波器、推桿、活齒架和針齒殼共同構成推桿活齒傳動結構。上述激波器的結構其實是設有中心通孔的曲軸。
作為優(yōu)選，所述行星輪為兩個且對稱安裝于所述輸入軸的兩側，對應地，所述行星架上設有兩個用于安裝所述行星輪的凸柱。
[0012]為了更好地平衡載荷，所述激波器上的偏心凸輪為兩個且在所述激波器的中心軸線方向并列分布，兩個所述偏心凸輪相差180°。
[0013]具體地，所述活齒架軸承包括滾柱軸承和活齒架滾珠軸承，所述活齒架滾珠軸承安裝于所述推桿的內端與所述激波器的偏心凸輪之間。
[0014]為了便于組裝，所述激波器與所述行星架之間通過鍵槽和鍵連接。
[0015]為了減小推桿與活齒架的徑向通孔孔壁之間的摩擦力，所述推桿與所述活齒架的徑向通孔的孔壁之間安裝有多個滾珠形成直線滾珠軸承。
[0016]為了確保嚙合精度及平穩(wěn)度，提高動態(tài)響應精度，所述推桿的端頭表面為共軛曲面。
[0017]為了避免潤滑油滲漏，所述針齒殼與所述活齒架之間靠近端頭的位置設有油封。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明首次將推桿活齒傳動應用于高精度機器人關節(jié)減速器，并采用行星齒輪傳動裝置和推桿活齒傳動裝置兩級傳動，傳動比大，速比調整方便，結構緊湊，能夠保持很高的定位精度和重復定位精度;通過在推桿與激波器之間設置滾珠形成直線滾珠軸承結構，將推桿與激波器之間的滑動摩擦改為滾動摩擦，減小了磨損，提高了效率;將本發(fā)明所述滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器用于機器人的軸、肩關節(jié)，既具備傳統(tǒng)RV傳動的優(yōu)點，又對整體結構進行了創(chuàng)新研究，具有傳動比大、傳動效率高、定位精度高、耐沖擊力強、工藝簡單以及成本低廉等特點，適合推廣普及。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所述滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器的剖視結構圖；
圖2是圖1中“A”的放大圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器包括行星輪9、行星架U、針齒殼7、內齒圈8、激波器2、推桿5和活齒架4，內齒圈8的一端與針齒殼7的一端通過螺釘固定連接，行星輪9的外齒輪同時與輸入軸I一端的外齒輪和內齒圈8的自身中心通孔孔壁上的內齒相互嚙合，兩個行星輪9分別通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承10套裝于行星架11的兩個凸柱上，兩個行星輪9對稱分布于輸入軸I的兩側，行星架11通過自身中心通孔套裝于與激波器2的一端外并通過鍵槽和鍵相互連接，激波器2通過自身中心通孔套裝于輸入軸I外，激波器2與輸入軸I之間填充有潤滑油，激波器2的外圓周上設有兩個偏心凸輪21，兩個偏心凸輪21在激波器2的中心軸線方向并列分布，兩個偏心凸輪21相差180°，活齒架4通過安裝于自身中心通孔內的活齒架軸承套裝于激波器2外，所述活齒架軸承包括滾柱軸承3(具體為雙列圓柱滾子軸承)和活齒架滾珠軸承，所述活齒架滾珠軸承安裝于推桿5的內端與激波器2的偏心凸輪21之間，所述活齒架滾珠軸承與上述滾珠軸承10為相同結構的軸承，一般為深溝球軸承，所以未作單獨標記，活齒架4上與偏心凸輪21對應的位置設有多個徑向通孔(圖中未標記)，多個推桿5分別置于對應的多個徑向通孔內，推桿5與活齒架4的徑向通孔的孔壁之間安裝有多個滾珠51形成直線滾珠軸承，針齒殼7通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承10套裝于活齒架4外，推桿5的外端與針齒殼7的內壁上的針齒71接觸，針齒殼7與活齒架4之間靠近端頭的位置設有油封6。
[0023]圖1和圖2中還示出了屬于活齒架4其中一部分的活齒架輔件41，活齒架輔件41與其它的活齒架4為各自獨立加工成型的部件，只是為了便于組裝并對其它部件進行限位，所以將活齒架輔件41獨立加工并與活齒架4通過螺栓固定連接，活齒架輔件41與行星架11之間、活齒架輔件41與針齒殼7之間分別通過滾珠軸承10連接。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明所述滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器的工作原理是:
