一种电机并置双驱差动两自由度模块化关节的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种电机并置双驱差动两自由度模块化关节。

背景技术：

关节是工业或服务机器人的臂部各模块相互运动的基本载体，是实现手臂自由度的关键，在机器人运用中有着不可替代的作用。在目前应用的各类关节中，主流是单自由度关节，即单一电机驱动一个摆动自由度或一个转动自由度，通过多个不同类型的单自由度关节的串联实现特定要求。这种组织方式事实上降低了部分电机的有效利用率，使之长时间处于闲置状态、不能发挥其效能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种电机并置双驱差动两自由度模块化关节，有效缩减关节机构，同时提高电机的利用率，进一步降低电机的输出功率，并实现关节模块化。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：一种电机并置双驱差动两自由度模块化关节，其不同之处在于：其包括两端开口的半盒状固定壳体、两个驱动电机、用于改变输出方向和增加输出扭矩的减速机构、用于实现输出端转动和/或摆动的差速机构，所述固定壳体的内腔分为用于安置减速机构和差速机构的前部内腔和用于安置驱动电机的后部内腔，所述两个驱动电机并排布置在固定壳体后部内腔中，驱动电机的输出轴均安装有小锥齿轮，小锥齿轮外侧均设有与其啮合的大锥齿轮，所述大锥齿轮位于固定壳体前部内腔的左右两侧，两对小锥齿轮和大锥齿轮构成所述减速机构；所述固定壳体前部内腔的中部设有一根与固定壳体前部内腔左右两侧紧固的关节回转轴，关节回转轴两端分别设有与同侧的大锥齿轮固定连接的第一差速锥齿轮，关节回转轴上还安装有可绕其转动的空心转轴，所述空心转轴包括通过轴承可转动套设于关节回转轴的旋转部和从旋转部延伸出的延伸部，所述延伸部顶端安装有可自转的第二差速锥齿轮，所述第一差速锥齿轮与第二差速锥齿轮啮合并构成所述差速机构，第二差速锥齿轮端部固连有安装座作为输出端。

按以上方案，所述大锥齿轮与同侧的第一差速锥齿轮的固连方式可以采用法兰孔穿紧固件、平键、花键、内外齿方式中一种或几种的组合。

按以上方案，所述大锥齿轮与第一差速锥齿轮采用法兰孔穿紧固件相连。

按以上方案，所述差速机构采用的第一差速锥齿轮和第二差速锥齿轮为齿数相同的正锥齿轮。

按以上方案，所述第一差速锥齿轮与第二差速锥齿轮啮合程度的调节可以采用螺纹、拉销、铆接、插销方式中一种或几种组合。

按以上方案，所述第一差速锥齿轮与第二差速锥齿轮啮合程度的调节是采用的螺纹调节方式。

按以上方案，所述空心转轴的旋转部和延伸部构成T形结构。

按以上方案，所述空心转轴上开有径向的通孔或半通孔，用于其它关节与本关节连接时的内部走线。

按以上方案，所述第二差速锥齿轮与安装座可采用紧固件连接或一体式的方式。

按以上方案，所述固定壳体为分体式或整体式结构，固定壳体末端设有多个用于固定连接其它模块化关节的安装孔。

由上述方案可知，本实用新型实施例的有益效果为：由于采用双电机并联驱动，在执行任一单自由度或双自由度的动作时均可以由两电机共同使能，只需要对两电机的输出转速按一定规则进行差补即可。

1)这样能够有效提高单一电机的利用率并降低其输出功率，对关节结构瘦身；

2)同时把本关节按功率区间标准化，并将其驱动器内置于固定壳体内，即可模块化本关节。

附图说明

图1是本实用新型实施例的俯视剖视示意图；

图2是本实用新型实施例的侧面剖视示意图；

图3是本实用新型实施例的立体外观图；

图4是本实用新型实施例的立体剖视外观图；

图5是本实用新型实施例的串联安装示意图；

其中：1—固定壳体(1-1电机固定壳体，1-2减速机壳体，1-3罩壳)，2—驱动电机， 3—安装孔，4—小锥齿轮，5—大锥齿轮，6—第一差速锥齿轮，7—关节回转轴，8—第一轴承，9—第二轴承，10—安装座，11—开槽螺母，12—交叉滚子轴承，13—第二差速锥齿轮， 14—空心转轴。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