兩個行星輪9在輸入軸I的作用下自轉，同時因為與內齒圈8的內齒嚙合而繞內齒圈8的中心軸線公轉，行星輪9公轉會帶動行星架11 一起旋轉，這是第一級的行星齒輪傳動過程；行星架11帶動激波器2旋轉，激波器2的兩個偏心凸輪21在旋轉過程中推動推桿5徑向移動，推桿5的外端與針齒殼7的內壁上的針齒71配合將徑向移動的動力轉換為繞輸入軸I的中心線旋轉的旋轉動力，推桿5旋轉帶動活齒架4繞輸入軸I的中心線旋轉，活齒架4作為旋轉動力輸出端;或者，在活齒架4固定不動的情況下，推桿5推動針齒71帶動針齒殼7旋轉，針齒殼7作為旋轉動力輸出端，這是第二級的推桿活齒傳動過程。
[0025]經過上述兩級傳動后，輸入軸I的旋轉動力被顯著減速，穩(wěn)定地傳遞給活齒架4或針齒殼7輸出，使工業(yè)機器人保持很高的定位精度和重復定位精度。
[0026]由上可知，本發(fā)明所述滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器與傳統(tǒng)RV減速器相比的優(yōu)勢在于:
1、RV傳動是以擺線針輪傳動為基礎，本發(fā)明以推桿活齒傳動為基礎，盡管二者結構有相似之處，但內部的傳動和受力有著本質的區(qū)別，推桿活齒傳動輸出力矩不通過激波器(與RV減速器的曲軸對應)，激波器不承受沉重的輸出力矩，從而使激波器上的軸承承受力得以極大改善；
2、在保障傳動精度方面，RV傳動的曲軸力矩半徑較小，軸承間隙反應到輸出軸上的側隙和回差也大，為減小回差和使載荷均勻分布，需用2?3個曲柄軸嚴格按照同步運轉，在制造過程中要求高精度，提高了產品成本;而本發(fā)明中，推桿5外端處的力矩半徑較大，設置直線滾珠軸承的推桿5與活齒架4之間的配合間隙小，反應到輸出軸上的側隙和回差相應減小，兩排環(huán)狀排列的推桿5相錯180°均勻布置，載荷分布均勻，更有利于實現小回差、高精度、高剛度。
[0027]上述實施例只是本發(fā)明的較佳實施例，并不是對本發(fā)明技術方案的限制，只要是不經過創(chuàng)造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發(fā)明專利的權利保護范圍內。
【主權項】
1.一種滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:包括行星輪、行星架、針齒殼、內齒圈、激波器、推桿和活齒架，所述內齒圈的一端與所述針齒殼的一端固定連接，所述行星輪的外齒輪同時與輸入軸一端的外齒輪和所述內齒圈的自身中心通孔孔壁上的內齒相互嚙合，所述行星輪通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承套裝于所述行星架上，所述行星架通過自身中心通孔套裝于與所述激波器的一端外并相互連接，所述激波器通過自身中心通孔套裝于所述輸入軸外，所述激波器的外圓周上設有偏心凸輪，所述活齒架通過安裝于自身中心通孔內的活齒架軸承套裝于所述激波器外，所述活齒架上與所述偏心凸輪對應的位置設有多個徑向通孔，多個所述推桿分別置于一一對應的多個所述徑向通孔內，所述針齒殼通過安裝于自身中心通孔內的滾珠軸承套裝于所述活齒架外，所述推桿的外端與所述針齒殼的內壁上的針齒接觸。2.根據權利要求1所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述行星輪為兩個且對稱安裝于所述輸入軸的兩側，對應地，所述行星架上設有兩個用于安裝所述行星輪的凸柱。3.根據權利要求1所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述激波器上的偏心凸輪為兩個且在所述激波器的中心軸線方向并列分布，兩個所述偏心凸輪相差180。ο4.根據權利要求1或3所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述活齒架軸承包括滾柱軸承和活齒架滾珠軸承，所述活齒架滾珠軸承安裝于所述推桿的內端與所述激波器的偏心凸輪之間。5.根據權利要求1或3所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述激波器與所述行星架之間通過鍵槽和鍵連接。6.根據權利要求1所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述推桿與所述活齒架的徑向通孔的孔壁之間安裝有多個滾珠形成直線滾珠軸承。7.根據權利要求1或6所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述推桿的端頭表面為共軛曲面。8.根據權利要求1所述的滾動推桿活齒機器人關節(jié)減速器，其特征在于:所述針齒殼與所述活齒架之間靠近端頭的位置設有油封。
【文檔編號】F16H1/32GK105840742SQ201610395886
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】費宇, 劉雪垠, 閆劍, 雷宇航, 張志會
【申請人】四川省機械研究設計院