结合图1-图5所示的本实用新型实施例中，本实用新型包括：开口半盒状的固定壳体1，两只带有减速和测速装置的驱动电机2，两对由小锥齿轮4和大锥齿轮5组成的减速机构，以及一对由第一差速锥齿轮6和第二差速锥齿轮13构成的差速机构等。固定壳体1中后半部分为电机固定壳体1-1，前半部分为减速机壳体1-2；电机固定壳体1-1由两只同样的壳体包裹并固定驱动电机2，其前端面有驱动电机2的安装孔，后端有模块化关节的安装孔；所述的驱动电机2有两只，并排布置且固定于电机固定壳体1-1内部，驱动电机可以由直流电机、加装在其前端的行星减速器和其尾部的编码器组成，电机固定壳体1-1分为上、下完全相同的两部分，其尾部组合后有完整的安装法兰螺纹孔，每只驱动电机2输出轴均安装有小锥齿轮4，小锥齿轮4分别与两侧的大锥齿轮5啮合实现改变输出方向和增加输出扭矩，大锥齿轮5固连于同侧的第一差速锥齿轮6上；所述的第一差速锥齿轮6分左右两只，分别通过两只第一轴承8套在同侧的减速机壳体1-2上，减速机壳体1-2同时与上、下两部分的电机固定壳体1-1连接，形成稳定的支撑结构；所述的左右侧的减速机壳体1-2通过与关节回转轴7紧固，合成一个整体；所述的关节回转轴7中部安装有两只第二轴承9，用以支承空心转轴14绕其摆动，空心转轴14通过螺纹安装开槽螺母11，开槽螺母11外径上套有交叉滚子轴承12，在交叉滚子轴承12外圈安装有第二差速锥齿轮13，通过调整开槽螺母11位于空心转轴14的位置可以矫正第二差速锥齿轮13与所述的第一差速锥齿轮6的啮合间隙；所述的第二差速锥齿轮13能够通过交叉滚子轴承12在空心转轴14上自转，同时又因空心转轴14能够绕关节回转轴7摆动，第二差速锥齿轮13端部固连有安装座10用作本实施例的输出端，能够与另一本实施例首尾或首首或尾尾相连；所述的大锥齿轮5既能用紧固件15与第一差速锥齿轮6固连，也可使用平键、花键、六角、八角等其他方式固连；为美化结构、防止齿轮外漏伤人等，在所述的空心转轴14上装有罩壳1-3，形成肘部密封空间。

减速机构可以采用涡轮蜗杆、锥齿轮组、圆柱齿轮端面齿轮等一种或几种的组合，本实用新型实施例中的减速机构采用由小锥齿轮4和大锥齿轮5组成的锥齿轮组。

差速机构利用左右两侧的第一差速锥齿轮的转速不同，驱动第二差速锥齿轮绕空心转轴转动或绕关节回转轴摆动两个自由度中的一个或两个，是关节实现两个自由度的关键机构。差速机构可以采用相同齿数或不同齿数的正锥齿轮或斜锥齿轮，甚至其他能够啮合的满足差速的形式，本实施例中的差速机构(第一差速锥齿轮6和第二差速锥齿轮13)采用齿数相同的正锥齿轮。

大锥齿轮5固连于同侧的第一差速锥齿轮6可以采用法兰孔穿紧固件、平键、花键、内外齿等一种或几种的组合，本实用新型实施例中的大锥齿轮5与第一差速锥齿轮6采用法兰孔穿紧固件15相连。

第二差速锥齿轮13与第一差速锥齿轮6啮合程度的调节可以采用螺纹、拉销、铆接、插销等一种或几种组合，本实用新型实施例中的第二差速锥齿轮13与第一差速锥齿轮6采用的是螺纹调节。

本实用新型实施例中的空心转轴14上开有径向的双壁贯通圆孔或单壁贯通圆孔，用以下一关节在本关节内部走线。

第二差速锥齿轮13与开槽螺母11相对转动部件可以是交叉滚子轴承、深沟球轴承、推力轴承、调心轴承等一种或几种的组合，本实用新型实施例中的第二差速锥齿轮13与开槽螺母11相对转动部件采用的是交叉滚子轴承。

第二差速锥齿轮13与安装座10可以采用紧固件连接或直接做出一体等，本实用新型实施例中采用分体式，使用紧固件固连。

本实用新型实施例中所述的罩壳1-3可以采用分体式、整体式，以及其他分型方式进行组合；所述的罩壳1-3在本实施例中的连接方式可以采用粘接、螺纹连接、铆接、卡扣等一种或几种组合。

电机并置双驱差动两自由度模块化关节的输入转速与输出两自由度转速的关系：

如图，各锥齿轮按图示方向为转动正方向，其中作为动力源的两小锥齿轮的转速分别为 w₁、w₂，其齿数为z₁；减速大齿轮的转速分别为w_L、w_R，齿数为z₂；差速齿轮的齿数为z₃；输出端自转转速w_out，公转转速w_turn。

有：

(1.1)

根据接触点线速度有：

(1.2)

联合式(1.1)和式(1.2)，可解得：

(1.3)

式(1.3)即是模块化关节的输出端自转、公转转速与输入转速的关系式。

1)当w₁＝w₂≠0时：

输出端只有自转转速，没有公转，此时

2)当w₁＝-w₂≠0时：

输出端只有公转转速，没有自转，此时

3)其他输入转速时，输出端自转和公转同时发生，且有如下关系：

本实用新型实施例中，使用两只并置的电机经过减速后共同驱动一个具有两自由度的差速机构，该机构自身能提供2倍的减速比，有效缩减关节机构的同时使得两个并置电机能够任何时间共同使能，提高电机的利用率，进一步降低电机的输出功率。本实用新型实施例可模块化，多个本实施例可以首尾或首首或尾尾相连。本实用新型实施例中，由于差速机构的存在，根据两侧第一差速锥齿轮转速的不同，能够同时实现输出端绕空心转轴自转(转动自由度)和绕关节回转轴公转(摆动自由度)两个自由度。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。